Procedimento para medição de qualidade de energia IEC 61000-4-30:

En nuestro contenido anterior hablamos sobre la norma IEC 61000-4-30 y concluimos qué es realmente lo habitual para realizar mediciones correctamente y qué es una característica de construcción, inherente al fabricante del analizador. Aquí hablaremos de los accesorios de este. 

En términos de número de páginas, los anexos constituyen casi la mitad de la norma en sí, y proporcionan detalles importantes y ricos al aplicar técnicas de medición, utilizando herramientas calificadas.

¡Hemos llegado al primer anexo de la norma! Esta parte presenta los conceptos para realizar una medición de clase A y, amigos míos, alguna información aquí debe estar en su informe y otra debe saberla antes de generar un informe o medir algo.

Lo explica en pocas palabras:

• Precauciones de instalación;

• Transductores;

• Tensiones y corrientes transitorias;

• Variaciones rápidas de voltaje;

• Actual;

• Características de caída de tensión;

Echemos un vistazo al súper resumen de cada uno de estos elementos…

Precauciones de instalación

En esta sección se menciona la norma IEC61010, que trata de la seguridad de los equipos de inspección y medición. Reglas y precauciones para instalaciones temporales o permanentes, conexión de cables y conductores de prueba de tensión y corriente, acceso a partes activas, ubicación de instrumentos, conexión a tierra e interferencias.

Existen innumerables precauciones que tienen como objetivo garantizar la seguridad de las personas, de la instalación, de los equipos y de la medición, ¡ya que queremos que el resultado sea correcto! ¡Sólo aquí tenemos tema para un nuevo artículo! Creo que la lectura es obligatoria para todos, y también es obligatorio crear una lista de verificación que explore y garantice que se cumplan todos los numerosos requisitos.

Transductores

La norma explica la necesidad de utilizarlos, ya que los ajustes en los niveles de voltaje, o incluso el uso de sensores de corriente para recolectar muestras de señales, son ampliamente utilizados. Hablamos tanto de los accesorios propios del equipo, como bobinas de Rogowski y puntas de prueba, como de derivaciones tipo shunt, y TCs y TPs (los más habituales) para nivelar y ajustar niveles y límites de medida.

En este caso, el conocimiento de la linealidad y respuesta en frecuencia del transductor es fundamental para un análisis para poder entender el comportamiento de algunos fenómenos y extrapolar incertidumbres, es decir, si se tiene un transductor se debe conocer y sus incertidumbres mencionar y considerar en el análisis.

Un transformador de corriente, por ejemplo, varía en clase de precisión, relación, material, sección, etc., y generalmente la frecuencia de corte varía de 1 a unos pocos kilohertz, esto afecta, por ejemplo, la respuesta de fase, cuando está cerca de la frecuencia de corte. Esto debe tenerse en cuenta al evaluar un transitorio oscilatorio y dimensionar filtros, por ejemplo.

Tal ponderación afectaría el tamaño de un filtro. Es importante que el informe considere la existencia del transductor y lo cite, para que el lector pueda llegar a una conclusión, teniendo una visión general del sistema medido.

Transitorios y cambios rápidos y caídas

La norma entra en más detalles sobre la medición de transitorios y cambios rápidos de tensión, que son transiciones entre dos regímenes permanentes, y caídas de tensión (que son más comunes en la vida cotidiana). Tenga en cuenta que, como casi todo en ingeniería eléctrica, los análisis en estado estable y estado transitorio son diferentes. Aquí la norma aborda cuestiones como saturación, frecuencias de corte y de operación, exclusión de transductores, entre otros aspectos más específicos de situaciones igualmente peculiares. En resumen, responda estas dos preguntas antes de medir:

• ¿Los niveles de señal utilizan la escala completa del instrumento?

• ¿La frecuencia de operación es adecuada para la señal medida?

Si las respuestas son sí, el equipo y el transductor son adecuados para la medición.

Afortunadamente, la mayoría de fabricantes hacen explícitos los límites de equipamiento de sus transductores, por lo que es importante adoptar herramientas y accesorios con datos conocidos, probados y publicados, obviamente. De esta manera, puedes evaluar todo el sistema, agrupar sensores compatibles y, obviamente, llegar a alguna conclusión.

La norma cita los fenómenos, los clasifica, los nombra y llama la atención sobre el cuidado que se requiere al medir, sin embargo, no esperes ver pautas de análisis más precisas (cómo medir, con qué medir, interpretar o concluir).

Actual

Tengo una gran salvedad y me gustaría llamar la atención sobre un detalle que quizá haya pasado desapercibido: ¡hasta ahora sólo hemos hablado de TENSIÓN! ¡Así es! Un equipo puede ser clase A sin medir corriente, por lo que la norma trata la medida de corriente como algo útil, pero de forma complementaria, bajo la responsabilidad de cada fabricante, para garantizar el mismo estándar de precisión previamente indicado en los parámetros definidos y explícitos al inicio de esta publicación.

Cita límites aceptables e incertidumbres, pero no describe ensayos. Por lo tanto, evalúe y tenga cuidado de utilizar equipos que sigan el rigor de la clase también en la medición de corriente, ya sea en magnitud, fase, incertidumbre, etc. Tenga en cuenta que el Factor de Potencia, por ejemplo, requiere dicha medición, pero ni siquiera se menciona en esta norma. Esto también se aplica a armónicos de corriente, evaluación de entrada, etc. El módulo 8 de PRODIST, por ejemplo, trata este parámetro como obligatorio, por lo tanto, es deseable que un dispositivo cumpla también con esta y otras necesidades de medición, como el RE8000 de Embrasul.

Terminologias importantes

Transitório: Fenômeno ou uma grandeza que varia entre 2 estados de regime permanente consecutivos durante um intervalo de tempo, quando comparado a escala de tempo de interesse.

Surto: É uma onda transitória de tensão, propagada ao longo de uma linha ou um circuito, caracterizada por um rápido crescimento, seguido de uma queda mais lenta.

Mudança rápida da tensão: Transição rápida da tensão eficaz entre 2 regimes permanentes. (Note que apenas há um direcionamento do termo mais amplo “transitório” para um “transitório de tensão”, definindo a grandeza que era abrangente na definição de transitório).

Inrush: É uma corrente de energização transitório.

Frequência Inter-harmônica: Qualquer frequência que não seja múltiplo inteiro da frequência fundamental

Medição de qualidade da energia elétrica:

Recomendações para aplicação

Aqui podemos dividir e já direcionar 2 grandes classes de aplicação.

Medições com propósito ou possível propósito contratual

Para estas, classe A, pois falamos de conformidade com algo acordado entre partes. Aqui é muito comum o vínculo ao PRODIST e a mais de um módulo deste, uma vez que o PRODIST estabelece regras para medição específicas, limiares, e também para aspectos de atendimento, ressarcimento e etc. A norma inclusive cita que “uma norma deve ser o ponto de partida”: PRODIST, por exemplo. Lembre-se, essa norma discute técnicas, e não limites. Mais adiante a norma também fala sobre como configurar o equipamento para medir, dependendo do fenômeno. Aqui ressalto que IEC e PRODIST estão em consonância, pois exigem configurações semelhantes. Eu recomendo fortemente que estas 2 normas sejam citadas em auditorias com tais fins: IEC 61000-4-30 e PRODIST, tantos quantos forem os módulos necessários.

Medições para fins estatísticos e estudos

Classe S. Aqui a norma também cita “consumidores, e rede supridora”, no entanto, entende que pode se tratar de uma avaliação contínua e de fato estatística, inclusive indicando a necessidade de aumento de classe na medição para eventual parâmetro de desvio na S. Ressalto que acho que pouco provável (opinião). A Classe S, dentro do atual cenário normativo brasileiro, atende com louvor a esmagadora maioria dos casos. É comum, dentro do que já avaliei dentro dos meus anos de experiência aqui na Embrasul, ver ampla utilização de equipamentos de classe S por inúmeros engenheiros e empresas. Os analisadores classe S atendem quase que na integridade avaliações internas ao ponto de acoplamento, inclusive no ponto, entregando uma análise PRODIST completa, caso do RE7000 e seus irmãos 7080 e 7040.

Equipamentos de classe A, como o analisador de energia RE8000, transitam entre situações jurídicas de comprovação, como as citadas em norma, mas também são indicados para  comissionamentos de usinas, laboratórios, cargas sensíveis e/ou complexas, entre outras, ou seja, para inúmeras aplicações, ambas as classes atendem, e para restritas, há um direcionamento mais específico, então, sempre que for realizar uma medição ou campanha, utilize uma ferramenta de acordo com a situação e problemas a serem resolvidos. A esmagadora maioria de aplicações não está citada na norma. E se precisar, nossa equipe de aplicação pode ajudar nisso.

Prioridade de Grandezas

Os equipamentos da Embrasul, realizam as medições dos parâmetros avaliados simultaneamente, em toda sua linha, no entanto, nem todo equipamento tem tal capacidade, logo, a norma define as prioridades de medição, sendo elas:

1. Parâmetros elétricos (V, I, P, Q, S, DPF, TPF, e etc.);

2. Afundamentos/elevações de tensão;

3. harmônicos de tensão;

4. harmônicos de corrente;

5. desequilíbrio;

6. transitórios;

7. Flicker;

8. Inter-harmônicos de tensão e corrente;

9. comunicação de sinais em tensão através da rede.
   

Ou seja, a norma prioriza aspectos contínuos presentes em regime permanente, em detrimento de eventos transitórios, se houver a necessidade de medição consecutiva, não simultânea.

Integração de Grandezas

Para cada um destes parâmetros acima citados, a norma aborda um tempo de integração, ou melhor, uma agregação recomendada: 10s, 10 min, 2h, 3s, 200ms, entre outros. E aqui chamo a atenção que, diferente do PRODIST, que obriga 1008 registros válidos em 10 minutos, a IEC61000-4-30 aborda de forma individual, cada parâmetro, com múltiplas integrações simultâneas.

Inclusive é possível ver, ao longo da norma, que o PRODIST também traz semelhanças com a IEC 61000-4-30, uma vez que suas regras são similares a de alguns parâmetros, como por exemplo: Magnitude de tensão de alimentação, que entende que a agregação deve ser realizada em 10 minutos pelo mesmo período de uma semana.

Saliento que nem todos os equipamentos têm tal capacidade de múltiplas agregações, logo, para atendimento pleno e para poder embasar e acatar a escolha recomendada nesta norma, o equipamento utilizado tem de permitir tal capacidade, caso contrário, uma ou limitadas agregações podem não permitir um estudo simultâneo de todos os parâmetros, obrigando a medições consecutivas, respeitando a prioridade das grandezas, mas também estendendo o período de medição.

É comum que analisadores e medidores possuam capacidade de integração de uma ou duas agregações. Não é trivial no mercado, um equipamento possuir todas as agregações diferentes por parâmetro, simultaneamente, como possível no RE8000.

Abaixo apresentamos as principais recomendações com relação a estes aspectos:

Frequência Industrial	1 semana	Agregação de 10 segundos
Magnitude da Tensão de Alimentação	1 semana	Agregação de 10 minutos
Flicker	1 semana	Agregação de 10 minutos
1 semana	Agregação 2 horas (Plt).
Afundamentos de Tensão	1 ano	não informado
Interrupções	1 ano	não informado
Desequilíbrio de Tensão da Fonte	1 semana	Agregação de 10 minutos e/ou 2 horas
Tensões Harmônicas	1 semana	Agregação de 10 minutos
1 semana	Agregação 150/180 ciclos
Tensões Inter-harmônicas	1 semana	Agregação de 10 minutos
1 semana	Agregação 150/180 ciclos
Sinais de Comunicação em Tensão da Rede Elétrica	1 semana	não informado

Tais períodos e agregações podem causar certa estranheza, no entanto, lembre-se que uma ponderação deve ser feita antes do ato de medir. Tais valores podem e devem variar conforme o objetivo, e devem respeitar a norma de referência. É o famoso: “Para cada caso um caso”, definir uma regra absoluta para qualquer aplicação não é possível.

Uma boa estratégia, na dúvida, é utilizar períodos maiores de medição, com integrações menores. Tal estratégia permite integralizações para períodos maiores, e garantem que não haja falta de registros por expurgos e etc. Em resumo, se utilizares uma integralização de 200ms, é possível reintegraliza-la para 10 minutos.

O contrário não é verdade. No que tange a tempo de medição, se precisa de 1 semana, ou 1008 registros de 10 minutos. Adicione 2 dias a mais ou faça 14, de forma a poder escolher uma janela conveniente e útil para medição, evitando o problema de falta de registros.

Comparação de Resultados

Já nos encaminhando para o fim deste conteúdo, a norma também cita como comparar e apresentar os resultados e limites contratuais. Note que se trata de uma análise estatística, e para cada parâmetro uma seleção específica é necessária, ou seja, não utilizar isso para todos e quaisquer parâmetros. A norma aborda pontualmente, cada método para cada parâmetro, mas para facilitar, e compilar, trago a metodologia que ela apresenta, e o leitor classifica o que é útil para cada parâmetro.

• Número ou % de valores durante a medição que ultrapassaram o limite para mais ou para menos;;

• Valores de pico (em intervalo igual ou diferente);

• Valores semanais de Probabilidade 95% ou 99%, expressos na grandeza;

• Número de valores consecutivos excedendo limites;

• Número de desvios da nominal.
  

Para cada um dos parâmetros e fenômenos elétricos, tais métodos podem fazer sentido ou não, então, para um bom embasamento de relatório, verifique exatamente o parâmetro e o método de comparação, para que sua análise esteja conforme esta norma. Mas não se limite a isso! Pecar por excesso é aconselhável. Sempre mostre tantos quantos forem os dados necessários para pleno entendimento do leitor. A norma apresenta o mínimo necessário. 

A título de curiosidade, o PRODIST, no módulo 8, também apresenta uma metodologia.

Fatores de decisão

Existem fatores de decisão não explícitos na norma. Veja alguns:

Localização

Em que ponto do meu diagrama eu meço? Aqui uma análise do especialista é necessário pois fatores como viabilidade, custo, proximidade com a carga, entre outros afetam tal escolha e podem variar a cada caso, logo, tenha em mente as implicações de erro, ambiente, acesso de pessoas, e demais variáveis não explícitas aqui e nem na norma, que podem afetar a campanha/medição.

Objetivos

Dependem da razão da realização, e com base nisso, definem-se parâmetros, tempo de integração, equipamentos, custo, limiares, e validação e expurgos, ou seja, campanhas permitem maior poder de escolha, e decisão, mas a norma cita cuidados como “Reúna a maior documentação possível”

• Registros de alterações;

• Conhecimento de cargas perturbadoras e regimes de operação;

• Detalhamento do problema

• Busca por coincidências (Talvez tenhamos que realizar medições simultâneas, em diferentes pontos, para provar algo por inferência e inspeção).
  

Veja, a norma nos dá os cuidados que temos de ter antes de assumir uma medição, campanha, estudo, e como reunir informações que nos ajudem a levar a alguma conclusão, afinal, é isso que se procura, uma conclusão para algo.

Preparação para campanha

Finalmente, chegamos ao encerramento desta norma. Trago alguns pontos citados na norma, que são importantes na hora de realizar o estudo para encerrar este conteúdo. E caso tenha interesse no aprofundamento desta, a aquisição e leitura é aconselhada e disponível no catálogo da ABNT, disponível em pesquisa simples no google.

• Defina o número de fases e a tensão de referência;

• Defina a medição de corrente e seus ranges e transdutores;

• Defina os limiares interpretáveis e o período de monitoração;

• Caracterização o ponto medido com o máximo de informações à respeito;

• Definia os Indicadores estatísticos de análise (%, máx, mín, méd…) para condensar um número grande de valores;

• Defina as referências de análise e comparação para cada parâmetro com nível de confiança maior ou igual a 95%;

• Aponte a conformidade contratual e requisitos do operador/consumidor;;

• Em resultados, realize a contagem e tabulação de eventos;