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Revista O Setor Elétrico


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Degradação da qualidade de reatores eletromagnéticos de lâmpadas de descarga

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Edição 68 / Setembro de 2011
Por Henrique Braga, Danilo Pinto, Ricardo Rosemback, Rodnei Abreu, Márcio Rodrigues, Felipe Vicente e Pedro Fracetti 

A eficiência dos sistemas de iluminação de grandes áreas comerciais e industriais, bem como de logradouros públicos (iluminação pública – IP), está ligada diretamente à precisão das atividades desenvolvidas pelos usuários e à qualidade de vida dos cidadãos. Assim, soluções que promovam economia e avanços tecnológicos neste setor resultam em uma melhoria das condições do ambiente ou do município em que são implantadas.

Muitos trabalhos têm sido publicados nos últimos anos abordando a importância da qualidade dos componentes e dos processos associados às lâmpadas de descarga e à necessidade de se estabelecer padrões de qualidade nas etapas de aquisição, recepção, manutenção on-line e em laboratório envolvendo tais componentes. Os objetivos principais são a agilidade nos processos, redução de desperdício de materiais, economia de recursos e maior eficiência energética do sistema.

Outra preocupação importante se refere ao comportamento elétrico dos componentes empregados na IP, em especial, os impactos na qualidade de energia e as perdas relacionadas ao funcionamento dos reatores.

Com o objetivo de se reduzir as perdas técnicas supostamente associadas aos reatores eletromagnéticos empregados nas redes de iluminação pública controladas pelo

Grupo Energisa, foi estabelecido um grupo de estudo envolvendo alguns centros de pesquisa. A empresa, em parceria com a Universidade Federal de Juiz de Fora e o Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, desenvolveu um projeto para avaliar a qualidade e as perdas em reatores eletromagnéticos usados nas redes de IP.

Neste caso, estão incluídos os reatores para lâmpadas a vapor de sódio (VS) e a vapor de mercúrio (VM) que também são muito usados na iluminação de grandes áreas, como galpões industriais. Pretendeu-se avaliar os reatores comercializados com o objetivo de verificar se atendem, de fato, às normas brasileiras e determinar as perdas de energia ao longo da vida útil de reatores instalados na rede.

Este artigo se dedica a descrever as principais etapas de desenvolvimento do projeto acima descrito, bem como os principais resultados alcançados.

Metodologia

Para se atingir os objetivos delineados no projeto, a equipe de técnicos organizou a seguinte proposta para definição das amostras a serem ensaiadas e organização dos resultados do estudo:

  • • Identificação dos fabricantes e modelos de reatores empregados em todas as empresas do Grupo Energisa.
  • • Aquisição de reatores novos e de referência, para uso como modelos de comparação.
  • • Avaliação das normas técnicas em vigor (concernentes aos reatores empregados pelas empresas do grupo) e organização de um sistema de ensaios de tipo, com base nos procedimentos e equipamentos recomendados nas normas.
  • • Definição do número e dos pontos de coletas de amostras.
  • • Realização de ensaios e tabulação dos resultados.
  • • Análise estratificada e crítica dos resultados obtidos.

No grupo Energisa, há o predomínio de utilização de reatores eletromagnéticos para uso externo, para lâmpadas a vapor de sódio de 70 W, 100 W, 150 W, 250 W e 400 W e vapor de mercúrio de 125 W, 250 W e 400 W. Entretanto, em algumas localidades no nordeste brasileiro são usados reatores integrados com as luminárias, pois o sistema de IP tem suas características próprias.

Foram analisadas a Norma de Distribuição Unificada NDU–10 (instituída pela concessionária), as normas ABNT NBR 13593 (reator para lâmpada a vapor de sódio) e ABNT NBR 5125/ABNT NBR 5170 (ambas sobre reatores para lâmpada a vapor de mercúrio). Um amplo estudo das normas foi conduzido com o objetivo de avaliar o processo de homologação de fabricantes, bem como a realização de ensaios em laboratório.

As perdas admissíveis para os reatores, especificadas na Norma de Distribuição Unificada (NDU-10) estão de acordo com os valores das principais normas brasileiras, conforme pode ser observado na Tabela I no que se refere aos reatores para lâmpadas VS. A Tabela II lista o rendimento mínimo e a perda máxima nos reatores para lâmpadas de vapor de mercúrio, de acordo com a norma ABNT NBR 5125 para as potências adotadas no Grupo Energisa.

Tabela I – Perdas admissíveis nos reatores para lâmpadas a vapor de sódio

 

Potência (W)

Limite de perdas (W)

NDU-010

Selo Procel

ENCE Inmetro

NBR 13593 – ABNT

70

14

12

14

15

100

15

14

17

18

150

18

18

22

26

250

25

24

30

37

400

32

32

38

46

 

Tabela II – Rendimento mínimo e perdas admissíveis nos reatores para lâmpadas a vapor de mercúrio

Potência (W)

Rendimento mínimo (%)

Perdas máximas (W)

125

89

15

250

90

28

400

91

40

 

Foram solicitadas amostras dos reatores utilizados no sistema de IP do Grupo Energisa, de modo a criar uma base de dados com informações sobre os parâmetros elétricos (como tensões, correntes e potências de entrada e saída, perdas, fator de potência) e outras particularidades (como cidade de instalação e fabricante).

O objetivo do levantamento dessas informações foi verificar se tais reatores mantêm suas características ao longo de sua vida útil e identificar os possíveis causadores da degradação dessas características, além de possibilitar a proposição de estratégias de manutenção e/ou substituição destes equipamentos.

Foi definido um critério para escolha dos pontos de coleta de reatores instalados que primou pela diversidade de localidades em função das características distintas da área de concessão das empresas do grupo. Além dos pontos de coleta definidos, foram solicitadas amostras de reatores novos.

No total, foram recebidos e testados 79 reatores usados (reatores que já estavam instalados no sistema de IP, com tempo de operação indeterminado) e 74 reatores de controle (reatores novos, instalados no sistema de IP e ensaiados após cerca de três meses de operação), além de uma amostra nova (comercial) e de referência para cada potência empregada.

Todas as amostras foram ensaiadas no laboratório do Núcleo de Iluminação Moderna (NIMO) da UFJF.

Ensaios realizados

De acordo com as normas de especificação de reatores ABNT NBR 5125 (para lâmpadas VM) e ABNT NBR 13593 (para lâmpadas VS), os ensaios de tipo a que devem ser submetidos os reatores eletromagnéticos destinados a alimentar lâmpadas de mercúrio e sódio em alta pressão são:

a) verificação visual e dimensional;

b) ensaio de características elétricas de funcionamento:

  • • medição de potência da lâmpada;
  • • medição de corrente da lâmpada;
  • • medição de corrente de curto-circuito;
  • • cálculo do fator de potência;
  • • medição de corrente de alimentação;
  • • medição de potência de alimentação;
  • • linearidade;
  • • rendimento;
  • • diagrama trapezoidal (1 amostra por lote), reatores VS;
  • • acendimento da lâmpada (reator VS);
  • • Pulso de tensão do ignitor (reator VS).

c) ensaio de elevação de temperatura;

d) ensaio de resistência de isolamento;

e) ensaio de tensão aplicada ao dielétrico;

f) ensaio de estanqueidade;

g) ensaio de proteção contra chuva;

h) ensaio de resistência à umidade;

i) ensaio de durabilidade térmica do enrolamento.

No âmbito desse trabalho, e com o objetivo principal de avaliação de perdas no reator e perdas nos alimentadores, foram priorizados os seguintes ensaios e medidas:

  • • Perdas e rendimento;
  • • Potência de alimentação;
  • • Potência na lâmpada;
  • • Corrente de alimentação;
  • • Corrente de curto-circuito;
  • • Pulso de tensão de ignitor (VS);
  • • Corrente na lâmpada;
  • • Rigidez dielétrica;
  • • Fator de potência.

Para a realização destes ensaios, a equipe técnica pautou-se pelas normas já mencionadas, além das normas ABNT NBR 13593 (reator VS) e ABNT NBR 5170 (reator VM), empregando equipamentos, cabos e sondas de qualidade, com certificados de calibração em vigor.

Nos testes realizados, não foram verificados problemas significativos para a maioria dos ensaios relacionados na listagem anterior, à exceção dos ensaios de curto-circuito e de fator de potência (este último é abordado na próxima seção).

Pôde-se observar que 12,7% das amostras de reatores usados não apresentaram conformidade à norma de corrente de curto-circuito. Deste conjunto de amostras, 18,2% dos reatores VS de 70 W, 11,1% dos reatores VS de 150 W, 8,3% dos reatores VS de 250 W e 17,6% dos reatores VS de 400 W apresentaram corrente de curto-circuito excessiva. Nenhum reator VM apresentou problemas neste tipo de ensaio.

Tampouco os reatores de controle acusaram problemas com o ensaio de corrente de
curto-circuito.

As representações de problemas nas amostras, no que diz respeito aos fabricantes e às localidades de coleta, indicaram uma distribuição relativamente homogênea, não relacionada nesta publicação.

Degradação do fator de potência

Com base nos ensaios realizados, foi possível observar que, praticamente todos os modelos e potências de reatores, oriundos de diversas localidades atendidas pela empresa, apresentaram uma taxa elevada de baixo fator de potência. A Tabela III apresenta a síntese dos resultados.

Os resultados dessa tabela revelam que mais de 60% dos reatores usados apresentaram um FP inferior a 0,92, enquanto cerca de 40% dos elementos da amostra de controle já haviam degradado seu desempenho ideal após três meses de uso em período pouco sujeito a eventos de qualidade de energia ou descargas atmosféricas (junho, julho e agosto). Neste contexto e tendo em vista o circuito típico de um reator eletromagnético que conta com um capacitor na entrada (exclusivo para a correção do FP), pode-se dizer que tais componentes estão significativamente sujeitos a falhas prematuras.

Tabela III – Percentual de reatores com fator de potência classificado em diversas faixas

Categoria (FP indutivo)

Reatores usados

Reatores de controle

FP < 0,6

13,9%

5,4%

0,6 ≤ FP < 0,8

21,5%

5,4%

0,8 ≤ FP < 0,92

25,3%

28,4%

FP ≥ 0,92

39,2%

60,8%

Com base nos ensaios sobre a amostra de reatores usados, não foi possível estabelecer uma relação direta da degradação dos componentes com a cidade em que estavam instalados com o fabricante ou com a potência. Em outras palavras, os problemas observados estavam distribuídos de uma maneira relativamente homogênea, seja do ponto de vista geográfico, seja no que se refere a fabricantes e modelos de reatores.

A fim de se estabelecer uma estimativa sobre os impactos elétricos e financeiros da degradação do fator de potência, foi realizada uma análise das perdas de potência por efeito Joule na rede de distribuição do sistema de IP. Considerando um ramal de IP típico com n reatores instalados, conforme ilustra a Figura 1, é possível avaliar as perdas de potência adicionais, em decorrência do reduzido fator de potência (< 0,92) observado nas amostras estudadas.

 

Leia o artigo na íntegra na revista impressa O Setor Elétrico de setembro de 2011 ou na sua versão eletrônica.

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Comentários  

 
+1 #1 perdasjoão carlos de olive 2013-01-03 13:43
Srs, bom inicio de 2013 p/ todos !!!!
Comentando, é muita perda nos reatores indutivos usados nas lampadas de alta pressaõ.Se pegarmos uma cidade de 100mil habitantes, é energia de 4 fabricas médias, jogada fora, sem aproveitamento.
Vamos descobrir um reator menos ruim,,,Sds!!!
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