Medidores de Energia Eltrica

Oscar T. Koshikumo

Larcio Alves de Godoy

(MGE - Medies Eltricas Especiais S/C Ltda.)

Medidores de Energia Eltrica Tipo Induo

Vista frontalVista superior

Definies: Aferio: Determinao dos erros do medidor. Calibrao: Manejo dos dispositivos de calibrao do medidor de modo a faz-lo indicar, dentro dos erros admissveis, a energia a ser medida. Tenso Nominal: a tenso para a qual a bobina de potencial do medidor foi construda. portanto a tenso de projeto do medidor e a que vem indicada na sua placa de identificao. Tenso em volts (V), marcada na placa de identificao, qual se referem as caractersticas de desempenho do medidor. Tenso de Calibrao: a tenso que deve ser aplicada bobina de potencial do medidor, por ocasio da sua aferio e calibrao, correspondente tenso do circuito em que vai ser instalado o medidor. Freqncia Nominal: Freqncia em hertz (Hz), marcada na placa de identificao, qual se referem as caractersticas de desempenho do medidor. Corrente Nominal: Intensidade de corrente em ampres (A), marcada na placa de identificao, qual se referem as caractersticas de desempenho do medidor.

Corrente Mxima: Maior intensidade de corrente em ampres (A), marcada na placa de identificao, que pode ser conduzida em regime permanente sem que sejam excedidos os erros e a elevao de temperatura admissveis, normatizados pela ABNT. Carga Pequena (CP): Carga que corresponde a uma corrente no medidor igual a 1/10 da corrente nominal com tenso e freqncia nominais e com fator de potncia unitrio. Carga Nominal (CN): Carga que corresponde a uma corrente no medidor igual corrente nominal, com tenso e freqncia nominais e com fator de potncia unitrio. Carga Indutiva (CI): Carga que corresponde a uma corrente no medidor igual corrente nominal, com tenso e freqncia nominais e com fator de potncia igual a 0,5 indutivo. Constante do Disco (Kd): Nmero de watt-hora correspondente a uma rotao do elemento mvel. Constante do Registrador (K): Nmero pelo qual se deve multiplicar a leitura do mostrador para se obter, em kWh, a energia medida. Relao do Registrador (Rr): Nmero de rotaes da primeira engrenagem que engrena com o elemento mvel, correspondente a uma rotao completa do primeiro ponteiro ou cilindro ciclomtrico da unidade de kWh. Relao de Acoplamento (Ra): Nmero de rotaes do elemento mvel correspondente a uma rotao completa do primeiro cilindro ou ponteiro.

Princpio de Funcionamento do Medidor Tipo InduoConjugado MotorUm condutor percorrido por uma corrente I, na presena de um campo magntico B, fica submetido a uma fora cujo sentido dado pela regra da mo esquerda e cujo mdulo dado por:

F = B I L sen , onde:B a intensidade do campo magntico que inside sobre o condutor. I a intensidade da corrente que percorre o condutor.L o comprimento do condutor sob a ao do campo magntico. o ngulo entre B e a direo de IL no espao.

Este fenmeno conhecido como fenmeno da interao eletromagntica.

FIG. 3.4.aFIG. 3.4.bFIG. 3.4

ttbdeacVIV = Tenso sobre a carga ZI = Corrente atravs da carga Zi = Fluxo gerado por I atravs de Bc ( em fase com I )v = Fluxo gerado por I atravs de Bp (defasado 90o ) atrasado em relao a V)iv

v decresce em valor absoluto originando Iv no sentido anti-horrio (Lenz)i cresce induzindo as correntes Ii (Lenz)Interao de i com Iv origina as foras F1Interao de v com Ii origina a fora F2

Posies de F1 e F2 em relao ao eixo do disco originam um conjugado motor que o faz girar no sentido anti-horrio.

Intervalo b-cv cresce em valor absoluto originando Iv no sentido anti-horrio (Lenz)i decresce induzindo as correntes Ii (Lenz)Interao de i com Iv origina as foras F1Interao de v com Ii origina a fora F2

Posies de F1 e F2 em relao ao eixo do disco originam um conjugado motor que o faz girar no sentido anti-horrio.

v decresce originando Iv no sentido horrio (Lenz)i cresce em valor absoluto induzindo as correntes Ii (Lenz)Interao de i com Iv origina as foras F1Interao de v com Ii origina a fora F2

Posies de F1 e F2 em relao ao eixo do disco originam um conjugado motor que o faz girar no sentido anti-horrio. t

v cresce em valor absoluto originando Iv no sentido horrio (Lenz)i decresce em valor absoluto induzindo as correntes Ii (Lenz)Interao de i com Iv origina as foras F1Interao de v com Ii origina a fora F2

Posies de F1 e F2 em relao ao eixo do disco originam um conjugado motor que o faz girar no sentido anti-horrio.

OBSERVAO:

No intervalo a-b, o fluxo v fisicamente considerado como decrescente, enquanto que matematicamente considerado crescente, pois est no valor mximo negativo em a e tende para zero em b.

Idntica incompatibilidade ocorre no intervalo d-e em relao a v, e nos intervalos c-d e d-e com relao a i.

Naturalmente, para se estabelecer o sentido das correntes induzidas no disco, deve ser considerado o comportamento fsico dos fluxos e no o sinal matemtico a eles atribudos por mera conveno.Para que o conjugado produzido no disco seja proporcional tenso v e corrente i, o fluxo v dever estar em quadratura com o fluxo i (defasados entre si de 90 graus).

3.3.2- Velocidade de Rotao do Disco (Im)Para garantir a fidelidade do registro da energia medida a velocidade do disco dever ser proporcional potncia da carga, logo:Cm = K V I Cos

Esta velocidade deve ser ajustada de tal modo que o nmero de rotaes, durante um dado intervalo de tempo, seja proporcional energia solicitada pela carga durante este intervalo. Assim o disco dar um determinado nmero de voltas por Wh. O movimento do disco transmitido, por meio de um sistema mecnico de engrenagens, ao mostrador do instrumento, que indicar em kWh a quantidade de energia eltrica absorvida pela carga

3.3.3. Dispositivos de CalibraoAjuste do ngulo de Quadratura dos Fluxos v e i.Se a bobina de potencial fosse puramente indutiva, teramos 90 graus de defasagem entre os fluxos e o conjugado motor seria proporcional potncia ativa da carga:Cm = K V I Cos

Como o enrolamento da bobina de potencial no pode ser considerado ideal, pois apresenta certa resistncia eltrica, h na prtica vrios artifcios empregados para fazer com que o fluxo til v seja defasado de exatamente 90 graus em atraso em relao tenso V. Esta operao chamada de "ajuste da carga indutiva" ou "ajuste do fator de potncia".A seguir, ser apresentado dois dos artifcios mais usados pelos fabricantes de medidores para ajuste da defasagem:

Primeiro artifcioAjuste do ngulo de Quadratura dos Fluxos v e i.

Segundo artifcio Ajuste do ngulo de Quadratura dos Fluxos v e i.

3.3.4- Compensao do Atrito

3.4. Mtodos de Aferio de Medidores 3.4.1. Mtodo da Potncia x TempoEsquema bsico:Wh medido = Nm . KdWh real = V.I. (cos).t

Wh medido = energia registrada pelo medidorWh real = energia real solicitada pela carga ZNm = nmero de voltas do disco do medidorKd = constante do disco do medidorT = tempo

3.4.2- Mtodo do Medidor Padro W = P x t

Wp = Ks x Ns

Ks = Constante do Padro (Wh/rot)Ns = Nmero de rotaes do disco do padroWm = Kd x NmKd = Constante do disco do medidorNm = Nmero de rotaoes do disco do medidorKd x Nm = Ks x Ns ou

3.4.3 Clculo do erro do medidor Se o disco do padro registrar um nmero N de rotaes, diferente de Ns calculado de acordo com a expresso anterior, porque o medidor sob teste no est registrando corretamente a energia solicitada pela carga. Clculo do erro percentual do medidor ( E%):

Wreal = Ks x NW medido = Kd x NmOnde:Se N < Ns o erro positivo (medidor adiantado).Se N > Ns o erro negativo (medidor atrasado).

3.5. Calibrao de Medidores

3.5.1- Calibrao na carga nominalPara calibrar o medidor na carga nominal, maneja-se o im permanente modificando o conjugado frenador ou de amortecimento produzido sobre o disco do medidor.A reduo do conjugado frenador implica num aumento da velocidade angular do disco (adiantar o medidor).Aumentar o conjugado frenador implica em reduzir a velocidade angular do disco (atrasar o medidor).3.5.2- Calibrao na carga pequenaPara calibrar o medidor na carga pequena, maneja-se o dispositivo que faz deslocar a espira G da figura 3.13. para compensao do atrito, cujo princpio de funcionamento est descrito no item 3.3.4.O ajuste na carga pequena depende to somente da tenso, sendo muito pouco influenciado pela corrente, e tem as seguintes finalidades:1) Compensao do atrito dos mancais e do sistema registrador;2) Compensao da dissimetria dos circuitos magnticos; 3) Compensao da no linearidade do material ferromagntico do circuito de corrente, sobretudo nas correntes pequenas. Isto quer dizer que se a corrente diminui, o fluxo por ela criado no circuito magntico tambm diminui porm no na mesma proporo.

3.5.3- Calibrao na carga indutivaA operao de calibrao do medidor na carga indutiva, tambm chamada de "calibrao do fator de potncia", consiste em alterar a posio da presilha A das figuras 3.11 e 3.12 para ajustar o ngulo de defasagem entre os fluxos das bobinas de potencial e corrente, cujo princpio fsico est descrito no item 3.3.3.

3.5.4- CompensaesCompensao da Sobrecarga ou Sobrecorrente

Compensao da Variao da Tenso

Influncia da Variao da Freqncia

Marcha em Vazio

3.6 - Caractersticas de Desempenho x Normas 3.6.1- Classe de Exatido

3.6.2- Marcha em Vazio

3.6.3- Corrente de Partida

3.6.4- Influncia da Variao de Corrente

3.6.5- Influncia da Variao de Tenso

3.6.6- Influncia da Variao de Freqncia

3.6.7- Influncia da Variao da Temperatura

Alm dessas caractersticas de desempenho, citadas anteriormente, tambm so consideradas as seguintes caractersticas:

influncia da variao da posio do medidor; influncia da sobrecarga de curta durao; influncia do atrito do registrador; verificao do aquecimento com a corrente mxima; perdas (ativa e aparente) de cada circuito de potencial; perdas (ativa e aparente) de cada circuito de corrente; verificao da permanncia carga pequena; dieltrico.

3.7- Tipos de Medidores3.7.1. Medidor Monofsico (2 fios e 3 fios)3.7.2- Medidor Polifsico de 2 elementos

3.7.3- Medidor polifsico de 3 elementos

4-. Medidor de Energia e Demanda

4.1- Demanda de potncia eltrica A demanda de potncia eltrica de uma instalao a potncia eltrica mdia, solicitada pela carga dessa instalao, e medida durante um determinado intervalo de tempo.

As potncias P1, P2, P3 e P4 representam as demandas mdias nos intervalos T1, T2, T3 e T4 respectivamente, que so intervalos de tempo padronizados para medio de demanda (15 minutos).

O intervalo de tempo padronizado para medio de demanda tem outras denominaes como:- Intervalo de Integrao de demanda, ou- Perodo de Integrao de demanda.

O grfico da Figura 4.2 representa a variao da potncia eltrica da instalao, durante o intervalo de tempo considerado. O grfico mostra tambm a curva de demanda integrada pelo medidor, nesse intervalo de tempo.

1417POTNCIA kW12,7315 minutos6512TEMPOFIG. 4.2Potncia eltrica solicitada pela instalaoNos consumidores que tm esse tipo de medio, o faturamento da energia eltrica fornecida composto de duas parcelas: uma parcela relativa energia fornecida (kWh), e uma parcela relativa demanda de potncia (kW).

A tarifa de demanda de potncia visa ajustar o faturamento s diversas condies de operao dos sistemas eltricos das concessionrias, tendo em vista os investimentos necessrios para atend-los adequadamente, em conformidade com o tempo de utilizao e condies de operao de suas cargas.

4.2- Fator de Carga de uma InstalaoFator de carga (Fc) de uma instalao um ndice que mostra se a energia eltrica fornecida est sendo utilizada de forma racional pelo consumidor.O fator de carga obtido pela expresso:onde:kWh = consumo registrado no perodo.kW = demanda mxima registrada no mesmo perodo.T = nmero de horas do perodo.O fator de carga mais comumente utilizado o mensal, sendo considerado 730 horas como o nmero mdio de horas do ms. Assim, o fator de carga determinado pela expresso:

O Fc representado por um nmero puro (adimensional), maior que zero e menor ou igual unidade.Para o consumidor, quanto maior o Fc menor ser o custo mdio do kWh consumido

4.3- Medidores de Demanda Esquema bsico de um registrador de demanda tipo mecnico

5.- MEDIO DE ENERGIA REATIVA Decreto no. 479 de 20/03/92.

Portaria DNAEE 1.569 de 23/12/93:Aumento do limite do limite mnimo do fator de potncia de 0,85 para 0,92Avaliao e faturamento da energia reativa capacitiva excedenteReduo do perodo de avaliao do fator de potncia de mensal para horrio a partir de 1.996

5.1- Resumo da Portaria DNAEE 1.569

5.2- Medio de Energia Ativa e Reativa nos Circuitos a 3 Fases 3 FiosDiagrama de uma medio de kQh num circuito a 3 fios.Figura 5.1.kW/kWhkQhCH. AFERIOCBALINHACARGAP1P2S1S2S2P1P2S1H1H2X1X2H1X2H2X1

ENERGIA ATIVA :3 FASES - 3 FIOSEM1 = VAB x IA X COS(30 + 1)EM2 = VCB x IC X COS(30 2)EMT = EM1+ EM2Como: VAB = VCB = V e 1= 2=

e

5.3- Medio de Energia Reativa em Circuitos a 3 Fase e 4 FiosA Figura 5.2. mostra o diagrama de uma medio de kQh num circuito a 4 fios.kW/kWhkQhCBANLINHACARGAP1P2S1S2S2S1P1P2S2P1P2S1CH. AFERIOFigura 5.2

ENERGIA ATIVAeeq1 = q2 =q3 =q

EM1 = VNC x IA x cos(60-1)=Como: VNA = VNB = VNC e IA = IB =IC e 1 = 2 = 3EM2 = VNA x IB x cos(60-2)EM3 = VNB x IC x cos(60-3)

6- Medidores para dupla TarifaoA portaria 105 no seu ARTIGO 1 e no pargrafo 1, diz que sero concedidos descontos especiais na tarifa de consumo de energia eltrica utilizada exclusivamente na atividade de irrigao e que o desconto incidir somente sobre o consumo de energia eltrica verificado no perodo compreendido entre 23:00 e 5:00 horas.

Na ELEKTRO o horrio adotado para os clientes irrigantes das 23:30 s 5:30 horas, em funo do ajuste para atender a portaria 1569, fator de potncia horrio.

A portaria ainda prev que o desconto ser de 70% para clientes do grupo A e 60% para os clientes do grupo B.

Na ELEKTRO o medidor de dupla tarifa destina-se unicamente para clientes que utilizam a energia para fins de irrigao e que fizeram opo pela Portaria 105 do DNAEE, ou seja, nos sistemas de medio que exigem duplo registro de energia para tarifao diferenciada.

7- Medidores para tarifas diferenciadas

7.1- Registradores Eletrnicos

7.1.1- RDTD (Registrador Digital para Tarifao Diferenciada - 1984)

7.1.2- RDMT (Registrador Digital para Mdia Tenso com memria de massa - 1986)

7.1.3- REP - Registrador Eletrnico Programvel (1.988)

7.2- Iniciador de Pulsos (P.U.)

7.3- Medidores com sensores pticos

7.4- Medidores Eletrnicos7.4.1- ALPHA

7.4.2- ELO 2150

7.4.3- VECTRON

7.4.4- SAGA-2000

7.4.5 Spectrum X

Fim .......