Medições elétricas e os valores máximos, mínimos e médios

nov, 2019

Ao se especificar e efetuar medições elétricas em instalações industriais, nos barramentos e ponto de acoplamento com a distribuidora, naturalmente, se deseja conhecer as variáveis elétricas que estariam impactando em algum setor da instalação ou mesmo para resolver suspeitas de má-operação, ou ainda na pesquisa de perdas elétricas, harmônicas, comportamento das tensões de alimentação das cargas, fator de potência, carregamentos e outras variáveis. Algumas questões devem ser consideradas de forma que estas atividades forneçam os resultados com aplicação imediata e sejam promovidas as correções devidas a novos rumos a serem ajustados.

Regimes permanente e transitório

O regime permanente, conforme citado pelas definições consultadas, incluindo o módulo 8 do Prodist, é aquele que considera a integração das medições (de tensão) em períodos definidos. No caso específico do módulo 8, são considerados períodos de 10 minutos, conforme metodologia estabelecida para a avaliação da tensão em regime permanente e desconsideração de alguns períodos de medições em função das regras e critérios estabelecidos na norma. A definição para o regime transitório está relacionada a curtos períodos que ocorrem entre dois regimes permanentes. No caso do comportamento da medição de tensão neste regime transitório, avalia-se qual o comportamento da variável em períodos curtos de integração, como por exemplo, meio ou um ciclo, ou mesmo o comportamento da forma de onda entre os dois períodos relacionados aos regimes permanentes. O módulo 8 trata o regime transitório na avaliação das VTCDs (variações de tensão de curta duração) em períodos desde 1 ciclo até três minutos.

Medições em regime de frequência e do tempo

As medições no regime da frequência exprimem variáveis elétricas associadas à integração das medições desde, por exemplo, um ciclo até períodos maiores, no caso da tensão rms ou eficaz no regime da frequência é calculada pela expressão conhecida da integração da forma de onda durante um período como um segundo, um minuto, 10 minutos, e assim por diante. Já a avalição em regime do tempo se preocupa com o comportamento da forma de onda da tensão ou da corrente e, neste caso, a questão associada é relacionada à taxa de amostragem de cada ciclo. Quanto maior for a taxa de amostragem, maior é a acuidade da medição (menor tempo entre dois pontos relacionados a taxa de amostragem). Da análise das definições acima, parece claro que as medições em regimes permanente e as do domínio da frequência consideram integrações de medições efetuadas; portanto, são obtidos valores médios, não significando que sejam coincidentes, pois é possível se medir um transitório no regime da frequência com integração em milissegundos. Já as medições no domínio do tempo consideram a aquisição da forma de onda em número conveniente de ciclos, desde frações de ciclo até dezenas de ciclos ou mais. A figura 1 apresenta quatro medições de tensão que ilustram o exposto.

Figura 1 – Medições de tensão em domínios do tempo, frequência em regimes transitório e permanente.

As figuras 1(A), 1 (B), 1(C) e 1(D) representam medições de tensão nos regimes transitórios e permanentes e domínios da frequência e do tempo. Note-se que é possível visualizar uma VTCD característica de um transitório de tensão em medição em regime da frequência em 1(A) ou ocorrência de transitórios sobre a envoltória da forma de onda na figura 1(D) em regime permanente durante alguns minutos de medição. Diante destas avaliações, quais seriam os benefícios práticos a serem aplicáveis?

Tomando medições em uma esteira transportadora, na figura 2, o regime permanente é aquele de operação em regime de carga, representado pela curva “verde”, e o regime transitório está associado ao intervalo de tempo entre dois regimes permanentes, representado em laranja. A figura 3, extraída de um instante da figura 2, ilustra o comportamento da potência reativa no regime transitório de aproximadamente 1,5 segundo.

Das figuras 1, 2, 3 e 4, o que se observa é que a potência reativa medida em regime permanente é da ordem de 500kvar e este seria o montante necessário para a injeção da potência reativa se o objetivo fosse apenas compensar o fator de potência sob a ótica da resolução 414 da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) para evitar a cobrança da energia reativa excedente. Contudo, o fato aqui analisado complementarmente está relacionado à capacidade operacional de os motores operarem de forma satisfatória no acionamento da carga, e o fenômeno pode ser visualizado em função da resolução e tempo de integração do instrumento utilizado (taxa de amostragem de pelo menos 512 amostras e integração a cada meio ciclo). Portanto, as informações das figuras 2, 3 e 4 ratificam que o consumo de potência reativa não é mais de 500kvar, mas superior a 2000kvar, em função da potência reativa necessária ao acionamento da carga. Esta situação impõe ao sistema uma queda de tensão instantânea (regime transitório) de aproximadamente 9%. Naturalmente, a energia necessária à partida da carga é prejudicada por conta deste fenômeno, dificultando a operação prevista. Ao contrário da solução para a simples compensação reativa em valores médios, a energia reativa neste caso, deve ser injetada nos valores e nos intervalos da ordem de grandeza dos consumidos e, principalmente, somente durante este período; caso o sistema de compensação da energia reativa não acompanhe o perfil da carga, sobretensões, devido à sobre compensação, poderão comprometer a segurança do sistema.

Figura 2 – Potência reativa registrada em regime permanente (verde) e transitório (laranja).

 

Figura 3 – Zoom do comportamento da potência reativa em regimes permanentes e transitório.

 

Figura 4 – Zoom do comportamento das Tensões nos dois regimes, relativo ao período da figura 3.

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