Analisador de energia utilizando lógica programável

Abstract

A energia elétrica tornou-se tema de discussão nas últimas décadas pela implementação de normas que determinam padrões de qualidade pela Agência Nacional de Energia Elétrica. Isso ocorre em virtude da crescente utilização de equipamentos sensíveis a distúrbios nos parâmetros da rede elétrica, assim como a introdução de cargas não-lineares, propiciadas ao avanço tecnológico da eletrônica de potência, que introduziu perturbações harmônicas nas grandezas elétricas pelo uso de sistemas chaveados, tendo como consequência o funcionamento inadequado de equipamentos e, em casos mais graves, a queima do produto, gerando perdas financeiras para indústrias e consumidores em geral. Diante desta situação, observa-se a maior conscientização e interesse dos consumidores em exigir melhor qualidade de energia das concessionárias que, em conjunto com pesquisadores e órgãos normativos e reguladores, realizam pesquisas sobre a ocorrência destes fenômenos e propõe o uso de ferramentas matemáticas para medição e análise. O presente trabalho tem como objetivo a criação de um protótipo que realiza a medição de energia de consumidores de baixa tensão, com base nos normativos nacionais e internacionais relacionados com a arquitetura de um medidor de qualidade elétrica. O protótipo deverá ser capaz de registrar os distúrbios elétricos em regime permanente e transitório que serão armazenados para posterior análise, de modo a visualizar quais distúrbios afetam a qualidade à energia aferida. Neste trabalho, considerou-se a arquitetura de medição no que refere-se a norma descrita no Procedimento de Distribuição (PRODIST) da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), além caracterizar pontos importantes das normas internacionais IEC-61000-4-7, IEC-61000-4-30 e IEEE-519. As ferramentas matemáticas para detecção de distúrbios consideradas foram a Transformada Rápida de Fourier(FFT) para análise de harmônicos e a análise de pico de tensão RMS de meio período da onda. Dentre os parâmetros medidos, destacam-se a Distorção Harmônica Total(THD), Fator de Potência (FP), variações frequência e de tensão da onda. Será utilizada a linguagem de descrição de hardware, VHDL, por meio de uma Field Programmable Gate Array (FPGA) para realizar a aquisição das grandezas elétricas obtidas da rede elétrica. Não foi possível verificar a acurácia e precisão do protótipo associado aos parâmetros elétricos devido à ausência de um medidor comercial na faculdade, entretanto ao analisar os valores de frequência e fator de potência, estes permaneceram dentro dos limites aceitos do PRODIST; constatou-se também que o algoritmo implementado para detecção de disturbios elétricos relativos às variações de tensão de curta duração funcionaram corretamente, apresentando erro relativo médio de 30%.