Efeitos dos harmónicos nos contadores de energia

Abstract

É cada vez mais importante nos dias de hoje utilizar a energia disponível da melhor forma possível. A maneira como se utiliza irá determinar a magnitude do impacto no meio ambiente. Por estas razões, a qualidade da energia elétrica tornou-se um tópico fundamental nestes últimos anos. Com o desenvolvimento da eletrónica de potência e com uma maior consciencialização em torno dos diferentes problemas de qualidade de energia, é imperativo investigar os efeitos da distorção harmónica nos medidores de energia. Torna-se, por isso, pertinente aprofundar e ampliar o conhecimento sobre harmónicos e sobre as suas consequências em todo o tipo de equipamentos eletrónicos. Este aspeto granjeou ainda mais importância com a difusão da utilização das cargas não lineares. O objetivo desta dissertação é descobrir os efeitos dos harmónicos nos contadores de energia elétrica de baixa tensão. Nos dois tipos de medidores de energia elétrica mais utilizados (eletromecânico e digital), os efeitos da distorção harmónica são bastante mais percetíveis nos contadores eletromecânicos, mesmo quando são submetidos ao mesmo tipo de cargas e condições semelhantes. Regra geral, os contadores digitais são bastante mais precisos e exatos do que os eletromecânicos [1]. A diferença entre eles poderá não ser muito relevante em baixa tensão, mas para média tensão deve ser considerada, principalmente para consumidores industriais. Esta diferença deve-se ao facto de serem calibrados para serem utilizados em condições sinusoidais, o que não acontece [2]. O disco que contêm no interior faz a medição através de duas bobinas, uma de corrente e outra de tensão. A bobina de tensão é constituída por muitas espiras e fio fino, sendo colocada em paralelo com a carga para ser submetida à mesma tensão. A bobina de corrente é composta por poucas espiras e fio grosso pois irá ter a mesma corrente que a carga. Os campos magnéticos gerados pela corrente alternada geram correntes parasitas, que por sua vez serão induzidas no disco fazendo-o girar. Em zonas puramente industriais onde este tipo de contadores ainda estão a ser utilizados, este valor deverá ser naturalmente superior, pois a distorção harmónica é mais visível perto da carga [3], dando uma importância acrescida a este tópico. O que deverá ser feito numa primeira fase, é uma comparação entre os dois aparelhos em baixa tensão, comparando os valores de energia obtidos em diferentes aparelhos habituais no setor residencial, bem com uma análise de custos para se poder verificar se a mudança de sistema de medição é ou não compensatória. Durante a realização dos testes experimentais, foi verificada uma diferença entre os aparelhos utilizados. O contador eletromecânico registou, quase sempre, valores superiores de potência ativa fundamental quando comparado com os registados pelo analisador de qualidade de energia. Depois, foi realizada uma montagem para elevar a distorção da tensão de alimentação, tendo como resultado erros negativos em praticamente todos os casos.

It is very important, nowadays, to use the available energy in the best possible way. The way we use it will determine the magnitude of our impact on the environment. Due to this, power quality has become a very important topic in the last few years. Adding this to the great developments in power electronics and an increase in awareness about all the issues relating to power quality, it is now imperative to investigate the effects of harmonic distortion on energy meters. Taking this into consideration, the knowledge about harmonics should be enhanced as well as the knowledge about their effects on electronic devices. This topic has gained extra importance with the widespread use of non-linear electronic equipment. The objective of this dissertation is to find out the differences between the two most widely used ways of measuring electrical energy in the low-voltage grid: electro-mechanical energy meters and digital energy meters. Usually digital meters are more accurate than the electro-mechanical ones. It's possible that the difference between them might not be relevant but at medium voltages it must be considered, especially for industrial consumers. The objective here is to find out how much more accurate digital meters are and also to find out the cases in which the replacement should be carried out or not. Different types of loads will be analyzed and a comparison between the two energy meters types will be performed. The measurement is carried out by a rotating disc which rotates under the influence of the induced eddy currents. These currents appear due to the oscillating magnetic field created by two coils, one for current and another for voltage. The voltage one is composed of many windings and thin wire, whilst the current coil only has a few windings and thick wire. A search to find the harmonics which are more prejudicial to the operation of the electro-mechanical devices will be performed as well. The economic impact of these measurements should be studied in order to ascertain who might or might not be interested in a replacement and how much the annual savings can be. The dfference between the digital and analog devices was verified, and in almost all situations there was an over registration of the fundamental active power by the analog device. After, a experimental setup was carried out in order to raise the voltage THD. The verified error was mostly negative under these conditions.