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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Compensadores série de baixa tensão: topologias, técnicas de projeto e viabilidade econômica
Authors: Bruno Marciano Lopes
First Advisor: Braz de Jesus Cardoso Filho
First Referee: Selenio Rocha Silva
Second Referee: Sidelmo Magalhaes Silva
Third Referee: Mario Fabiano Alves
Abstract: Afundamentos de tensão são as principais causas de mau funcionamento e prejuízos em sistemas industriais, associados a fenômenos de qualidade de energia. Diversas soluções paraa redução ou eliminação de paradas inoportunas e outros inconvenientes provocados por estes fenômenos têm sido sugeridas e implementadas, dentre elas a inserção de condicionadores deenergia entre a rede e a carga sensível. Neste cenário, os compensadores série têm se destacado devido à alta eficácia e à baixa relação custo-benefício. A maioria dos fabricantes de compensadores série promove seus equipamentos pela elevada capacidade de compensação, além de oferecerem outros benefícios, tais comoregulação de tensão e bloqueio de componentes harmônicas. Não existem, no entanto, estudos indicando o custo associado ao aumento da capacidade de compensação e à agregação de tais funcionalidades.Este trabalho mostra que existe uma grande diferença, em termos de custos econômicos e dimensionais, entre equipamentos projetados para operação por curtos períodos (otimizados para compensar estritamente afundamentos de tensão) e aqueles que incluem outrasfuncionalidades. Para tanto, foram desenvolvidas técnicas de projetos especiais para os elementos de potência do equipamento, que envolvem estudo aprofundado do comportamento elétrico e térmico destes, em condições de operação permanente e em regime dinâmico. Tais técnicas, bastante úteis para a otimização dimensional do equipamento, se mostram, em sua maior parte, aplicáveis a qualquer projeto de equipamentos que fazem uso de inversores defreqüência, independente do ciclo de operação ou perfil de carga. São, ainda, levantadas as topologias mais apropriadas para a operação em baixa tensão, do ponto de vista econômico. Projetos térmicos e elétricos de equipamentos com capacidades distintas são elaborados,juntamente com a avaliação de custos. A escolha da alternativa mais apropriada para os problemas de qualidade da energia éum exercício de economia: a soma dos prejuízos financeiros, associados aos eventos, com os custos em aquisição e manutenção das soluções deve ser a menor possível. Para se encontraruma solução apropriada, é preciso realizar um estudo detalhado que envolve o conhecimento das características dos eventos de qualidade, da sensibilidade das cargas, dos prejuízos associados à suas falhas, das diversas soluções e suas vantagens e desvantagens. Este estudo érealizado e não só é atingido o objetivo global de estabelecimento de metodologias para uma solução de menor custo, como é evidenciada a existência de nichos onde a aplicação de compensadores série projetados para curtos períodos de operação é a melhor solução.
Abstract: Fron an economic viewpoint, voltage sags are the worst power quality phenomena for industrial power plants. In order to eliminate their related problems or minimize their effects, a considerable number of solutions has been proposed and implemented. Among them, it can be pointed out the power conditioning devices, installed between the grid and sensitive load. At this scenario, series compensators have considerable importance due to their low cost and effectiveness.The majority of the manufactures of series compensators promote its products by means of their high-level voltage sag support, in addition to other benefits like voltage regulation and compensation of harmonic distortions. However, there is no research pointing out economicalcosts due to these features. This work demonstrates that there are considerable economical and dimensional cost differences between devices designed to operate just for short periods (voltage sag support)and those designed to operate continuously. In order to get this results, special design techniques for power devices were developed, considering their dynamic electrical and thermal behavior. These techniques were important to obtain appropriated designs, avoidingover dimensioning. Furthermore their majority is applicable for design of any equipment that uses CC-CA converters, despite their duty-cycles or load profile. In addition, the most appropriate topologies for low voltage application are investigated and proposed. Complete series compensator designs, for devices with different features, are shown and costs comparisons done. The most appropriate solution for power quality problems involves an economic issue: it is necessary to minimize the sum of total financial losses and acquirement and maintenancesolutions costs. Aiming the appropriated solution, a detailed study is necessary. This study involves knowledge of the characteristics of the quality events, load behavior and economical losses associated to their failure and about the several existent solutions, including itsadvantages and disadvantages. Through this study, the global objective of present methodologies for appropriated solution was reached as well is evidenced the applicability and benefits of short period operation series compensator.
Subject: Engenharia elétrica
Energia elétrica Qualidade
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BEKM5W
Issue Date: 14-Jul-2006
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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