Um contador multifunções é normalmente adquirido para obter os dados relativos ao consumo de energia. Alguém quer saber os quilowatts-hora por turno ou por linha de produção, e o medidor é instalado para fornecer esse valor. O ecrã de harmónicas é a parte que ninguém abre durante o primeiro ano. Depois, um terminal neutro começa a aquecer ou um banco de condensadores começa a queimar fusíveis, e esse mesmo medidor torna-se o instrumento mais útil no armário.
Nota explicativa: isto abrange a leitura de harmónicos num medidor de painel instalado de forma permanente, em redes de distribuição de baixa e média tensão, até ao trigésimo primeiro harmónico. Não substitui uma avaliação de conformidade realizada com um analisador portátil da qualidade da energia, nem abrange estatísticas relativas a interharmónicos, flicker ou quedas de tensão. A ACXION fabrica os medidores da série TS aqui referidos, pelo que esta informação provém do ponto de vista da produção e da aplicação, e não de um laboratório de ensaios.
Por que é que o neutro pode transportar mais corrente do que a fase
Num sistema trifásico equilibrado que alimenta cargas lineares, o neutro quase não transporta corrente. É por isso que os condutores neutros são frequentemente dimensionados com secção menor do que os condutores de fase. As fontes de alimentação comutadas alteram essa situação. A corrente consumida por um retificador não é sinusoidal. A terceira harmónica que produz não se cancela no neutro da mesma forma que a fundamental. A terceira, a nona e a décima quinta harmónicas somam-se no neutro, em vez de se cancelarem.
Medimos uma corrente no neutro superior à corrente de fase em quadros que alimentavam apenas iluminação LED e equipamento de secretária. As leituras das fases pareciam dentro dos limites, bem abaixo da capacidade nominal do disjuntor, e era o neutro que ficava quente. Em quatro quadros que analisámos no ano passado, o neutro estava mais quente do que qualquer fase. Em todos os casos, o quadro tinha sido concebido partindo do princípio de que a carga era linear. Nada nas placas de identificação teria revelado isso.
Um medidor que apenas indica a corrente total oculta completamente esta informação. É necessário conhecer o conteúdo harmónico no neutro, ou pelo menos a terceira harmónica nas fases, antes de decidir se o condutor neutro tem a secção adequada.
Analisa o panorama geral, não te fiques por uma única percentagem
A maioria dos medidores apresenta a distorção harmónica total como um único valor, e é nesse valor que a maioria das pessoas se detém. Trata-se do valor menos útil no ecrã. Oito por cento causados por uma terceira harmónica são um problema diferente de oito por cento causados por uma décima primeira, e a solução não é a mesma.
A ordem indica-lhe a origem. Uma quinta e uma sétima dominantes apontam para um retificador de seis impulsos, o que, numa instalação, normalmente significa variadores de velocidade e as unidades UPS de maior dimensão. Uma terceira dominante aponta para cargas eletrónicas monofásicas, e esse é o problema do neutro descrito acima. A décima primeira e a décima terceira indicam, normalmente, uma configuração de doze impulsos ou um grande acionamento de corrente contínua. A norma IEC 61000-4-7 define como as medições de harmónicas e interharmónicas num sistema de alimentação devem ser agrupadas e avaliadas. É a referência que utilizamos quando alguém pergunta por que razão um contador fixo e um instrumento portátil apresentam uma discrepância de algumas décimas.
Os medidores multifuncionais TS medem desde a segunda até à trigésima primeira harmónica. Esse intervalo abrange o que é provável que se encontre num quadro elétrico industrial ou comercial. Qualquer valor acima desse intervalo pertence a uma classe diferente de instrumentos e a um tipo diferente de investigação.
De onde vêm os harmónicos
As fontes são quase sempre as mesmas quatro e, uma vez conhecidas, é normalmente possível prever o espectro antes de o medir. Os variadores de frequência são o maior contribuinte individual na maioria das instalações. As fontes de alimentação comutadas nos armários de controlo, nos racks de PLC e no equipamento de TI contribuem com um amplo ruído de fundo de harmónicos de terceira ordem que nunca se desliga. As fontes de alimentação ininterruptas contribuem de acordo com o design do seu retificador. A iluminação LED contribui mais do que se espera numa instalação de grande dimensão, porque o número de luminárias é elevado, mesmo quando cada uma delas é pequena.
Nada disto se deve a uma avaria no equipamento. As cargas modernas consomem corrente em impulsos e a fonte de alimentação tem de se adaptar a isso. A questão é apenas saber se a rede de distribuição foi concebida para isso, o que, normalmente, não é o caso.
A armadilha do banco de condensadores
Os condensadores de correção do fator de potência são o que transformam um nível de harmónicas controlável numa avaria. Um condensador apresenta baixa impedância às frequências harmónicas, pelo que o conjunto de condensadores absorve a corrente harmónica de toda a instalação. Se a indutância do banco entrar em ressonância perto de uma harmónica presente, a corrente nesse ramo pode subir muito acima do valor para o qual os fusíveis e os contactores foram selecionados. Fusíveis de condensadores queimados, caixas deformadas e contactos de contactores soldados são os sintomas habituais. Estes são rotineiramente diagnosticados como um problema de qualidade dos condensadores.
Fomos chamados a intervir em dois painéis em que o banco de condensadores era a falha visível. A verdadeira causa foi uma remodelação dos variadores realizada dezoito meses antes. O banco tinha sido dimensionado numa altura em que a carga era constituída principalmente por motores, e a corrente harmónica proveniente dos novos variadores atingiu imediatamente o ponto de ressonância. Em ambos os casos, os dados dos medidores resolveram a questão. A corrente harmónica de quinta ordem no ramo dos condensadores era várias vezes superior à fundamental.
A solução padrão consiste num reator des sintonizado em série com cada estágio. O reator tem de ser selecionado em função da ordem harmónica que está efetivamente presente, e não com base num valor genérico retirado de um trabalho anterior.
Obter dados em que se pode confiar
A qualidade de uma leitura de harmónicas depende inteiramente do transformador de corrente que a alimenta. Os medidores TS aceitam um secundário do TC de 1 A ou 5 A. A entrada de tensão é de 57,7/100 V ou 220/380 V, direta ou através de um TP. Apresentam uma carga inferior a 0,2 VA tanto na entrada de corrente como na de tensão. Este último valor é mais importante do que parece. Se o TC for pequeno e o comprimento da cablagem secundária for elevado, a carga no cabo pode levar o núcleo à saturação. Um núcleo saturado indica harmónicas que não existem.
A corrente e a tensão são medidas com precisão de Classe 0,2, a potência ativa e a energia ativa com precisão de Classe 0,5 e a energia reativa com precisão de Classe 1. No que diz respeito à análise de harmónicas, a precisão da tensão e da corrente é o parâmetro a verificar, uma vez que o conteúdo harmónico provém do mesmo circuito de entrada. A gama de frequências é de 45 a 65 Hz e a sobrecarga contínua na entrada de corrente é de 1,2 vezes o valor nominal.
No que diz respeito às comunicações, os contadores utilizam o protocolo Modbus-RTU através de RS485 a 2400, 4800, 9600 ou 19200 bps, sendo 9600 a velocidade predefinida. Na prática, o fator limitante raramente é a taxa de transmissão. É a frequência de sondagem do mestre SCADA. Uma leitura do espectro efetuada uma vez por hora não irá revelar o pico que surge quando um determinado variador é ligado.
Formato do painel e opções disponíveis
O medidor tem de se adaptar ao espaço disponível e, numa remodelação, esse espaço corresponde ao que o instrumento anterior ocupava. A série TS está disponível nos formatos quadrados de 48, 72, 80 e 96 mm, além de uma versão de 96 por 48 mm. As aberturas são de 45 por 45, 68 por 68, 76 por 76 e 91 por 91 mm, e de 91 por 45 mm na versão larga. Uma unidade de 96 mm dispõe de área de ecrã suficiente para apresentar um espectro de forma legível. Isso é importante se se pretender que um operador o leia localmente, em vez de o fazer através do barramento.
A expansão opcional abrange uma ou duas saídas de relé, duas ou quatro entradas digitais e uma a três saídas analógicas de 4 a 20 mA ou 0 a 20 mA. A escolha da configuração adequada depende do facto de o medidor se limitar a apresentar dados ou de também executar ações, e nem todas as combinações são compatíveis com todos os tamanhos de estrutura. Nos medidores de corrente contínua de 96 por 48 mm, a opção RS485 e a saída analógica única são mutuamente exclusivas. Essa escolha tem de ser feita antes de efetuar a encomenda.
A alimentação é de CA ou CC, de 80 a 270 V, com um consumo máximo de 5 VA. O intervalo de funcionamento é de -10 a +55 graus Celsius e o limite de altitude é de 2500 metros. O isolamento entre a alimentação, as entradas e as saídas é superior a 2 kV CA.
A mesma plataforma também permite a medição de corrente contínua. A tensão de entrada CC direta chega aos 1000 V, e a corrente é obtida através de um shunt de 75 mV ou de um sensor Hall, com precisão de Classe 0,5. Esta é a versão necessária para placas solares e de telecomunicações. Trata-se de uma família de modelos distinta, e não de uma opção disponível nos medidores de CA.
O que perguntamos antes de fazer um orçamento para um contador
Somos o fabricante, pelo que é justo dizer que somos nós que vendemos estes produtos e que as orientações refletem isso mesmo. O que precisamos de si não é uma ordem de compra. Precisamos de saber a tensão do sistema, a relação do transformador de corrente (CT) e a potência nominal do secundário já instaladas, e se a tensão é direta ou através de um transformador de tensão (PT). Depois, a classe de precisão de que realmente necessita, quais as saídas de expansão de que necessita e como as leituras serão recolhidas.
Os contadores desta gama são fabricados por encomenda a partir do catálogo e o preço é calculado consoante a configuração. As matrizes dos modelos, os códigos de expansão, os esquemas de ligação e as dimensões de recorte encontram-se no catálogo da série TS no nosso centro de downloads. Se essa mesma instalação também necessitar de proteção, consulte as nossas orientações sobre como escolher um Relé de proteção ACX6300 aplicando-a de forma a cobrir esse lado do painel.
O que este artigo não aborda
As estatísticas relativas a interarmónicos, flutuações de tensão, quedas e picos de tensão, bem como os relatórios de conformidade com a tarifa da empresa de eletricidade, estão todos fora do âmbito de funcionamento de um contador de painel. Se a questão é saber se uma instalação cumpre os limites de harmónicos estabelecidos pelo operador da rede, é necessário um analisador portátil durante um período de análise. A norma IEEE 519 é a referência habitual para definir quais devem ser esses limites. Um medidor instalado de forma permanente indica o que se passa numa terça-feira à tarde. Por si só, não indica qual será a posição da empresa de eletricidade sobre o assunto.
As especificações aqui apresentadas provêm do catálogo atual. Confirme o código do modelo e a combinação de expansão na confirmação da encomenda e considere o esquema de ligações fornecido com o dispositivo como a referência definitiva.