SINUS

Filtro Activo Paralelo Trifásico

No âmbito do Projecto SINUS Foram desenvolvidos Filtros Activos de Potência Trifásicos do Tipo Paralelo, em quadros eléctricos, para serem instalados nas 4 entidades demonstradoras (Universidade do Minho, Lameirinho – Indústria Têxtil, S.A., Hospital Pedro Hispano e Alliance Healthcare, S.A.). Foi ainda desenvolvido um Filtro Activo Trifásico aberto (fora de quadro eléctrico) para ser demonstrado no Laboratório de Electrónica de Potência da Universidade do Minho. Todos os Filtros Activos de Potência Trifásicos integraram sistemas de Monitorização de Qualidade de Energia, também desenvolvidos no âmbito do projecto. Esses sistemas de monitorização permitem demonstrar as características de compensação dos Filtros Activos, através da visualização das formas de onda e dos valores das correntes compensadas apresentados.

Importância da Utilização de Filtros Activos de Potência

• Com o desenvolvimento da electrónica de potência os equipamentos ligados aos sistemas eléctricos evoluíram, melhorando em rendimento, controlabilidade e custo, permitindo ainda a execução de tarefas não possíveis anteriormente. Contudo, esses equipamentos têm a desvantagem de não funcionarem como cargas lineares, consumindo correntes não sinusoidais, e dessa forma “poluindo” a rede eléctrica com harmónicos. A presença de harmónicos nos sistemas de potência resulta num aumento das perdas relacionadas com o transporte e distribuição de energia eléctrica, em problemas de interferências com sistemas de comunicação e na degradação do funcionamento da maior parte dos equipamentos ligados à rede, sobretudo daqueles (cada vez em maior número) que são mais sensíveis por incluírem sistemas de controlo baseados em microelectrónica.
• A tecnologia convencionalmente utilizada para correcção de factor de potência nas empresas consiste na utilização de baterias de condensadores. Esta solução, na maioria dos casos, utiliza valores fixos de capacidade, fazendo com que o factor de potência da instalação varie com a variação da carga. Em alguns casos utilizam-se baterias de condensadores variáveis por escalões. Apesar de um melhor ajuste do factor de potência, esta solução produz sobretensões transitórias nas instalações eléctricas sempre que os condensadores são comutados.
• Actualmente não é frequente a utilização de soluções para resolver os problemas dos harmónicos nas instalações eléctricas. Contudo, quando são adoptadas, recorre-se na maioria dos casos a filtros passivos, que possuem grandes desvantagens: não limitam sua actuação às cargas que se desejam filtrar, podem provocar ressonâncias, e limitam a filtragem apenas aos harmónicos para os quais foram projectados, não filtrando novos harmónicos de ordem diferente que apareçam na instalação.
• Os Filtros Activos de Potência do Tipo Paralelo permitem compensar de forma dinâmica o factor de potência, os harmónicos e os desequilíbrios das correntes, praticamente eliminando a corrente de neutro. Os filtros activos adaptam-se instantaneamente às variações da carga.
• Como resultado da actuação de um Filtro Activo Paralelo, as correntes nas linhas tornam-se praticamente sinusoidais, equilibradas e em fase com as tensões. Com isto, as amplitudes das correntes diminuem, reduzindo as perdas nos condutores. Além disso, o facto das correntes serem sinusoidais evita distorções nas tensões de alimentação, melhorando a operação das cargas.

Motivações para o Desenvolvimento de Filtros Activos de Potência

• Não há fabricantes nacionais de Filtros Activos de Potência.
• Os Filtros Activos de Potência do Tipo Paralelo disponíveis no mercado apresentam custo muito elevado, de forma que actualmente os Filtros Passivos para compensação de harmónicos, e os bancos de condensadores para a correcção de factor de potência ainda dominam o mercado, embora estes tipos de soluções sejam bastante inferiores em termos de desempenho relativamente aos Filtros Activos.
• O mercado para os Filtros Activos de Potência é global, e há fortes probabilidades deste tipo de equipamento passar a ter uma grande demanda nos próximos anos, caso a legislação com relação ao consumo de harmónicos por parte das empresas seja alterada.

Principais Características dos Filtros Activos Trifásicos Desenvolvidos

• Equipamento de fácil instalação e comissionamento, sem necessidade de estudos prévios do local onde será ligado. Uma vez ligado, o Filtro Activo passa imediatamente a compensar as correntes de forma a torná-las sinusoidais, equilibradas e em fase com as tensões, praticamente eliminando a corrente no neutro da instalação.
• Seguro para a rede eléctrica, uma vez que é ligado em paralelo, e em caso de eventual problema no equipamento, desliga-se automaticamente através de um contactor e um disjuntor, mantendo-se isolado da instalação.
• Compensação automática e instantânea de todos os harmónicos, do factor de potência e dos desequilíbrios de corrente. Caso haja mudança nas cargas, o Sistema de Controlo do Filtro Activo de Potência recalcula os novos valores das correntes de compensação.
• Permite operar como Sistema de Interface para Fontes de Energia Renovável, injectando a energia produzida na rede eléctrica, em simultâneo com o trabalho de compensação dos harmónicos, factor de potência e desequilíbrio das cargas. Para tal faz-se necessária a utilização de um circuito que adequa a tensão das fontes renováveis à tensão do lado CC do Filtro Activo Paralelo.
• Sistema de Monitorização de Qualidade de Energia e de Consumos Integrado. Mostra as formas de onda e os valores eficazes das correntes e tensões, bem como os valores do factor de potência e da distorção harmónica (THD), do lado da carga (antes da compensação) e do lado da fonte (após a compensação). Podem ainda ser vistos os harmónicos individualmente, ou os valores das potências consumidas. O Sistema de Monitorização pode operar em modo de registo contínuo, onde determina faltas, sobretensões e subtensões momentâneas, valores eficazes ao longo do tempo, consumos, etc.

Características Técnicas dos Filtros Activos de Potência do Tipo Paralelo Trifásico Desenvolvidos

• Compensação dinâmica (automática e instantânea) de todos os harmónicos de corrente até a 25ª ordem.
• Compensação dinâmica do factor de potência para a unidade (parâmetro ajustável).
• Possibilidade de gerar potência reactiva capacitiva ou indutiva (parâmetro ajustável).
• Compensação dinâmica dos desequilíbrios de corrente das fases e da corrente de neutro.
• Adaptação dinâmica a alterações das cargas com tempo de resposta inferior a 20 ms.
• Não apresenta problemas de sobrecarga (limitado pelo Sistema de Controlo para o valor nominal de corrente de compensação).
• Entrada suave em operação (ao ser ligado à rede e ao iniciar a operação de compensação).
• Inversor de Potência composto por (IGBTs) e Sistema de Controlo implementado em DSP (Digital Signal Processor).
• Não utiliza transformadores para ligação à rede eléctrica.
• Rearmamento automático após falha da rede eléctrica.
• Operação com baixo nível de ruído sonoro.
• Luz de sinalização vermelha para indicação de ligação à rede eléctrica.
• Sistema de Monitorização de Qualidade de Energia Eléctrica e de Consumos Integrado no equipamento, com monitor TFT de 17” para fácil visualização de informações localmente.
• Possibilidade de acesso remoto ao Sistema de Monitorização de Qualidade de Energia através de Ethernet ou placa 3G.

Especificações Técnicas dos Filtros Activos de Potência Trifásicos Desenvolvidos:

• Os Filtros Activos de Potência para Sistemas Trifásicos desenvolvidos foram colocados em funcionamento em 4 diferentes instalações:
• Na empresa Lameirinho – Indústria Textil a carga consiste numa máquina com variadores de velocidade para motores, onde o filtro activo apenas compensa harmónicos de corrente.
• Na Universidade do Minho a carga corresponde a um quadro eléctrico que alimenta o Serviço de Apoio Informático à Aprendizagem (SAPIA), que consiste basicamente em computadores, com harmónicos e desequilíbrios de corrente a compensar.
• No Hospital Pedro Hispano a carga trata-se de um quadro eléctrico que alimenta o Laboratório de Análises Clínicas, onde se verifica a necessidade de compensação de factor de potência, desequilíbrios e de algum conteúdo harmónico.
• Na empresa Alliance Healthcare o filtro activo é ligado ao quadro geral de entrada, compensando as correntes de toda a instalação, onde se observa principalmente a compensação de factor de potência.

Resultados