Mini-Projeto · Diagnóstico da qualidade da energia e plano de mitigação para a Unidade Alfa
Contexto
A Unidade Alfa é uma fábrica de transformação de plásticos por injeção, cliente de média tensão com posto de transformação privativo (15 kV), onde um transformador de 1000 kVA com tensão de curto-circuito de 6 % alimenta a instalação em 230/400 V, 50 Hz. A campanha desta semana foi feita no QGBT, logo a jusante do transformador: é o ponto que mostra o que as cargas sofrem e o que a instalação devolve, e usam-se aí os limites de baixa tensão da EN 50160 como referência interna, porque o ponto de entrega formal está do lado da média tensão, no posto de transformação. A direção queixa-se de três problemas: os variadores de velocidade das injetoras disparam algumas vezes por semana, as lâmpadas do escritório tremem quando a máquina de soldar por pontos da linha de acabamento trabalha, e a fatura de energia reativa é elevada. Não há bateria de condensadores instalada.
És o técnico contratado para diagnosticar a qualidade da energia, elaborar o relatório e propor e dimensionar as soluções. Trabalhas individualmente ou a pares, com os dados de uma campanha de uma semana no QGBT (1008 intervalos de 10 minutos) fornecidos pelo professor e, sempre que possível, com um analisador de qualidade da energia real para repetires a ligação e a validação no laboratório da escola.
Resumo da campanha no QGBT (valores que 95 % dos intervalos não excederam, por fase (L1; L2; L3), salvo indicação):
| Parâmetro | Valor medido |
|---|---|
| Tensão fase-neutro (L1; L2; L3) | 236,5 V; 238,0 V; 240,2 V (máximo 244 V; mínimo 218 V) |
| Plt (L1; L2; L3) | 0,70; 1,32; 0,80 |
| Desequilíbrio u₂ | 1,6 % |
| THDu | 9,9 % |
| Harmónicas de tensão | ordem 3: 2,0 %; ordem 5: 7,2 %; ordem 7: 5,6 %; ordem 11: 2,8 % |
| Frequência | 49,85 Hz a 50,12 Hz |
| Potência ativa na ponta (média de 10 min) | 180 kW com cos φ = 0,81 (máximo 260 kW) |
Eventos registados: 7 cavas (três com tensão residual entre 70 % e 85 % e duração inferior a 200 ms; duas com 55 % e 300 ms; uma com 40 % e 480 ms; uma com 20 % e 120 ms) e uma interrupção de 2,5 s. Os disparos dos variadores coincidem com as cavas de 40 % e 20 %.
Requisitos
Funcionais
- Identificar instrumento, classe de desempenho, categoria de medição e configuração adequados à campanha, e descrever o esquema de ligação e a validação com fasores.
- Comparar cada parâmetro com o critério da EN 50160, indicando margem ou excesso em percentagem do limite.
- Classificar todos os eventos (cava, interrupção breve ou longa) e relacioná-los com os disparos.
- Calcular a compensação para cos φ = 0,96, com a potência reativa, as correntes antes e depois, a redução das perdas e a verificação da ressonância.
- Escolher o tipo de bateria (standard ou dessintonizada) e justificar com as harmónicas medidas.
- Propor soluções de mitigação para o flicker, as harmónicas e as cavas, seguindo a hierarquia fonte, rede, vítima.
- Descrever como se faria o diagnóstico no lado de média tensão do posto de transformação, através dos TT e dos TC, com as relações de transformação a configurar e as regras de segurança.
- Descrever a instalação do equipamento de mitigação escolhido (UPS, reatâncias ou filtro, DPS) com lista de verificação, ensaio e medição de confirmação.
- Elaborar um relatório com a estrutura de um relatório de qualidade da energia e uma apresentação oral.
Não-funcionais
- Unidades sempre explícitas e cada conclusão apoiada num número e numa regra.
- Cumprimento das regras de segurança e uso de EPI previstos para trabalhos em quadros elétricos, por profissional habilitado.
- Separação clara entre factos, interpretação e recomendação.
- Valores recolhidos ou fornecidos, nunca inventados.
Fases
Fase 1 · Leitura do caso e plano de medição (1h) Ler a queixa, associar cada sintoma a perturbações prováveis, definir os pontos, os parâmetros e a duração da campanha.
Fase 2 · Instrumentação, ligação e segurança (2h) Escolher o analisador (classe A ou S, CAT, canais, sensores), desenhar o esquema de ligação, a lista de EPI e a avaliação de risco; no laboratório, ligar e validar com fasores. Descrever também como se mediria no lado de média tensão do posto de transformação, através dos TT e dos TC existentes: relações de transformação, tensão declarada, segurança e dados a registar no relatório.
Fase 3 · Tratamento dos dados e conformidade (2h30) Comparar cada parâmetro com a EN 50160, classificar os eventos e identificar as não conformidades.
Fase 4 · Compensação do fator de potência (2h30) Calcular a bateria, verificar a ressonância, escolher o tipo de bateria e a reatância de dessintonia, e descrever a instalação e o regulador.
Fase 5 · Soluções de mitigação e plano de instalação (1h30) Propor e justificar medidas para o flicker, as harmónicas e as cavas, com análise de custo-benefício simples, e elaborar a lista de verificação de instalação de cada equipamento escolhido (UPS, reatâncias ou filtro ativo, DPS), com o ensaio e a medição de confirmação.
Fase 6 · Relatório (1h30) Redigir o relatório completo, com resultados, conformidade, diagnóstico, recomendações e plano de medição de confirmação.
Fase 7 · Apresentação e reflexão (1h) Apresentar o relatório à turma, defender as escolhas e responder às perguntas.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Plano de medição (BT e MT), instrumentação e segurança | 10% |
| Ligação, validação e leitura dos dados | 15% |
| Análise de conformidade com a EN 50160 e classificação dos eventos | 20% |
| Compensação do fator de potência (cálculo e escolha da bateria) | 20% |
| Soluções de mitigação fundamentadas e plano de instalação | 15% |
| Relatório e apresentação | 20% |
Erros comuns
- Avaliar a conformidade com menos de uma semana de dados.
- Comparar o máximo com o limite dos 95 %.
- Confundir cava com interrupção por esquecer o limiar de 5 %.
- Subtrair cossenos em vez de tangentes no cálculo da bateria.
- Escolher uma bateria standard numa instalação com harmónicas elevadas.
- Esquecer o transformador de corrente e a sua posição no regulador.
- Não validar a ligação do analisador antes de iniciar o registo.
- Misturar factos, interpretações e recomendações no relatório.
- Propor um equipamento caro sem procurar o elo fraco nem comparar custos.
- Esquecer a segurança, a categoria de medição e o EPI.
- Não registar as relações dos TT e dos TC numa medição em média tensão.
- Instalar o DPS com cabos longos ou a UPS sem bypass de manutenção.
Bónus (opcional)
- Calcular o tempo de retorno da bateria dessintonizada a partir de um valor de fatura de energia reativa fornecido pelo professor.
- Estimar a energia de bateria de uma UPS de 3 kW com 10 minutos de autonomia (rendimento 0,92 e profundidade de descarga 0,8).
- Propor um plano de monitorização permanente com três alarmes (tensão, THDu, tg φ).
- Repetir a medição de uma carga do laboratório com e sem reatância de linha e comparar o THDi.
Reflexão
No relatório final, responde: qual das três perturbações (flicker, harmónicas ou cavas) foi a mais difícil de corrigir e porquê? E se tivesses de explicar a um gestor, sem termos técnicos, por que razão a bateria de condensadores standard seria um mau investimento nesta fábrica, o que dirias?