TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO Equipe 8 – Verde Juliana Bertoni Justino14050 Reginaldo V. Tiradentes Miranda14526 Renato de Campos14529 Saulo Ribeiro

TRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃOTRABALHO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO

Equipe 8 – VerdeEquipe 8 – VerdeJuliana Bertoni Justino

14050Reginaldo V. Tiradentes Miranda 14526Renato de Campos

14529Saulo Ribeiro Silva

14538Silas Oliveira Souza

14539Vinícius Cabral Nascimento 14487

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FILTROS HARMÔNICOS

GRUPO 7:Renato de Campos – 14529Renato de Noronha Fernandes – 14530Saulo Ribeiro Silva – 14538Silas de Oliveira Souza – 14539Vinícius Cabral do Nascimento - 14487







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OBJETIVO

o Apresentar o principais características, funcionamento e a aplicação dos filtros harmônicos passivos, ativos e eltromagnéticos.







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INTRODUÇÃODispositivos e equipamentos baseados na eletrônica de potência estão causando efeitos indesejáveis na Qualidade da Energia Elétrica.

o Qualidade de atendimento

o Conformidade e continuidade

Comprometem o funcionamento deles mesmos e dos demais equipamentos do SEP.

Diversos estudos já foram realizados de modo a determinar as causas destes problemas e suas soluções, muitas destas utilizando simuladores MatLab.







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HARMÔNICOSTem sido realizado grande quantidade de estudos relacionadas a esta área.

oFontes de harmônicos;oEfeitos de fontes de suprimento distorcidas;oPadronização;oSimulações.

Conseqüência dos Harmônicos:oDesvio na magnitude, forma de onda ou freqüência da tensão e/ou correnteoAfetar o suprimento elétrico nos distintos grupos de consumidores.







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HARMÔNICOSEstudos mostram que a distorção na carga em relação ao sistema supridor é maior sendo responsáveis por formas de onda bastante distorcidas.

A maioria destes fenômenos ocorre de forma periódica, produzindo componentes múltiplas inteiras da freqüência fundamental do sistema. A causa da distorção harmônica são as cargas não-lineares acopladas ao sistema.







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HARMÔNICOSEfeito de uma resistência não-linear na corrente quando esta é alimentada por uma fonte senoidal ideal.

Tensão senoidal, Corrente distorcida.

Esta situação ilustra o surgimento das distorções harmônicas nos sistemas elétricos.

Série de Fourrier.







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HARMÔNICOSDiversos métodos têm sido estudados no sentido de minimizar os harmônicos produzidos ou injetados pelas fontes, eles compreendem:

oFiltros Passivos;oFiltros Ativos;oFiltros Eletromagnéticos.







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HARMÔNICOS

Forma de Onda e Espectro Harmônico sem filtro.

Forma de Onda e Espectro Harmônico com filtro.







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FILTRO ELETROMAGNÉTICO

A ligação do equipamento é paralela ao sistema, no sentido de diminuir/eliminar as componentes harmônicas geradas por uma carga não-linear.







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FILTRO ELETROMAGNÉTICO

O circuito equivalente pode ser representado por:

Pelo divisor de Corrente:

iSZ_C (t) – Corrente de seq. zero gerada pela carga;iSZ_F (t) – Corrente de seq. zero através do filtro; ZSZ_S – Impedância de seq. zero do sistema (R, L);ZSZ_F – Impedância de seqüência zero do filtro (R, L).







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FUNDAMENTAÇÃO MATEMÁTICA

Arranjo didático do filtro harmônico de seqüência zero:







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REPRESENTAÇÃO NO MATLABSegundo modelo elétrico

especificado determinou-se o equivalente do filtro harmônico eletromagnético de seqüência zero no matlab.

Para validar a eficácia adiciona-se ao sistema cargas não-lineares geradoras de correntes harmônicas de seqüência zero.

Carga: três retificadores monofásicos.







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RESULTADOSTensões senoidais, equilibradas e simétricas de 127[V], impedância da rede composta de uma indutância de 2[mH] e uma resistência de 0,2[Ω], e cargas monofásicas puramente resistivas iguais a 20[Ω] cada. As correntes obtidas em cada fase, para a carga não-linear, filtro harmônico e fonte de suprimento são iguais.

Forma de onda e espectro harmônico da corrente na carga – Situação Ideal







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RESULTADOS

Forma de onda e espectro harmônico da corrente no filtro – Situação Ideal

Forma de onda e espectro harmônico da corrente sistema supridor – Situação Ideal







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RESULTADOSA partir da verifica-se que o filtro, em condições ideais de operação, possui uma eficiência de aproximadamente 85,3%, valor este que se encontra bem próximo aos obtidos em experimentos reais de operação.







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FILTROS ATIVOSEquipamentos eletrônicos formados por:

o Semicondutores de potência;o Filtros;o Elementos armazenadores de energia.

Características:oCapacidade de compensar potência reativa;oCapacidade de compensar harmônicos de cargas não lineares.

Trata de um processo dinâmico de compensação de acordo com as distorções presentes na rede.







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FILTROS ATIVOSPrincípio de Funcionamento:

o Filtro série;o Filtros paralelos;

Atuam no circuito somando à forma de onda da rede, componentes harmônicas de mesma amplitude das presentes no sistema, porém com fase oposta a estas, garantindo idealmente uma forma de onda somente com a componente fundamental.







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FILTROS ATIVOSFiltros ativos paralelos injetam corrente à linha com mesma amplitude e fase oposta à corrente harmônica da carga, sendo uma fonte de correntes harmônicas .

A configuração série provêm tensão harmônica com mesma amplitude e fase oposta à tensão harmônica da carga.







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CARACTERÍSTICASPode-se caracterizar um filtro ativo de acordo com sua potência de aplicação.

Baseados em um VSI (Voltage Source Inverter) fundamentado em IGBTs.

Devem possuir um sistema de controle adequado, dinâmico e condizente ao espectro harmônico da forma de onda. São três estágios:

oCondicionamento do sinal;oDerivação do sinal;oDisparo aos gates dos elementos do filtro.

100 kVA 10 MVA

Baixa Potência Média Potência Elevada Potência







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FILTROS ATIVOS HÍBRIDOSCompreende a utilização de

filtros passivos juntamente com filtros ativos.Filtro ativo: elimina as correntes de menor amplitude.Filtro passivo: compensa as correntes harmônicas de maior amplitude.







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MALHA DE CONTROLEO controle é realizado através do monitoramento da corrente na carga, extraindo ihr que contém as componentes harmônicas a serem compensadas. No armazenador de energia do inversor deve ser a tensão Vd constante. Subtrai-se desta tensão uma tensão de referência V*d, e multiplica o resultado pelo controlador Rvc(s).







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MALHA DE CONTROLEA saída deste multiplica a onda senoidal amostrada do circuito. Este produto é a referência de corrente senoidal para manutenção da tensão Vd do armazenador de energia do VSI. Esta corrente senoidal somada à corrente harmônica amostrada ihr resulta na corrente de referência ir para o filtro ativo.







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MALHA DE CONTROLEA corrente de saída do filtro ia é amostrada e comparada à corrente de referência, obtendo assim o erro deste circuito, que é enviado ao controlador, onde é comparado a um sinal triangular, e o resultado serão os comandos aos “gates” do conversor.







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FILTROS PASSIVOSSão normalmente instalados em paralelo a carga.

A filtragem das harmônicas é feita colocando-se filtros sintonizados nas freqüências de maior relevância e coloca-se um filtro passa-alta, para atenuação das demais harmônicas.

Os filtros podem ser:oSintonizados oHarmônicas superiores.







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FILTROS PASSIVOS SINTONIZADOSCompostos pela associação série

indutor-capacitor. Baseia-se na redução da impedância da célula na freqüência de interesse, produzindo um caminho local de menor impedância para as correntes harmônicas indesejadas.

Impedância do filtro (considerando a impedância do sistema de alimentação suficientemente grande para ser desprezada)

Z= R+ j XL - XC







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FILTROS PASSIVOS SINTONIZADOSA freqüência natural de

ressonância do filtro (fn)XC = XL

Anulando-se a parte imaginária da impedância.

Fator de Qualidade (Q)Representa o quanto o filtro projetado se aproxima de um filtro ideal, está relacionado com a resistência série do filtro e é definido matematicamente por:

Quanto maior melhor será o seu efeito na filtragem.







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FILTROS PASSIVOS HARMÔNICAS SUPERIORESCostuma-se:

oRealizar filtragem das duas harmônicas de menor ordem;oA filtragem das demais se faz uso simplesmente de um filtro passa-alta.

Fator de qualidade







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APLICAÇÃODeseja-se instalar um banco de capacitores para corrigir o fp para 0,94 e um filtro harmônico, devido ao retificador.







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APLICAÇÃOPremissas:

oO cálculo do filtro sintonizado, para a 7ª. Harmônica, se dará em torno da 6,7ª harmônica. oFiltro será instalado na barra de 6 kV oCarga suprida nesta barra (carga não-linear) de potência igual a 12 MVA com fator de potência 0,75 indutivo.oTensão harmônica de 7ª ordem nessa barra com a carga não-linear desligada seja de 7,0 V.







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APLICAÇÃOFreqüência de Sintonia:

ω0=6,7Potencia reativa do capacitor:







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APLICAÇÃOPara sintonizar o filtro:







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APLICAÇÃODeterminação do Reator:

Com este filtro calculado, conseguimos atenuar os efeitos causados pelos harmônicos do retificador:







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CONCLUSÕES•Verificou-se a eficácia e a necessidade dos filtros na atenuação dos efeitos causados por harmônicos devido a carga não lineares.•Verificou-se que a complementaridade de filtros é interessante, sendo que uns podem compensar as desvantagens de outro, como nos filtros híbridos.•Por fim, neste contexto de inserção de novas alternativas de energia ao sistema, os filtros se mostram cada vez mais aplicáveis no dia-a-dia

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