Filteron – Filtro Ativo para Eliminação de Harmonicas em MT e AT, Geração Eólica e Solar

A RTA lança o primeiro filtro ativo para aplicações acima de 1000V (MT), e expande a linha desta familia para aplicação em média tensão,com fabricação 100% nacional.

Os Filtros Ativos para eliminação de harmonicas são equipamentos eletrônicos que empregam lógica digital e semicondutores IGBT, para sintetizar uma forma de onda de corrente, que é injetada na rede elétrica para cancelar correntes harmônicas geradas por cargas não lineares. Os AHF empregam transformadores de corrente para medir a corrente do circuito e determinar o conteúdo presente de correntes harmônicas. Ao injetar a corrente sintetizada, as correntes harmônicas da rede são minimizadas, reduzindo seus efeitos no circuito, como por exemplo a distorção da tensão e aquecimento em sistemas de 60hz.

A RTA – Rede de Tecnologia Avançada, já fabricava desde 2003 a linha de filtros ativos de potência em unidades de até 400 amps, paralelaveis em até 690 Volts. As unidades em BT atuais permitem aplicação direta em até 690Volts, totalizando mais de 550 kvar de correção ativa e dinâmica por módulo paralelavel, com resposta linear, e sem ressonância com o sistema de carga instalado.

A RTA visando atender a uma demanda crescente de clientes de diversos segmentos da indústria e grandes instalações, com subestações próprias, fornos, drivers, geração eólica, fotovoltaica, distribuída, etc, passamos a disponibilizar versões de filtros ativos no segmento de média e alta tensão.

Este mercado tem demanda de produtos para trabalhar em tensões de 4200V, 13800volts até 34500Volts. São aplicações típicas de transmissão em alta tensão, em fornos a arco ou de indução, e principalmente em geradores eólicos de grande porte, entre outros.

As tolerâncias para limites de distorção harmônica em AT, são:
filteron
Importante considerar a violação por harmônicos, tanto pares como impares.

Geração Eólica

Os novos acessantes à Rede Básica do SIN (Sistema Interligado Nacional), cujas cargas sejam predominantemente não lineares, devem realizar estudos de desempenho harmônico no PAC (Ponto de Acoplamento Comum) utilizando o Método dos Lugares Geométricos (MLG) recomendado pelo ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico) por meio dos seus Procedimentos de Rede. Este método corresponde a uma avaliação conservadora do impacto individual provocado pela rede do novo acessante, permitindo considerar diversas situações de rede tais como diferentes anos, patamares de carga e situações de contingência (perdas de linhas de transmissão, transformadores, banco de capacitores, etc.). Também leva em consideração as possíveis alterações ou mudanças das admitâncias devido à imprecisão de modelagens dos elementos que compõem o sistema. Entende-se que com estas considerações consiga-se retratar a variação da admitância vista do PAC durante grande parte da vida útil da instalação.

Uma consequência geralmente observada nos estudos de desempenho harmônico, é a violação dos limites individuais e totais de distorções harmônicas de tensão especificados nos Procedimentos de Rede do ONS. Para que o parecer de acesso ao SIN seja favorável é imprescindível o atendimento destes limites. Dessa forma, os novos acessantes deverão mitigar tais ultrapassagens por meio de medidas corretivas, como por exemplo, a utilização de filtros ativos.

Atualmente a metodologia para dimensionamentos de filtros baseiam-se em softwares emuladores da rede. É comum após a operação do parque eólico, surgirem variações na intensidade das ordens harmônicas indicadas nos estudos iniciais, ou até mesmo, o aparecimento de novas ordens harmônicas com necessidade de correção que não foram inicialmente consideradas. A prática de expansão da capacidade de geração com a inserção de geração fotovoltáica está cada vez mais comum, com isso a impedância do sistema é alterada e por consequência aumenta ainda mais o risco do aparecimento de novas ordens harmônicas que ultrapassem os limites certificados.Fica claro então que as características dinâmicas de resposta dos filtros ativos, independente de modulo de corrente e dos harmônicos presentes, como solução eficaz, versátil e flexível, em comparação com a rigidez dos filtros passivos, sintonizados em níveis de corrente e frequência harmônica fixa.

Os Filtros Ativos são equipamentos dinâmicos, atuam em todas as ordens harmônicas simultaneamente, possuem capacidade de expansão por paralelismo de n unidades, podendo atender a qualquer projeto ou possível expansão. O projeto independe dos cenários de operação do SIN porque em operação, as incertezas e imprecisões do sistema são minimizadas, além disso, não modifica a impedância do sistema impossibilitando novas ressonâncias e é extremamente versátil podendo se adaptar a qualquer requerimento do sistema.

Até o início de 2019, não havia obrigatoriedade de o empreendimento comprovar no decorrer dos anos a eficiência da correção implantada, por esse motivo muitos projetos de mitigação de harmônicas com filtros passivos, pelo fato de não se adaptar a um sistema dinâmico, perderam sua eficiência ou se tornaram totalmente obsoletos. Devido ao crescente número de novas conexões e aumento da fragilidade do SIN por motivo de sobrecargas, o ONS revisou a NT 009-2016 (norma que regulamenta os estudos e medição de Qualidade de Energia relacionados aos acessos à rede básica), adicionando a obrigatoriedade de uma medição de qualidade da energia permanente no PAC para monitorar os indicadores de QEE. Caso o empreendimento não cumpra esta regra ou durante o monitoramento ultrapasse os limites individuais e globais de distorção harmônica de tensão, será imediatamente condicionado a operar com número mínimo de aerogeradores estabelecido nos estudos iniciais. Desta forma, a implantação dos Filtros Ativos são rapidamente justificados perante o prejuízo com a redução da geração até que a medida corretiva seja ajustada, por ser de relativa fácil implantação, sem os prejuízos da desativação de solução com filtro passivo que estará obsoleta, quando não prejudica ainda mais o sistema por ressonância ou dissintonia.

Em conclusão, o SIN está chegando a um nível crítico devido ao grande número de conexões de novos acessantes. Por ser um sistema dinâmico e em crescimento exige uma solução dinâmica e expansível. O Filtro Ativo é a solução garantida, sendo o diferencial de custo, em relação a outras soluções, baixo em função do risco de o empreendimento ter que operar durante meses com capacidade de geração reduzida.

Como exemplo de aplicação podemos considerar um grupo de geradores eólicos em 34,5kv com potencia instalada de 13,5MVA, 5 x2,7MVA, ITHD em 2,0%, que demandaria cerca de 500kvar de potencia reativa do filtro ativo.

Pode-se seguir a seguinte metodologia básica com base em dados coletados, como campanhas de medição:

Calculo da corrente Ithd no 34,5kv:

13500kva/34,5kv/1,73 x0,02ithd=4,52amps de injeção pelo filtro ativo.

Desta forma passa a ser fundamental uma análise mais abrangente da qualidade de energia por todos o espectro, tanto para harmônicos pares como impares, pois são encontrados valores de harmônicos pares violadores, pela presença de conversão CC/CA dos inversores destes geradores.

Solucão para outras aplicações em MT e AT

Neste caso podemos ter motores, fornos e outras cargas de grande potência, que requerem mitigação de problemas e prejuízos correntes gerados pelo harmônicos, ocasionando:

  • Queima e degeneração de equipamentos, placas, etc.
  • Perdas por aquecimento nos cabos e em maquinas como transformadores e motores.
  • Queda de tensão nos cabos e gasto adicional de energia.
  • Multas por baixo fator de potência e energia reativa excedente devido a presença de harmônicos.

No intuito de apontar os aspectos do módulo 8 do prodist para níveis distintos de tensão, comentamos:
distorções harmônicas

As terminologias do capítulo 4 definem as variáveis aplicados ao calculo de distorção harmônica, bem como os limites de tempo para medição.

qualidade do produto

qualidade do produto

Os limites definidos acima , notadamente descritos na tabela 3,e em tensões de fornecimento menor que 1kv, estão alinhados com as normas internacionais, sendo as mais importantes a IEEE592 e IEC61000-3-2.

Da medição:

Notadamente o processo é iniciado obrigatoriamente pela reclamação do cliente, e neste ponto cabe a visão que o reclamante pode não ser o gerador poluente da distorção harmônica, e é comum que a distorção presente seja gerada por consumidores vizinhos.

A medição deverá compreender até o 40 harmonico, espectro bem amplo , pois 90% dos harmônicos da rede estão compreendidos nos 3, 5, 7, 11 e 13 harmonicos.

qualidade do produto

fluxograma do processo de medição

Da regularização:

regularização

fator de potência

Considerações sobre o fator de potência:

Neste aspecto é importante ressaltar a relação entre baixo fator de potência e a presença de distorção harmônica. Não se deve confundir a variação do fator de potência em função do cos phi (defasagem entre a tensão e a corrente), que não tem correlação com a distorção.

A eliminação da distorção harmônica corrige o fator de potência na proporção em que esta afeta o valor do fator de potência total, que é a soma da distorção total + o desfasamento angular de energia reativa (cos phi).

Considerações sobre as correções:
– Identificado o agente causador, cliente ou concessionária, serão necessárias as ações para erradicação do conteúdo harmônico presente.

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