victor silva, agosto de 2015 evento automation & power ... · 480v: 70a, 100a, 130a e 150a...
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Aplicação de Filtros Ativos emindústriasEstudo de caso
Victor Silva, Agosto de 2015 – Evento Automation & Power World Brasil
Tópicos
Harmônicos
Linha de filtros ativos da ABB
Estudo de caso
Aplicação em uma indústria de filmes plásticos
Considerações finais
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HarmônicosO que são?
Múltiplos inteiros de uma onda fundamental
Sistemas elétricos
Fundamental: 50Hz ou 60Hz
Harmônicos pares
Harmônicos ímpares
Harmônicos triplos
Compõem a distorção da forma de onda:
Tensão;
Corrente.
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HarmônicosO que são?
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-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
0 5 10 15 20 25 30 35
Total
Forma de onda equivalente distorcida – realFonte: ABB
Forma de onda
distorcida devido aos
harmônicos presentes
HarmônicosO que são?
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-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
0 5 10 15 20 25 30 35
Total Fundamental 5ª harmônica
7ª harmônica 11ª harmônica 13ª harmônica
Formas de onda múltiplas da fundamental – aproximação matemáticaFonte: ABB
Decomposição da
forma de onda
distorcida em ondas
múltiplas da
fundamental
HarmônicosQuais problemas são gerados?
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Waveform event at 22/11/01 10:25:43.533
CHA Volts CHB Volts CHC Volts CHA Amps CHB Amps CHC Amps
Vol
tsA
mps
10:25:43.72 10:25:43.73 10:25:43.74 10:25:43.75 10:25:43.76 10:25:43.77 10:25:43.78
-750
-500
-250
0
250
500
750
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
Tensão: THDV = 12% Corrente: THDI = 27%
TENSÕES & CORRENTES DE LINHA EM UMA ESTAÇÃO DE
BOMBEAMENTO
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HarmônicosQuais problemas são gerados?
Trip de disjuntores e queima de fusíveis
Aumento da corrente RMS: efeito térmico
Aumento do pico da corrente: efeito dinâmico
Aquecimento excessivo de equipamentos
Aumento da corrente RMS
Cabos, transformadores e motores
Torques oscilatórios em motores
Sequência negativa
Efeito pelicular
Cabos
Interferências eletromagnéticas
Equipamentos hospitalares
Queima de capacitores – Baixa impedância e ressonância
Filtros ativos ABBPQF: solução para problemas de qualidade de energia
PQF
Mitigação harmônica
Balanceamento de carga
Compensação reativa
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Filtros ativos ABBTopologia
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PQF
Alimentador
Apenas componente fundamental
IH cargaIH filtro
IH filtro = - IH carga
480V: 70A, 100A, 130A e 150A
690V: 100A
3P3W, 50/60Hz
Cargas industriais médias
Auto-portante
Filtros ativos ABBLinha de produtos
Month DD,
YYYY
PQFI PQFM PQFS
480V: 300A e 450A
690V: 180A e 320A
3P3W, 50/60Hz
Cargas industriais pesadas
Auto-portante
415V: 30A, 45A, 60A, 70A, 80A,
90A, 100A e 120A
3P3W ou 3P4W, 50/60Hz
Instalações comerciais
Montagem em parede
Filtros ativos ABBPrincipais características
Tecnologia de IGBTs;
Chaveamento PWM;
Conexão trifásica a 3 ou 4
fios;
20 ordens harmônicas
simultâneas;
PQFS a 4 fios: 15
ordens simultâneas.
2ª a 50ª ordens
harmônicas;
Compensação reativa;
Balanceamento de fases;
Proteções internas;
Design compacto;
Modularidade;
Sem riscos de
ressonâncias.
Fator de atenuação: ≥97%
tipicamente
Diferentes modos de
operação
Comunicação Modbus RTU
Função de auto-restart
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Filtros ativos ABBRedundância
Redundância total Redundância limitada
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maste
r
Unit1
√
PQ
F
Unit2
√
PQ
FUnit3
√P
QF
Unit4
√
Falha na 3ª unidade:
Falha na 1ª unidade:
PQ
F
X maste
r
Unit2
√
PQ
F
Unit3
√
PQ
F
Unit4
√
maste
r
Unit1
√
PQ
F
Unit2
√
PQ
F
X PQ
F
Unit4
√
maste
r
Unit1
√
sla
ve
Unit2
√
sla
ve
Unit3
√
sla
ve
Unit4
√
Falha na 3ª unidade:
Falha na 1ª unidade:
PQ
F
X PQ
F
X PQ
F
X PQ
F
X
maste
rUnit1
√sla
ve
Unit2
√
PQ
F
X sla
ve
Unit4
√
Filtros ativos ABBControle em malha fechada
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Malha aberta Malha fechada
Filtragem Não controlado Controlado
Erros de medição Impacto significativo Imune
Precisão da filtragem Baixa Alta
Custo do TC Elevado Médio
Filtros ativos ABBControle em malha fechada
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Controle em malha fechadaDirectly control & measure THDI and total
load current then compensate
Future extent ion = easy
VFD VFD VFD VFDVFDPQF
Other loads
spare
CT : x/5A
Control point
Controle em malha abertaTHDI = ? unknown
Total loads = ? Unknown
Pass/fail regulation = ? Unknown
Accuracy drop !
Future extent ion =?
VFD VFD VFD VFDVFDAF?
Other loads
spare
Control point
CT CT CT CTCT:x/1A
SCT
Filtros ativos ABBDiferenciais – Auto-derating
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Máx. Filtragem &
comp. reativa
Máxima filtragem
Filtragem
segundo a curvaFiltragem até os
limites do
hardware
Aumento da
carga no filtro
Redução da
carga no filtro
Estudo de casoIndústria
Indústria de filmes plásticos
Longa linha de produção
Motores CC
Drives DC
Elevado conteúdo de
5ª, 7ª, 11ª, 13ª, ... (6
pulsos)
Baixo fator de potência:
0,65i
THDv: 12,6%
Demanda ativa: 1,15 MW
Demanda reativa: 1,48
MVAr (sem banco de
capacitores)
Perfil de tensão (460V
nominal)
Sem carga: 465V
Com carga: 425V
Banco de capacitores
existente: 1300 kVAr,
dessintonizado
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Estudo de casoEspectro harmônico de tensão
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
TH
Dv 3 5 7 9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
Dis
torç
ão
ha
rmô
nic
a [
%]
Ordem harmônica
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Espectro harmônico de tensão SEM FILTROFonte: Medições ABB
Estudo de casoEspectro harmônico de corrente
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
2 4 6 8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Co
rre
nte
ha
rmô
nic
a [A
]
Ordem harmônica
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Espectro harmônico de corrente SEM FILTROFonte: Medições ABB
Estudo de casoRequisitos do cliente
Melhoria do fator de potência
Evitar o pagamento de multas
Redução do THDv na barra de 460V para um máximo de
5% (IEEE 519-1992)
Permitir a conexão do banco de capacitores existente
Melhoria do nível de tensão
Temperatura ambiente: até 45°C
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Estudo de casoSolução proposta pela ABB
Engenharia de aplicação
Realização de
medições em campo
Especificação do
equipamento
Filtro ativo PQFI 900A
Unidade master de
450A
Unidade slave de 450A
Ordens harmônicas
selecionadas
5ª, 7ª, 11ª, 13ª, 17ª, 19ª
e 23ª
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Estudo de casoSolução proposta pela ABB – Diagrama unifilar
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PQFI
900A
CARGA
Drives
DC
Banco de
capacitores
1300kVAr
dessintonizado
440V, 60Hz
Estudo de casoSolução proposta pela ABB – Resultados
Requisitos
Redução do THDv para níveis
abaixo de 5%
Entrada em operação do banco de
capacitores dessintonizado
Melhoria do fator de potência da
planta:
Não incidência de multas
Complementares Redução das perdas no
transformador e cabos
Correntes harmônicas
Potência reativa
Melhoria nas condições operativas
do banco de capacitores existente
Melhoria do nível de tensão em
440V
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Estudo de casoEspectro harmônico de tensão – Com filtro
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
TH
Dv 3 5 7 9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
49
Dis
torç
ão
ha
rmô
nic
a [
%]
Ordem harmônica
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Espectro harmônico de tensão COM FILTROFonte: Medições ABB
Estudo de casoEspectro harmônico de corrente – Com filtro
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
2 4 6 8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
Co
rre
nte
ha
rmô
nic
a [A
]
Ordem harmônica
© ABB Group September 16, 2015 | Slide 28
Espectro harmônico de corrente COM FILTROFonte: Medições ABB
Considerações finais
© ABB Group September 16, 2015 | Slide 29
Guindastes
Offshore
Máquinas de
enrolar
Máquinas de
papel
Trat. de água
Ski lifts
PropulsãoCentrífugas Telecom.
Petroquímica Compressores
Hotéis,
bancos, data
centers
Gráficas
Considerações finais
Problemas de qualidade de energia
Linha de filtros ativos da ABB
Filtragem harmônica
Compensação reativa
Balanceamento de cargas
Aplicações até 690V
20 ordens harmônicas simultâneas de 2ª a 50ª
harmônica
Estudo de caso
Redução do THDv
Entrada em operação do banco de capacitores
existente
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