O monitoramento de energia industrial pode começar pelo consumo, mas não precisa terminar nele. Saber quantos kWh foram acumulados durante determinado período responde uma pergunta importante: quanto de energia foi consumido.
Para entender melhor como a instalação se comportou durante a operação, porém, outras informações podem ser necessárias.
Tensão, corrente, potência, demanda, fator de potência e distorção harmônica respondem perguntas diferentes. Quando essas grandezas são acompanhadas ao longo do tempo e relacionadas às condições de operação, elas acrescentam contexto à análise elétrica.
Isso não significa que uma alteração encontrada em determinada grandeza revele automaticamente uma falha ou sua causa. O monitoramento fornece informações para investigar o que mudou.
Neste artigo, mostramos quais grandezas podem fazer parte do monitoramento elétrico industrial, o que cada uma acrescenta à análise e como um multimedidor pode integrar essas medições a sistemas de automação e supervisão.
Neste conteúdo:
- Por que olhar além do consumo de energia?
- Quais grandezas elétricas acompanhar?
- Tensão e corrente
- Potências ativa, reativa e aparente
- Consumo e demanda
- Fator de potência
- Frequência
- THD e harmônicas
- Por que relacionar as grandezas?
- O que o monitoramento não responde sozinho?
- Onde realizar as medições?
- Como integrar as medições?
- Onde o Smart X96-5H entra?
- Perguntas frequentes
Por que olhar além do consumo de energia?
O consumo acumulado é uma das informações mais conhecidas porque aparece diretamente associado à utilização de energia durante um período.
Imagine, porém, que o consumo de determinado setor aumentou em comparação com o mês anterior.
Essa informação mostra que houve uma mudança, mas não explica sozinha como a instalação se comportou durante aquele período.
Para investigar melhor, outras perguntas podem surgir:
- em quais horários ou condições operacionais houve maior utilização de potência?
- como as correntes se comportaram?
- como estavam as tensões no ponto monitorado?
- o perfil de demanda mudou?
- houve alteração no fator de potência?
- as potências ativa, reativa e aparente apresentaram comportamento diferente?
- houve mudança nos indicadores de distorção harmônica?
É essa diferença que amplia o papel do monitoramento de energia industrial: o consumo continua importante, mas passa a fazer parte de um conjunto maior de informações.
Quais grandezas acompanhar no monitoramento de energia industrial?
Não existe uma lista que precise ser utilizada integralmente em todas as aplicações. As grandezas devem ser escolhidas conforme o objetivo da medição e aquilo que a equipe precisa acompanhar ou investigar.
| Grandeza | O que permite acompanhar |
|---|---|
| Energia | Quantidade acumulada de energia medida durante determinado período. |
| Tensão | Valores de tensão medidos no ponto monitorado e seu comportamento ao longo do tempo. |
| Corrente | Magnitude e comportamento das correntes medidas nos circuitos ou fases. |
| Potência ativa | Como a potência ativa varia conforme as condições de funcionamento da carga ou instalação. |
| Potência reativa | Comportamento da componente reativa presente no ponto de medição. |
| Potência aparente | Uma referência adicional sobre o carregamento elétrico observado no sistema. |
| Demanda | Comportamento médio da potência durante o intervalo configurado para essa medição. |
| Fator de potência | Relação entre potência ativa e potência aparente no ponto monitorado. |
| Frequência | Frequência elétrica medida no sistema. |
| THD | Indicador da distorção harmônica total da grandeza medida. |
| Harmônicas individuais | Distribuição do conteúdo harmônico entre diferentes ordens. |
Mais grandezas não significam automaticamente melhor monitoramento. O valor está em selecionar informações que tenham relação com aquilo que a operação precisa compreender.
Tensão e corrente: o que essas medições acrescentam?
Tensão e corrente estão entre as grandezas básicas de uma instalação elétrica, mas seu acompanhamento ao longo do tempo acrescenta informação que uma leitura pontual não oferece.
Ao observar as correntes, por exemplo, é possível comparar o comportamento entre fases ou entre diferentes condições de funcionamento da instalação.
Uma corrente maior, entretanto, não significa automaticamente que exista uma falha. A mudança pode estar relacionada à quantidade de cargas em operação, ao regime do processo ou a outras condições do sistema.
O mesmo cuidado vale para a tensão. Identificar que um valor mudou é diferente de determinar a origem dessa alteração.
A utilidade aumenta quando tensão e corrente podem ser relacionadas a outras grandezas e ao estado real da operação.
O que acompanhar nas potências ativa, reativa e aparente?
As três grandezas oferecem perspectivas diferentes sobre o comportamento elétrico da instalação.
Potência ativa
Acompanhar a potência ativa permite observar como sua magnitude varia durante o funcionamento das cargas.
Isso pode ajudar a comparar períodos, turnos ou diferentes estados de operação sem depender apenas do valor acumulado de energia ao final do período.
Potência reativa
A potência reativa acrescenta outra informação sobre o comportamento elétrico da instalação e deve ser analisada em conjunto com potência ativa, potência aparente e fator de potência.
Uma alteração nessa grandeza, isoladamente, não determina sua causa nem significa que uma ação corretiva específica seja necessária.
Potência aparente
A potência aparente também ajuda a caracterizar o carregamento elétrico observado no ponto de medição.
Relacioná-la à potência ativa e ao fator de potência oferece uma visão mais completa do que analisar somente o consumo acumulado.
Consumo e demanda respondem perguntas diferentes
Consumo e demanda são informações relacionadas, mas não representam a mesma coisa.
A energia acumulada indica quanto foi consumido ao longo de determinado período.
A demanda corresponde à potência média considerada durante um intervalo definido. Por isso, acompanhar demanda ajuda a enxergar como a utilização de potência se distribui ao longo da operação.
Imagine duas instalações que apresentaram consumo semelhante ao final do dia. Uma pode ter mantido cargas relativamente estáveis durante várias horas, enquanto outra concentrou maior utilização de potência em períodos menores.
O valor acumulado de energia pode ser parecido, mas o perfil de operação não necessariamente é.
Existe, porém, um cuidado importante: a demanda calculada por um multimedidor não deve ser automaticamente tratada como a mesma demanda utilizada para faturamento pela distribuidora. O intervalo de integração, a configuração do instrumento e os critérios aplicáveis à medição precisam ser considerados.
O que o fator de potência acrescenta ao monitoramento?
O fator de potência representa a relação entre potência ativa e potência aparente.
Acompanhá-lo permite observar como essa relação varia nas diferentes condições de operação da instalação e acrescenta contexto à análise das potências ativa e reativa.
Mas um valor de fator de potência, sozinho, não informa automaticamente qual é a causa daquela condição nem qual solução deve ser aplicada.
Antes de decidir por uma correção, é necessário considerar características das cargas, comportamento ao longo do tempo, condição da instalação e finalidade da análise.
Quando acompanhar a frequência?
A frequência também pode fazer parte do conjunto de grandezas disponibilizado pelo instrumento de medição.
Sua relevância depende do tipo de instalação, da fonte de alimentação e do objetivo do monitoramento. Em alguns projetos ela será apenas uma informação complementar; em outros, pode ser pertinente acompanhar sua variação juntamente com outras condições elétricas.
THD e harmônicas: o que essas informações realmente mostram?
Cargas não lineares, como inversores de frequência, fontes eletrônicas e outros equipamentos com eletrônica de potência, podem contribuir para a presença de componentes harmônicas de corrente e, dependendo das características do sistema elétrico, para distorções observadas na instalação.
O THD, ou distorção harmônica total, é um indicador que resume o conteúdo harmônico da grandeza medida em relação à sua componente fundamental.
Já a análise das harmônicas individuais permite observar como esse conteúdo está distribuído entre diferentes ordens.
Essas duas informações cumprem funções diferentes.
O THD oferece uma visão agregada da distorção. As harmônicas individuais fornecem mais detalhe sobre sua composição.
Mas existe um limite importante de interpretação:
identificar uma determinada condição de THD ou uma ordem harmônica não revela, sozinha, qual equipamento a originou, se existe um problema operacional ou qual medida corretiva deve ser adotada.
Para chegar a essas conclusões é necessário considerar o ponto de medição, as cargas conectadas, as condições de operação, a arquitetura elétrica e os critérios técnicos aplicáveis à análise.
Quando a necessidade vai além do acompanhamento das grandezas e exige uma investigação mais detalhada da instalação, a TBC Automação também atua com análise de qualidade de energia, eficiência energética e estudos de harmônicas em aplicações industriais, sistemas de bombeamento e saneamento, edificações, utilidades e outras instalações elétricas que exigem uma avaliação mais aprofundada do seu comportamento.
Uma grandeza isolada raramente explica o comportamento da instalação
É quando as informações começam a ser relacionadas que o monitoramento ganha mais contexto.
Imagine novamente que o consumo de determinado setor aumentou.
A equipe pode comparar:
- em quais períodos a potência ativa aumentou;
- se o perfil de demanda mudou;
- como as correntes se comportaram;
- se as tensões apresentaram alteração;
- como estavam as potências ativa, reativa e aparente;
- se houve mudança no fator de potência;
- se os indicadores harmônicos também apresentaram comportamento diferente.
Depois, esses dados precisam ser comparados com a própria operação.
Mais equipamentos estavam ligados? Houve aumento do tempo de funcionamento? O processo trabalhou em outra condição? Uma carga que normalmente operava de forma intermitente passou mais tempo acionada?
O monitoramento não responde automaticamente a todas essas perguntas.
Ele fornece informações que ajudam a direcionar a investigação.
O que o monitoramento elétrico não responde sozinho?
Ter várias grandezas disponíveis não transforma o instrumento, por si só, em um sistema completo de diagnóstico.
As medições não devem ser usadas isoladamente para afirmar:
- qual equipamento provocou uma alteração;
- que uma variação observada representa necessariamente uma falha;
- qual intervenção deve ser realizada;
- que existe uma oportunidade determinada de economia;
- que uma instalação está em conformidade com todos os requisitos de qualidade de energia.
Também é importante diferenciar o acompanhamento de grandezas elétricas de uma análise específica de qualidade de energia.
Investigações que exigem medição de fenômenos como afundamentos e elevações de tensão, interrupções, flicker, transitórios ou outros eventos específicos podem exigir instrumentos e métodos de medição próprios para essa finalidade.
O equipamento deve ser escolhido de acordo com a pergunta técnica que precisa ser respondida.
Onde realizar o monitoramento de energia?
Outra decisão importante é definir em quais pontos da instalação as grandezas serão medidas.
Dependendo do objetivo, o monitoramento pode ser realizado:
- na entrada geral da instalação;
- em QGBTs e quadros de distribuição;
- em alimentadores específicos;
- em setores ou centros de carga;
- em painéis de máquinas;
- em sistemas de bombeamento;
- em utilidades e outras cargas relevantes para a operação.
Uma medição na entrada fornece uma visão agregada. Medições em pontos distribuídos permitem separar melhor o comportamento de setores ou cargas específicas.
Isso não significa instalar medidores em todos os lugares.
O ponto de medição deve ser escolhido de acordo com aquilo que se pretende enxergar.
Como transformar medições elétricas em acompanhamento ao longo do tempo?
Visualizar uma grandeza no display do multimedidor permite uma leitura local. Para comparar períodos e acompanhar tendências, essas informações precisam estar disponíveis para algum sistema capaz de coletar e, quando previsto no projeto, armazenar os dados.
Quando o instrumento possui comunicação, suas leituras podem ser disponibilizadas para CLPs, sistemas supervisórios, plataformas de monitoramento ou outras aplicações compatíveis.
Protocolos como Modbus RTU e Modbus TCP são utilizados em arquiteturas desse tipo.
É importante separar as funções:
- o multimedidor realiza e disponibiliza as medições previstas em suas especificações;
- o sistema integrado pode coletar, armazenar, apresentar, comparar ou gerar alarmes a partir dessas informações, conforme sua configuração.
Ter uma porta de comunicação no instrumento, portanto, não significa automaticamente que existe histórico, dashboard ou sistema de alarmes. Esses recursos dependem da arquitetura utilizada depois da medição.
Como o Smart X96-5H pode entrar no monitoramento de energia industrial?
Depois de definir quais informações precisam ser acompanhadas e onde a medição será realizada, é possível avaliar qual instrumento atende aos requisitos do projeto.
O Smart X96-5H da Eastron, disponível no portfólio da TBC Automação, reúne no mesmo equipamento medições de tensão, corrente, frequência, potências, energia, fator de potência e demanda.
O equipamento também oferece medição de THD e conteúdo harmônico individual até a 63ª ordem, permitindo acrescentar informações sobre distorção harmônica ao acompanhamento da instalação.
Para comunicação, o Smart X96-5H possui RS485 com Modbus RTU e Ethernet com Modbus TCP no mesmo equipamento. Dessa forma, suas medições podem ser disponibilizadas para sistemas compatíveis de automação, supervisão e monitoramento.
Na medição de energia ativa, o Smart X96-5H possui Classe 0.5S conforme IEC 62053-22. Essa classificação deve ser entendida especificamente no contexto da medição de energia ativa e não como uma única classe de precisão aplicada indistintamente a todas as grandezas fornecidas pelo instrumento.
O fato de o equipamento disponibilizar diversas variáveis também não significa que todas precisem ser utilizadas em qualquer aplicação. A escolha deve partir do objetivo do monitoramento.
Se você ainda está definindo quais características o instrumento precisa ter, veja nosso guia de especificação de multimedidor de grandezas elétricas.
Se os requisitos da aplicação já estão definidos, consulte as especificações do Smart X96-5H.
Perguntas frequentes sobre monitoramento de energia industrial
Quais grandezas elétricas podem ser acompanhadas além do consumo?
Dependendo do instrumento e da aplicação, podem ser acompanhadas tensão, corrente, potência ativa, reativa e aparente, demanda, fator de potência, frequência, THD e harmônicas individuais. A escolha deve considerar o objetivo da medição.
Monitorar consumo de energia é suficiente?
Depende do que se pretende analisar. Para conhecer apenas a energia acumulada durante um período, essa informação pode atender ao objetivo. Quando é necessário compreender melhor como a instalação se comporta durante a operação, outras grandezas acrescentam contexto à análise.
Qual a diferença entre consumo e demanda?
O consumo representa a energia acumulada ao longo de determinado período. A demanda está relacionada à potência média considerada durante um intervalo definido. Por isso, duas instalações podem apresentar consumos semelhantes e perfis de demanda diferentes.
O que significa THD?
THD significa distorção harmônica total. É um indicador que resume a presença de conteúdo harmônico na grandeza medida em relação à componente fundamental. Sua interpretação deve considerar o ponto de medição, as condições do sistema e o objetivo da análise.
THD elevada significa que existe uma falha?
Não necessariamente. O valor indica uma condição de distorção harmônica, mas não identifica sozinho sua origem nem determina se existe uma falha ou qual ação deve ser realizada.
Um multimedidor substitui um analisador de qualidade de energia?
Não em todas as aplicações. Um multimedidor pode fornecer diversas grandezas e informações sobre harmônicas, mas investigações que exigem análise de fenômenos específicos de qualidade de energia podem demandar instrumentos e métodos próprios para essa finalidade.
As informações do multimedidor podem ser enviadas para um supervisório?
Sim, desde que o instrumento e o sistema possuam interfaces e protocolos compatíveis. O Smart X96-5H, por exemplo, possui RS485 Modbus RTU e Ethernet Modbus TCP, permitindo disponibilizar suas medições para sistemas compatíveis de automação e supervisão.
Precisa definir o que medir na sua instalação?
A escolha do multimedidor é apenas uma parte do monitoramento. Também é necessário definir quais grandezas serão úteis, onde realizar as medições e como essas informações serão integradas à operação.
A TBC Automação fornece equipamentos para medição elétrica e atua na integração dessas informações a sistemas de automação, supervisão e telemetria.
Se você precisa especificar um multimedidor ou estruturar a integração das medições elétricas no seu projeto, entre em contato pelo e-mail sac@tbcautomacao.com.br.
