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Sistema de Medição Multivariável para Monitoramento de Sinais Senoidais de Corrente e de Tensão Elétrica.

As possibilidades e aplicações trazidas para a sociedade moderna através da evolução das pesquisas na área da produção de energia elétrica são de valor intelectual, financeiro e material inestimáveis. Nesse âmbito, a energia elétrica tornou-se um insumo fundamental, deixando o ser humano cada vez mais dependente da continuidade e qualidade do serviço oferecido. A quantidade de distúrbios que acometem o sistema elétrico de potência é ampla, como variações e desequilíbrios de tensão, transitórios, distorções harmônicas e afins, sendo necessário a aferição e, posteriormente, a análise de diversos dados, como os sinais de tensão e corrente, potência, fator de potência, frequência entre outros. Tais distúrbios podem ocasionar em perdas significativas, como queima das cargas e mau funcionamento dos mesmos, como motores elétricos, máquinas frigoríficas dentre outros. Logo, a aplicação da instrumentação fornece informações cruciais para o controle da qualidade do sinal, lidando com os distúrbios que acometem o sistema elétrico. É preferível que a etapa de aferição dos dados seja feita por sistemas de baixa complexidade computacional, permitindo assim a eficácia no monitoramento para a aplicação de técnicas e ferramentas de controle futuras. Este trabalho pretende desenvolver um sistema que contribua para supervisionar sinais de corrente e tensão de um sistema trifásico. Tal ferramenta será utilizada para monitorar a energia gerada por um sinal aplicado a uma carga e oriundo de qualquer tipo de fonte. O módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica, estabelece os procedimentos relativos à qualidade do fornecimento de energia elétrica, onde são definidos os conceitos e a base de cálculo necessário para a observação de fenômenos que podem afetar a qualidade da energia elétrica distribuída. Foram escolhidos, com base na revisão bibliográfica, o sensor de corrente SCT 013 000, um transformador de corrente do tipo janela, e o sensor de tensão ZMPT101B, um transformador de potencial. Além do mais, foram utilizados um módulo de Real Time Clock e um módulo de cartão Security Digital, todos embarcados em um microcontrolador Arduino. No condicionamento de sinais, foi utilizado um amplificador operacional na configuração de amplificador somador não-inversor, além de um resistor de carga para obtenção do valor de tensão associado ao sensor de corrente. Ainda foi observado que os transdutores utilizados apresentaram boa linearidade de medição, sendo assim competentes para a aplicação. Os dados obtidos mostram uma precisão adequada, onde pôde-se aferir dados de redes monofásicas e trifásicas, como indicado nas simulações elaboradas. Foi observado que a mudança da plataforma microcontrolador é possível, uma vez que o sistema de hardware relacionado a aquisição e armazenamento de dados se mantém o mesmo, sendo necessária apenas a adaptação do código utilizado.Para aplicações domésticas e didáticas, o material apresenta bom desempenho, entretanto, visando aplicações mais industriais, onde os níveis de tensão e corrente são maiores, é necessária uma avaliação de melhorias para aumentar a robustez de processamento e aferição dos dados, condicionamento de sinais e proteção elétrica. Além do mais, a integração do sistema com módulo de Wifi e armazenamento na nuvem pode aumentar ainda mais o leque de aplicações do projeto, como uso para processos de controle e internet das coisas.
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Sistema de Medição Multivariável para Monitoramento de Sinais Senoidais de Corrente e de Tensão Elétrica.

  • DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.3022521038

  • Palavras-chave: Instrumentação; Sensores; Qualidade de energia; Sistemas elétricos.

  • Keywords: Instrumentation; Sensors; Power quality; Electrical systems.

  • Abstract: The possibilities and applications brought to modern society through the evolution of research in the area of ​​electrical energy production are of inestimable intellectual, financial and material value. In this context, electrical energy has become a fundamental input, making human beings increasingly dependent on the continuity and quality of the service provided. The number of disturbances that affect the electrical power system is wide, such as voltage variations and imbalances, transients, harmonic distortions and the like, requiring the measurement and, subsequently, the analysis of various data, such as voltage and current signals, power, power factor, frequency, among others. Such disturbances can cause significant losses, such as load burnout and malfunctions of such components as electric motors, refrigeration machines, among others. Therefore, the application of instrumentation provides crucial information for controlling signal quality, dealing with the disturbances that affect the electrical system. It is preferable that the data measurement stage be performed by systems of low computational complexity, thus allowing effective monitoring for the application of future control techniques and tools. This work aims to develop a system that contributes to supervising current and voltage signals of a three-phase system. This tool will be used to monitor the energy generated by a signal applied to a load and originating from any type of source. Module 8 of the Procedures for Distribution of Electric Energy in the National Electric System, according to the National Electric Energy Agency, establishes the procedures related to the quality of the supply of electric energy, where the concepts and the basis of calculation necessary for the observation of phenomena that may affect the quality of the distributed electric energy are defined. Based on the bibliographic review, the SCT 013 000 current sensor, a window-type current transformer, and the ZMPT101B voltage sensor, a potential transformer, were chosen. In addition, a Real Time Clock module and a Security Digital card module were used, all embedded in an Arduino microcontroller. In the signal conditioning, an operational amplifier in the non-inverting summing amplifier configuration was used, in addition to a load resistor to obtain the voltage value associated with the current sensor. It was also observed that the transducers used presented good measurement linearity, thus being competent for the application. The data obtained show adequate precision, where it was possible to measure data from single-phase and three-phase networks, as indicated in the simulations performed. It was observed that changing the microcontroller platform is possible, since the hardware system related to data acquisition and storage remains the same, requiring only adaptation of the code used. For domestic and educational applications, the material presents good performance; however, targeting more industrial applications, where voltage and current levels are higher, an evaluation of improvements is necessary to increase the robustness of data processing and measurement, signal conditioning and electrical protection. Furthermore, the integration of the system with a Wi-Fi module and cloud storage can further increase the range of applications of the project, such as use for control processes and the Internet of Things.

  • Ariel Souza Medeiros
  • Evandro Ailson de Freitas Nunes
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