Identificação de problemas de qualidade de energia devido à interação com sistemas de iluminação LED e proposta de aplicação de filtros para mitigação de distúrbios

Abstract

A crescente onda de projetos de eficiência energética, especialmente os relacionados com a difusão de sistemas de iluminação utilizando tecnologia LED, têm se tornado cada vez mais frequentes, bem como as discussões a respeito da influência nos índices de qualidade da energia pela aplicação em larga escala de dispositivos eletrônicos. Nesse contexto, o principal objetivo do trabalho é identificar e solucionar os problemas de qualidade da energia em um sistema elétrico que apresentava altos índices de distorção harmônica advindos de sua interação com equipamentos de iluminação LED. Após uma campanha de substituição dos refletores antigos da área externa de um sistema portuário, foram registrados mau funcionamento e queima de diversos equipamentos sensíveis, como câmeras de monitoramento e antenas de comunicação, que estavam conectados no quadro de distribuição junto a alimentação do sistema de iluminação. Com o intuito de caracterizar e identificar as possíveis causas dos problemas observados, foi realizada uma campanha de medição de qualidade da energia. Uma vez identificados os distúrbios, um modelo de filtro passivo foi desenvolvido para mitigação das distorções harmônicas presentes na alimentação dos equipamentos sensíveis, passando por validações em simulação, utilizando o programa ATPDraw, em laboratório e por meio de uma nova campanha de medição em campo, realizando testes de desempenho com um protótipo do filtro. Ao analisar os resultados da campanha de medição para caracterização do sistema, foram detectados altos índices de distorção harmônicas. Os distúrbios causados por essa condição surgiram da interação entre inter-harmônicos pré-existentes no sistema elétrico e os drivers utilizados nos refletores que compõe o novo sistema de iluminação, causando a amplificação das distorções harmônicas quando os refletores LED entram em operação e afetando o funcionamento dos equipamentos conectados no mesmo ponto de alimentação. Após a segunda campanha de medição, referente à análise operacional do protótipo do filtro, foi constatada ama redução significativa dos níveis de distorção harmônica no ponto de alimentação das cargas sensíveis, mesmo em condição de operação conjunta com os refletores, implicando na mitigação dos distúrbios de qualidade da energia e na validação da solução proposta.

The growing wave of energy efficiency projects, especially those related to the diffusion of lighting systems using LED technology, have become more and more frequent, as well as the discussions regarding the influence on power quality indices by the large-scale application of electronic devices. In this context, the main objective of this paper is to identify and solve power quality problems in an electrical system that presented high levels of harmonic distortion due to its interaction with LED lighting equipment. After a campaign to replace the old reflectors in the external area of a port system, malfunctions and failures of several sensitive equipment were registered, such as monitoring cameras and communication antennas, which were connected to the distribution board along with the power supply of the lighting system. In order to characterize and identify the possible causes of the observed problems, a power quality measurement campaign was conducted. Once the disturbances were identified, a passive filter model was developed to mitigate the harmonic distortions present in the feeding of the sensitive equipment, going through validation in simulation, using the ATPDraw program, in laboratory and through a new measurement campaign in field, performing performance tests with a prototype of the filter. When analyzing the results of the measurement campaign for system characterization, high harmonic distortion rates were detected. The disturbances caused by this condition arose from the interaction between pre-existing inter-harmonics in the electrical system and the drivers used in the reflectors that compose the new lighting system, causing the amplification of the harmonic distortions when the LED reflectors come into operation and affecting the operation of the equipment connected to the same power supply point. After the second measurement campaign, referring to the operational analysis of the prototype filter, a significant reduction in the levels of harmonic distortion at the feeding point of the sensitive loads was verified, even in joint operation condition with the reflectors, implying the mitigation of power quality disturbances and the validation of the proposed solution.