do arquivo

PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM SIMULADOR DE EFEITO FLICKER
PROF. D.SC. JOSÉ T. OLIVEIRA ; PROF. DR. M ANOEL F. M EDEIROS; PROF. D.SC. A NDRÉS O. SALAZAR; GRAD.
A NALUIZA A. NASCIMENTO
Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Campus Universitário, S/N, Natal-RN, CEP: 59072-970
E-mails: [email protected]; [email protected]; [email protected];
[email protected].
¾¾
Resumo
O objetivo deste trabalho é apresentar o projeto e a montagem de um simulador para produzir o efeito Flicker. O simulador é
constituído de uma chave de estado sólido e um circuito de controle com a finalidade de variar as tensões na carga e produzir o Flicker.
Equipamentos de uso comercial e residencial, como geladeiras, monitores de computadores, no-break e lâmpadas foram testadas e os
resultados são analisados para verificar a influência do fenômeno na operação de tais equipamentos.
¾
Abstract This work presents the project and construction of a Flicker’s effect simulator. This one is compose of a solid-state switch and
a control circuit to change the voltage value in the load and cause the Flicker. Commercial and residential use equipment, like refrigerators,
computers monitor, no-break and lamps was tested. With the measured values it can analyze what is the maximums Flicker’s levels on the
loads.
Keywords
¾ Flicker, simulation; disturbs.
1 Introdução
O termo Flicker é definido como o impacto da
flutuação da tensão em lâmpadas que é percebido
pelo olho humano. O termo flutuação de tensão
refere-se às variações de envoltória que se
manifestam nos valores RMS das tensões de
suprimento em 60 HZ. Esse efeito encontra-se
relacionado com oscilações de baixa freqüência
(<25Hz). O termo Flicker pode ser traduzido como
cintilação. O efeito da cintilação também pode ser
considerado uma percepção subjetiva que varia para
cada indivíduo, já que tal fenômeno traduz-se na
sensação que é experimentada pelo sistema visual
humano, quando este é submetido a variações do
fluxo
luminoso,
principalmente
em
lâmpadas
incandescentes.
A Figura 1 (Electrotek Concepts) mostra o
comportamento típico da forma de onda de tensão
deformada devido à presença do Flicker:
Nesse exemplo, o fenômeno foi causado por um
forno a arco, uma das causas mais comuns de
flutuações de tensão em sistemas de transmissão e
distribuição de energia. O sinal Flicker pode ser
definido como sua magnitude RMS expressa em
relação à fundamental. O Flicker RMS será medido
Figura 1 - Flutuação de tensão provocada por um forno a arco em operação
313
Figura 2 - Circuito para simulação de Flicker
em respeito à sensitividade do olho humano.
Geralmente níveis de Flicker de cerca de 0,5p.u.
podem resultar em um efeito perceptível nas
lâmpadas.
Diversas causas provocam o efeito como:
precariedade da rede de distribuição da via pública,
indústrias
pesadas
conectadas
a
re des
subdimensionadas. De um modo geral, esse tipo de
problema é causado por cargas industriais. Dentre as
causas mais comuns destacam-se: as máquinas de
solda, os laminadores, os fornos a arco, e os
aparelhos de raio X.
Dentre os prejuízos decorrentes de um
suprimento cuja tensão possui as características
ilustradas na Figura 1, tem-se:
•
•
•
•
•
•
•
•
Flicker ou cintilação luminosa;
Queda no rendimento de equipamentos
elétricos;
Oscilação de potência e do torque de
motores elétricos;
Interferência nos sistemas de proteção e
controle;
2 Descrição do Sistema
O circuito do simulador é apresentado na Figura 2,
com uma alteração em relação ao circuito original
(Deckmann): o acréscimo de uma chave em paralelo
ao resistor.
As variações regulares de tensão são obtidas
através da inserção de um resistor de potência, em
série com a carga, que é curto circuitado
periodicamente através de uma chave de estado
sólido acionada por um sinal pulsante proveniente de
um oscilador. Todos os circuitos foram montados em
laboratório, em placas de circuito impresso e em uma
caixa que facilitará o manuseio e a utilização do
simulador. A seguir estão descritos os componentes
do circuito:
•
Oscilador: gera uma onda quadrada cuja
frequência pode ser ajustada para valores
entre 12 e 35 Hz.
Chave de Estado Sólido: freqüência
máxima de operação 400Hz, corrente
máxima 45A e tensão de operação 240V.
Carga a ser testada: durante as
simulações foram utilizadas as seguintes
cargas
para
teste:
lâmpada
incandescente, Monitor de computador,
No-Break,
Refrigerador doméstico e
Lâmpada Fluorescente.
Analisador de Redes AR5: Para medição
dos dados nas simulações utilizou-se o
Analisador
de
Redes
AR5,
da
CIRCUTOR. Esse equipamento mede e
calcula os parâmetros referentes ao
efeito Flicker. . Iremos utilizar os
seguintes parâmetros para nossa análise:
[Manual do Analisador de Redes AR5].
• Perceptibilidade (P): indica o nível
de percepção não-linear do conjunto
olho-cérebro, é obtido a partir do
valor médio dos valores de Flicker
ponderados de acordo com suas
respectivas
frequências
(Flicker
RMS).
• Perceptibilidade máxima (P0,1, P1,
P3, P10, P50): coeficientes que
indicam
qual
a
máxima
perceptibilidade alcançada durante
0,1%, 1%, 3%, 10%, 50% do tempo
programado (período de Pst (5
minutos)).
Software Power Vision: Para análise dos
dados coletados será utilizado o software
Power Vision V.1.2b, da CIRCUTOR,
através deste programa pode-se efetuar o
"download" do arquivo em que estão
guardados os dados no AR5 e visualizar:
tabelas com os níveis de Severidade e
Perceptibilidade
medidos,
gráficos
314
Tabela 1. Equipamentos Testados com o Simulador.
Equipamento
Lâmpada
Incandescente
200W
Monitor 14”
No-Break
2000VA
Refrigerador
Lâmpada
Fluorescente
Figura 3 - Forma de onda aplicada à carga pelo simulador
Tempo x Severidade, todos com horários
precisos.
3 Resultados Experimentais
As medições foram realizadas em intervalos de cinco
minutos, tempo necessário para que o analisador
calcule os parâmetros referentes ao nível de Flicker
aplicado à carga.
A Figura 3 mostra a forma de onda sobre a carga
enquanto o circuito está ligado. Esta Figura mostra
que a tensão fundamental encontra-se modulada por
uma onda de baixa freqüência e de amplitude ∆V. É
importante saber que em situações reais várias
freqüências de modulação encontram-se presentes,
nessas situações a modulação será formada por uma
onda aleatória determinada pela carga perturbadora.
Os equipamentos testados estão listados na
Tabela 1:
Intervalo
de tempo
Comportamento
do Equipamento
1 hora
O Flicker causou
incômodo visual
3 horas
Normal
1hora
Normal
1 hora
Normal
½hora
Normal
Tabela 2. Resultados das medições efetuadas com a lâmpada.
Medição
1ª
2ª
3ª
Tensão F-N Nível PST
166
1,4
165
1,7
165
0,9
P 1%
22,09
32,49
4,84
P 50%
0,04
0,04
0,04
Foram aplicados, para cada carga, níveis de
Flicker variando de 0,4pu a 32pu. O gráfico da
Figura 4 mostra os níveis de Flicker (pst) aplicados
ao Refrigerador.
A Tabela 2 mostra os resultados das medições
dos níveis de Flicker utilizando-se uma lâmpada
incandescente como Carga.
O nível de P 1% é alto, pois indica o momento
em que o simulador é conectado à carga, percebe-se
que este nível encontra-se bem acima da norma, e
durante esse o intervalo de funcionamento do
simulador pode-se perceber que o Flicker na lâmpada
provoca uma sensação incômoda no sistema visual,
mas, como já foi citado, essa é uma sensação
Figura 4 – Níveis de Flicker (pst) aplicados ao Refrigerador
315
subjetiva, já que algumas pessoas não conseguiram
perceber o problema.
O nível de P 50% indica o nível de Flicker na
alimentação normal pela rede elétrica, e o nível de
Severidade (Pst) mostra o nível de Flicker em p.u. em
cada medição, percebe-se que em apenas um dos
casos, na 3ª medição, o nível está abaixo do nível
limite da presença de Flicker (1,0 pu) (Tompson et
al).
4 Conclusões
Depois de construído o sistema, foram testados
diferentes cargas, tal como mostra a tabela-1. O
efeito mais evidente foi com as lâmpadas
incandescentes, provocando incomodo visual. Com
relação ao monitor de computador e no-break, o
efeito aparente foi mínimo devido ao fato que esses
tipos de equipamento foi projetado para trabalhar em
uma faixa de tensões muito grande. Sobre o
refrigerador domestico nos primeiros testes não
foram comprovados a interferência do efeito flicker.
Atualmente estamos realizando testes com outros
tipos de cargas comerciais para comprovar os efeitos
do flicker e o desempenho destas cargas sobre estas
condições.
Agradecimentos
Este trabalho está sendo financiado pelo “Programa
de Pesquisa & Desenvolvimento da COSERN.
Projeto Transitórios Eletromagnéticos em Redes de
Distribuição de Energia Elétrica: Ênfase em
Qualidade da Energia Elétrica” em convênio com o
Departamento
de
Engenharia
Elétrica
da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
Referências Bibliográficas
Deckmann, S. M, (1999). Nova Abordagem para a
atenuação do efeito Flicker nas redes, III Seminário
Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica SBQEE.
Rufino, Maria das Graças S., Oliveira, José C. de,
Gonçalves, Walkiria K. A., (2001). Contribuições às
análises da propagação das flutuações de tensão sob
o enfoque do fenômeno Flicker, IV SBQEE.
Arruda, Antônio A. C., Tompson, Rogério L., Macedo,
Waldeci de, Vilares, Nelson da S., (1999).
Sobretensões, Coordenação de Isolamento de
Interferências, IV Seminário Nacional de Produção e
Transmissão de Energia Elétrica - SNPTEE.
Electrotek Concepts, (1994-1997). Power Quality Terms
and Definitions, Knoxville, Tennessee, USA.
CIRCUTOR S.A., Manual do Analisador de Redes AR5.
CIRCUTOR S.A., Manual do Software Power
IEC 555-3 “Disturbances in Supply Systems Caused
by household appliances and similar electrical
equipment”, Ed. 1982.
Zabala, L. at all, (1999) “Flicker Assessment:
Individual Contribution of an Arc Furnace and
Flicker Transmission”, CIRED.
316