Analisador de Qualidade Da Energia Elétrica

I

UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI

AFFONSO TRUDE CINTRA

EDMAR DE SOUZA SILVA

EDUARDO CARDOSO GOTTSCHALD

KAUÊ CERQUEIRA ALVES DE MELO

SILVIO RUBENS ZARTH JUNIOR

ANALISADOR DE QUALIDADE DA ENERGIA

ELÉTRICA RESIDENCIAL

São Paulo

2014

II

UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI

AFFONSO TRUDE CINTRA

EDMAR DE SOUZA SILVA

EDUARDO CARDOSO GOTTSCHALD

KAUÊ CERQUEIRA ALVES DE MELO

SILVIO RUBENS ZARTH JUNIOR

ANALISADOR DE QUALIDADE DA ENERGIA

ELÉTRICA RESIDENCIAL

Trabalho de Conclusão de Curso

apresentado como exigência parcial para a

obtenção do titulo de Bacharel em Engenharia

Elétrica da Universidade Anhembi Morumbi.

Orientador: Prof. Ricardo de Almeida Pinto

São Paulo

2014

III

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Exemplos de gráfico de tensão em regime permanente gerados pelo analisador

Mult-K NG, da Kron Medidores . .................................................................................. 16

Figura 2 Exemplos de histogramas de tensão e gráfico de potência instantânea gerados

pelo analisador Mult-K NG. ........................................................................................... 17

Figura 3 IHM do RE7000, da Embrasul, permite o usuário navegar entre os principais

parâmetros de medição do analisador. ............................................................................ 18

Figura 4 Exemplos de resposta completa: (a) descarga de um capacitor; (b) corrente na

partida de um motor de indução. .................................................................................... 21

Figura 5 Distúrbios catalogados como VTCD ............................................................... 29

Figura 6 Evento de afundamento de tensão temporário monofásico.............................. 30

Figura 7 Evento de afundamento de tensão temporário trifásico. .................................. 31

Figura 8 Registro de ITT de 0,09 p.u. e 10.2 ciclos. ...................................................... 32

Figura 9 Registro de ITT de 0 p.u. e 1.731 segundos. .................................................... 32

Figura 10 Registro de AMT de 0,43 p.u. e 43,2 ciclos. .................................................. 33

Figura 11 Registro de AMT de 0,68 p.u. e 1,04 segundos. ............................................ 34

Figura 12 Registro de AMT de 0,53 p.u. e inferior a 1 segundo. ................................... 34

Figura 13 Registro de EMT de 1,34 p.u. e inferior a 1 segundo. ................................... 35

Figura 14 Evolução da família Cortex-M4. .................................................................... 38

Figura 15 Transformador de corrente JD51V, da HQSensing, e suas características

mecânicas........................................................................................................................ 40

Figura 16 Esquema elétrico do protótipo, evidenciando o esquema de ligação do

display.. ........................................................................................................................... 42

Figura 17 Esquema elétrico do protótipo, evidenciando o uso dos transformadores de

corrente e transformadores de acoplamento, bem como os pinos utilizados do

Discovery-M4. ................................................................................................................ 43

Figura 18 Desenho mecânico do Kit Discovery-M4 ...................................................... 44

Figura 19 Visão frontal do display de LCD LMC-STC2E16, ao inicializar. ................. 45

Figura 20 Pinos do Cortex-M4 utilizados no protótipo. ................................................. 45

Figura 21 Código rodando no Cortex M4. ..................................................................... 47

Figura 22 Ilustração da mala de testes CMC 356 ........................................................... 51

Figura 23 Trimpots de calibração das fases VA e VB ................................................... 52

Figura 24 Software Test Universe .................................................................................. 52

Figura 25 Tela do módulo Quick CMC .......................................................................... 53

IV

Figura 26 Trimpots de calibração IA e IB ...................................................................... 53

Figura 27 Teste de TRP realizado no laboratório da empresa Schneider Electric. ........ 56

Figura 28 Teste de VTCD realizado no laboratório da empresa Schneider Electric. ..... 58

V

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Exemplo do relatório de eventos gerado pelo analisador Mult-K NG, da Kron

Medidores ....................................................................................................................... 16

Tabela 2 Pontos de conexão em Tensão Nominal igual ou inferior a 1 kV (220/127) .. 24








Tabela 10 Pinos e periféricos do Cortex-M4 utilizados no protótipo............................. 46

Tabela 11 Resultados dos testes de medições básicas de tensão. ................................... 54

Tabela 12 Níveis de corrente inserida e medida durante os testes básicos de medição . 55

Tabela 13 Valores de potência inseridos e medidos durante o teste básico de medição 55

Tabela 14 Tabela de eventos do teste de VTCD ............................................................ 57

Tabela 15 Resultados do teste de medição de tensão ..................................................... 59

Tabela 16 Resultados do teste de medição de corrente .................................................. 59

Tabela 17 Resultados do teste de medição potência....................................................... 60

VI

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;

AC – Corrente Alternada (Alternating Current);

AMT – Afundamento Momentâneo de Tensão;

ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica;

ATT – Afundamento Temporário de Tensão;

DC – Corrente Contínua (Direct Current);

DRC – Duração Relativa da Transgressão de Tensão Crítica;

DRCE – Duração Relativa de Transgressão de Tensão Crítica Equivalente;

DRCI – Duração Relativa da Transgressão de Tensão Crítica Individual da Unidade

Consumidora;

DRP – Duração Relativa da Transgressão de Tensão Precária;

DRPE – Duração Relativa de Transgressão de Tensão Precária Equivalente;

DRPI – Duração Relativa da Transgressão de Tensão Precária Individual da Unidade

Consumidora;

EMT – Elevação Momentânea de Tensão;

ETT – Elevação Temporária de Tensão;

EWARM – Embedded Workbench for ARM

IEC – International Electrotechnical Commission;

IMT – Interrupção Momentânea de Tensão;

INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia;

IHM – Interface Homem-Máquina;

IAR – Ingenjörsfirman Anders Rundgren

ITT – Interrupção Temporária de Tensão;

LCD – Liquid Crystal Display;

LED – Light Emitting Diode;

NL – Número Total de Unidades Consumidoras da Amostra;

NLC – Número de Pacotes com Leituras Críticas;

NLP – Número de Pacotes com Leituras Precárias;

ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico;

PRODIST – Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica;

QEE – Qualidade da Energia Elétrica;

QGF – Quadro Geral de Força

VII

RAM – Random Access Memory;

TRP – Tensão em Regime Permanente;

USB – Universal Serial Bus

VTCD – Variação de Tensão de Curta Duração.

VIII

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................... 13

1.1 OBJETIVOS ......................................................................................... 13

1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................. 14

1.3 ABRANGÊNCIA DO TEMA .............................................................. 14

2 DESENVOLVIMENTO .............................................................................. 20

2.1 INTRODUÇÃO AO PRODIST ............................................................ 20

2.2 TENSÃO EM REGIME PERMANENTE ........................................... 21

2.2.1 METODOLOGIA PARA APURAÇÃO ........................................ 22

2.2.2 METODOLOGIA DA ANEEL ...................................................... 22

2.2.3 INSTRUMENTAÇÃO E METODOLOGIA DE MEDIÇÃO ........ 26

2.2.4 METODOLOGIA DO IEC ............................................................. 27

2.2.5 SUSCEPTIBILIDADE DOS APARELHOS .................................. 27

2.3 VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO ......................... 28

2.3.1 INTRODUÇÃO .............................................................................. 29

2.3.2 METODOLOGIA DE MEDIÇÃO E ANÁLISE ............................ 30

2.3.3 AFUNDAMENTO DE TENSÃO ................................................... 33

2.3.4 ELEVAÇÃO DE TENSÃO ............................................................ 34

3 METODOLOGIA ........................................................................................ 35

3.1 MICROCONTROLADORES E SISTEMAS EMBARCADOS .......... 35

3.1.1 O CORTEX-M4 .............................................................................. 37

3.1.2 KIT DE DESENVOLVIMENTO STM32F4-DISCOVERY ......... 38

3.1.3 DISPLAY DE LCD LMC-STC2E16 .............................................. 39

3.2 PROTÓTIPO ........................................................................................ 39

3.2.1 CIRCUITO DE MEDIÇÃO ............................................................ 40

3.2.2 CIRCUITO DE PROCESSAMENTO DE DADOS ....................... 43

3.2.3 CIRCUITO DE INTERFACE ........................................................ 44

IX

3.2.4 PINOS E PERIFÉRICOS DO MICROCONTROLADOR ............ 45

3.3 SOFTWARE ......................................................................................... 47

3.3.1 CÁLCULO DE VTCD .................................................................... 48

3.3.2 CÁLCULO DE TRP ....................................................................... 49

3.3.3 CÁLCULO DE POTÊNCIA ATIVA ............................................. 49

3.3.4 DADOS DISPONIBILIZADOS AO USUÁRIO ........................... 50

3.4 TESTE DE MEDIÇÕES BÁSICAS ..................................................... 50

3.4.1 CALIBRAÇÃO ............................................................................... 51

3.4.2 TESTE MEDIÇÕES BASICAS ..................................................... 54

3.4.3 TESTE TRP .................................................................................... 56

3.4.4 TESTE DE VTCD .......................................................................... 57

4 RESULTADOS ............................................................................................ 58

4.1 MEDIÇÕES BÁSICAS ........................................................................ 58

4.2 TRP ....................................................................................................... 61

4.3 VTCD .................................................................................................... 61

5 CONCLUSÕES ............................................................................................ 63

5.1 TRABALHOS FUTUROS ................................................................... 64

6 BIBLIOGRAFIA .......................................................................................... 66

7 ANEXOS ...................................................................................................... 68

A. PRODIST

B. DATASHEET DISPLAY LMC-S2E16

C. DATASHEET TC JD51V

D. DATASHEET LM7805

E. FLUXOGRAMA DO PROJETO

F. LINHAS DE PROGRAMAÇÃO DO SOFTWARE DO

ANALISADOR

G. DATASHEET OMICRON CMC356

X

H. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO OMICRON

I. LISTA DE MATERIAIS UTILIZADOS

J. COTAÇÃO REALIZADA JUNTO À EMPRESA NANSEN

K. DATASHEET MEDIDOR NANSEN

L. RELATORIOS DE VTCD E TRP

M. DATASHEET CORTEX M4

N. DIAGRAMA DE GANTT

XI

RESUMO

Este trabalho de conclusão de curso apresenta um analisador de qualidade da

energia elétrica residencial voltado a realizar medições básicas como tensão, corrente e

potência, assim como analisar eventos relacionados à qualidade da energia elétrica entre

o sistema de distribuição elétrica e o quadro geral de força de uma residência.

Para a análise como base de eventos, foi adotado para o projeto o PRODIST

(Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional),

elaborado e publicado pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) que dentro

de suas modalidades foi aplicado no projeto às diretrizes de variação de tensão de curta

duração e tensão em regime permanente.

A proposta de desenvolvimento é substituir o medidor eletromecânico de energia

das residências por um analisador de qualidade da energia elétrica possibilitando um

equipamento com um custo menor e que proporcione a concessionária de energia um

maior volume de dados fornecidos com um maior detalhamento sobre o fornecimento

da energia elétrica, possibilitando que alguns problemas na distribuição sejam

identificados precocemente evitando maiores prejuízos.

O analisador de qualidade da energia elétrica é um produto viável para a

fabricação em escala industrial devido ao seu custo reduzido comparado aos

equipamentos utilizados atualmente. Também pela agregação de funções de medição e

qualidade da energia elétrica que o produto possui, assim como uma forma de melhoria

da distribuição da energia elétrica por parte da concessionária, como uma melhor

interface para o cliente residencial saber como está o andamento do fornecimento e

consumo de energia.

Palavras chave: Medidor, qualidade, tensão, analisador, energia.

XII

ABSTRACT

This paper was done in order to acquire graduate and it presents a quality

analyzer of electrical energy in residential segment. It is oriented to perform basic

measurements such as voltage, current, and electrical power also to analyze events

associated to the quality of electricity between the electrical distribution system and the

electrical panel located in a residence.

To make this analysis, it was adopted to this project as a standard regulations the

PRODIST (Electricity and distribution procedures into the national electric system),

published by ANEEL (National Agency of Electrical Energy). There are some methods

and modalities into the PRODIST and it was decided to study Voltage Variation at short

time (VTCD) and Voltage in Steady State (TRP).

The development proposal of this paper is to replace the electromechanical

power meter used nowadays to this quality analyzer of electrical energy presented in

this paper. In order to enable this device at a lower cost and provide to the electric

utilities a greater volume of data supplied in further details about electrical energy

supplying, in order to enable that some problems can be found in the distribution system

earlier and to avoid them to have higher losses.

The quality analyzer of electrical energy is a viable product to be manufactured

on an industrial scale according to its lower costs comparing to another ones used

nowadays. It is viable also by the measurement functions aggregation and electrical

energy quality that this device has. Therefore, the improvements shown by this method,

in the electrical energy distribution by the electric utilities, and an interface

improvement to the residential user to know how his electricity supplying and

consumption are in real time.

Keywords: Meter, quality, voltage, analyzer, electrical energy.

13

1 INTRODUÇÃO

Este trabalho propõe um analisador de qualidade da energia elétrica para o

consumidor residencial, visto que atualmente o mercado enfatiza apenas o segmento

industrial e de transmissão e distribuição de energia.

1.1 OBJETIVOS

Esse analisador de qualidade da energia elétrica tem como objetivo atender aos

requisitos propostos no módulo 8 (oito) do PRODIST (Procedimentos de Distribuição

de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional), em vigor desde janeiro de 2012 e

regulamentado pela Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL.

Quando se trata da qualidade da energia elétrica, alguns pontos se fazem

necessários para o estudo e qualidade do serviço prestado. O PRODIST define os

parâmetros de valores adequado, precário e crítico para que se possa analisar o

parâmetro de Tensão em Regime Permanente e eventos de Variação de Tensão de Curta

Duração (VTCD). O analisador de qualidade de energia elétrica é capaz de medir os

parâmetros elétricos básicos e, como diferencial, é dedicado ao mercado residencial,

possuindo um baixo custo para sua fabricação. Para facilitar a interface com o usuário,

esse protótipo possuirá uma IHM (Interface Homem-Máquina), facilitando a navegação

e integração do usuário com o produto. De acordo com o PRODIST, o período para ser

gerado um relatório de análise de qualidade da energia elétrica é baseado em 1008

leituras, no qual, são agregadas as medições feitas em um intervalo de tempo a cada 10

minutos (PRODIST, 2010).

14

1.2 JUSTIFICATIVA

Sabendo que equipamentos eletrônicos estão cada vez ganhando mais espaço em

todos os meios de consumo (residencial, comercial e industrial), os mesmos também

estão ficando cada vez mais sensíveis e propícios a eventos de variação de tensão de

curta e longa duração, gerando prejuízos com manutenção, redução da vida útil e até

mesmo substituição de equipamentos (JUCÁ, 2003).

Para a concessionária de energia é vantajoso, pois possibilita ter uma visão

antecipada de possíveis manutenções e redimensionamentos a serem feitos, diminuindo

assim as reclamações de clientes e melhorando a imagem da empresa perante o

mercado.

1.3 ABRANGÊNCIA DO TEMA

Desde o surgimento dos equipamentos eletrônicos digitais nos anos 1960,

problemas com a qualidade do fornecimento de energia elétrica tornaram-se relevantes.

A principal causa é a incompatibilidade básica entre equipamentos eletrônicos – os

quais operam em corrente contínua (DC) – e a corrente alternada (AC) que serve como

fonte de alimentação. Considerando que todos os equipamentos eletrônicos são

sensíveis a distúrbios elétricos e todos partem de uma alimentação AC, essa fonte de

alimentação também transmite esses distúrbios elétricos no equipamento sensível

(DECKMANN, POMILIO, 2010).

Existem várias fontes que causam distúrbios elétricos surgindo interna e

externamente em uma instalação elétrica residencial. Algumas das fontes externas mais

preocupantes compreendem raios, atuação de disjuntores e relés de proteção, comutação

de banco de capacitores, acidentes de serviços e falhas de equipamento. Dentro das

instalações elétricas, sistemas de ar condicionado, elevadores, iluminação fluorescente,

acionamentos de motores de velocidade variável (inversores de freqüência), fabricação

de equipamentos de linha de montagem e robótica, entre outros. Além de distúrbios

elétricos, há uma variedade de outras questões ambientais que podem afetar o

funcionamento normal de equipamentos eletroeletrônicos. Exemplos incluem a

eletricidade estática, interferência de radiofreqüência, interferência eletromagnética,

temperatura e umidade (MANITO, 2009).

15

A ANEEL foi criada em 1996, momento em que a distribuição da energia

elétrica foi delegada a órgãos privados, com o objetivo de fiscalizar e regularizar a

comercialização, produção e transmissão da energia elétrica, em conjunto com políticas

e diretrizes do Governo Federal, no intuito de monitorar as questões de qualidade

relacionadas à distribuição da energia elétrica. Desde então, todas as tecnologias

relacionas à qualidade da energia elétrica estão submetidos às normas do PRODIST,

regulamentado pela ANEEL (PRODIST, 2010).

As indústrias contam com analisadores de qualidade da energia que detectam

eventos anormais presentes na instalação – e após uma medição de longo tempo,

apresentam um relatório dos eventos ocorridos.

No mercado brasileiro, destacam-se dois fabricantes nacionais, a Kron

Medidores e a Embrasul Indústria Eletrônica, ambas contando com um variado portfólio

de medidores e analisadores de qualidade de energia para os diversos tipos de ambientes

industriais. Os produtos de ambos os fabricantes contam com: leitura instantânea de

tensão eficaz, potências instantâneas, ativa e aparente, detecção de eventos de Variação

de Tensão de Curta Duração (VTCD), distorção harmônica, desequilíbrio entre fases,

tensão em regime permanente, indicadores DRP - Duração relativa da transgressão de

tensão precária - e DRC - Duração relativa da transgressão de tensão crítica - e

histograma de tensão.

A seguir, na Figura 1, é demonstrado um gráfico de Tensão em Regime

Permanente de um sistema trifásico, onde é avaliado por um período de 1008 leituras.

Cada fase é exposta em uma cor diferente no gráfico, uma azul, uma verde e uma

vermelha. O gráfico mostra as faixas de tensão Adequada, Precária e Crítica em 3 cores

diferentes, sendo a faixa Adequada em Branco, a faixa Precária em Amarelo e a faixa

Crítica em Laranja, através deste gráfico é possível visualizar qualquer evento

relacionado à Tensão em Regime Permanente, que ocorra no período analisado.

Também são expostos na Tabela 1 os dados relacionados a um relatório de

Avaliação de Qualidade de Energia, neste relatório são expostos todos os dados

referentes à avaliação como Interrupções de Fornecimento, Afundamento e Elevação de

Tensão e também interrupções que ocorram entre fases.

Este relatório serve como base para análise de eventos de Variação de Tensão de

Curta Duração – VTCD.

16

Figura 1 Exemplos de gráfico de tensão em regime permanente gerados pelo analisador Mult-K NG, da

Kron Medidores (KRON, 2014).

Tabela 1 Exemplo do relatório de eventos gerado pelo analisador Mult-K NG, da Kron Medidores (KRON, 2014).

A Figura 2 na página 16 mostra 3 Histogramas de Tensão obtidos através do

analisador Mult-K NG que mostra as ocorrências com relação a cada faixa Adequada,

Precária ou Crítica de tensão, utilizando o mesmo padrão de cores da Figura 1,

Adequada na cor Branca, Precária em Amarelo e Crítica em Laranja. Cada histograma é

medido entre 2 fases, AB, BC e CA.

17

Figura 2 Exemplos de histogramas de tensão e gráfico de potência instantânea gerados pelo analisador

Mult-K NG (KRON, 2014).

Por meio dos sinais de tensão e corrente do sistema a ser medido, os medidores

calculam os parâmetros elétricos conforme as normas IEC 61000-4-30 e IEC 61000-4-

18

7, utilizando um conversor A/D (Analógico / Digital) interno de alta resolução (mínimo

12 bits por norma) com pelo menos 32 amostras por ciclo. As agregações de informação

são realizadas de 150 a 180 ciclos, o que compreende 10 minutos, utilizando conceito

flag na ocorrência de VTCDs. Esses produtos podem ser aplicados em sistemas

monofásicos, bifásicos ou trifásicos.

Os produtos AQE-01, da Kron Medidores, e o RE6081, da Embrasul, são

desenvolvidos para instalação em postes de distribuição de energia. Focados em eventos

de VTCD e tensão em regime permanente, nesses analisadores não está incorporada a

leitura de corrente elétrica, portanto não é fornecida a potência elétrica. Já os produtos

Mult-K NG, da Kron Medidores, e o RE7000, da Embrasul, são produtos de mercado

Higino que são instalados no interior do circuito industrial, incorporando todos os tipos

de leituras necessárias para atender todos os tópicos requeridos pelo Módulo 8

(Qualidade) do PRODIST.

Além de atenderem a risca as exigências da ANEEL através do PRODIST, é

preocupação dos fabricantes em terem uma interface limpa com o usuário. Todos os

produtos supracitados também contam com uma IHM com display de LCD ou LED,

através da qual o usuário pode navegar entre os principais parâmetros de leitura em

tempo real e verificar eventos ocorridos (EMBRASUL, 2014).

Figura 3 IHM do RE7000, da Embrasul, permite o usuário navegar entre os principais

parâmetros de medição do analisador (EMBRASUL, 2014).

Como descrito nessa sessão, são comuns no mercado de medidores e

analisadores de qualidade da energia voltados para indústria. Todos destinados a

19

sistemas trifásicos de potências elevadas e apresentam um alto custo. Diferentemente

desses produtos que estão no mercado hoje, a proposta deste trabalho é criar um

analisador de qualidade da energia elétrica bifásico para fins residenciais, onde, além de

medir parâmetros básicos de tensão corrente e potência, englobará a medição e análise

de eventos de tensão em regime permanente e variação de tensão de curta duração.

O mercado para produtos voltados ao consumidor residencial possui um grande

potencial de exploração, dada à carência de produtos na área e a crescente sensibilidade

dos equipamentos eletrônicos a eventos de distribuição de energia elétrica. Este

trabalho, portanto, se diferencia ao explorar o consumidor residencial com uma solução

microcontrolada de baixo custo.

20

2 DESENVOLVIMENTO

A análise da energia elétrica é um tema que nos últimos anos se tornou de

extrema importância entre os consumidores industriais, residenciais e até mesmo nas

concessionárias de energia. Com o processo de evolução tecnológica que a sociedade

está atravessando, onde cada vez mais as residências têm equipamentos eletrônicos

como, por exemplo, os computadores, e no meio industrial como linhas de produção

automatizadas. Com essa nova classe de equipamentos que são cada vez mais sensíveis

a eventos que estão presentes na rede elétrica como VTCDs (PRODIST, 2010).

2.1 INTRODUÇÃO AO PRODIST

Pode-se destacar a sensibilidade das cargas devido ao aumento de cargas de

velocidades variáveis, e equipamentos controlados eletronicamente. Com isto, tornando

o usuário final com uma maior vulnerabilidade a eventos como afundamentos de

tensões, que podem ocorrer principalmente devido a problemas na distribuição elétrica

ou devido ao não cumprimento das normas técnicas em seu circuito interno.

(PRODIST, 2010).

Segundo JÚNIOR (2012), o principal e mais comum evento da QEE (Qualidade

da Energia Elétrica) nos clientes residências é conhecido como “voltage sag”

(Afundamento de Tensão), que também é um dos maiores desafios das concessionárias

de energia pelo fato dos clientes residenciais receberem em sua maioria duas fases e o

sistema de distribuição ser trifásico, assim tendo dificuldade de manter as suas fases de

distribuição o mais próximo do equilíbrio possível, e principalmente nos horários de

pico das grandes metrópoles.

Com o âmbito de padronizar e estipular normas para a QEE que as

concessionárias devem fornecer aos seus clientes foi criado pela ANEEL o PRODIST.

O PRODIST visa estabelecer procedimentos referentes à QEE dos produtos que

analisam os eventos da rede, como a qualidade do serviço prestado. A norma também

aborda a terminologia e a caracterização dos eventos da QEE, quanto à metodologia

para a medição e análise dos dados coletados da rede elétrica, assim como deve ser feita

a compactação de arquivos e a geração de alarmes de eventos.

21

2.2 TENSÃO EM REGIME PERMANENTE

Em ambos os circuitos de corrente contínua (CC) ou de corrente alternada (CA),

o comportamento da tensão e da corrente podem ser divididos em duas etapas: o regime

transitório e o regime permanente (NEVES, MÜNCHOW, 2010).

Durante o regime transitório, as tensões e correntes no circuito se “acomodam”

até atingirem a estabilidade, quando isso acontece, se diz que o regime permanente foi

alcançado. A duração do regime transitório depende dos elementos que compõe o

circuito e de seus valores, porém na maioria das situações práticas dificilmente

ultrapassa alguns poucos segundos. Já o regime permanente tem duração ilimitada, só

sendo interrompido se o circuito for alterado de alguma forma, como por exemplo, a

inserção de uma nova carga não linear no circuito (LANDEIRA, 2009).

A Figura 4 mostra dois exemplos de resposta completa, ressaltando os intervalos

de tempo correspondentes ao regime transitório e ao regime permanente. No primeiro

caso (Figura 4a), trata-se da tensão U de descarga de um capacitor e a resposta em

regime é igual a zero; no outro exemplo, que mostra a corrente I na partida de um motor

de indução, a resposta em regime é diferente de zero (Figura 4b).

Figura 4 Exemplos de resposta completa: (a) descarga de um capacitor; (b) corrente na partida de um

motor de indução (LANDEIRA, 2009).

A estabilização da tensão elétrica em um regime permanente é de fundamental

importância para o bom funcionamento dos equipamentos elétricos conectados a essa

rede. Neste ponto, limites críticos, precários ou adequados são estabelecidos para

obtenção dos níveis de tensão em regime permanente (TRP). Em conjunto com os

limites, citados acima, são estabelecidos os registros, critérios de medição e prazos para

ressarcimento e regularização ao consumidor, se for o caso. Essas ações são tomadas se

as medições de tensão excederem os limites dos indicadores (JUNIOR, 2011).

22

2.2.1 METODOLOGIA PARA APURAÇÃO

A metodologia aplicada para validar os valores obtidos são indicadores de

conformidade de níveis de tensão em regime permanente e também os prazos para

regularização e compensação se isto se fizer necessário.

Há dois órgãos que são citados abaixo, responsáveis pela metodologia de

apuração dos valores limites para a Tensão em Regime Permanente– a ANEEL,

mencionada na seção 2.2.2, e o IEC, mencionado na seção 2.2.3.. Ambos nomeiam os

níveis como: adequado, precário e crítico. A seguir, é explanada de uma maneira mais

completa qual a abordagem destes níveis de acordo com cada órgão.

2.2.2 METODOLOGIA DA ANEEL

Em todo o território nacional, a ANEEL é o órgão responsável pela

normatização e regulamentação da distribuição, produção, transmissão e

comercialização da energia elétrica. Através do módulo 8 do PRODIST a ANEEL

detalha o procedimento para obtenção dos valores da TRP e estabelece a metodologia

para a apuração e indicação de conformidade dos níveis de tensão, os critérios de

medição e registro, prazos para regularização e também a compensação se for o caso

(PRODIST, 2010).

Esses valores são apurados trimestralmente, de acordo com os dados obtidos

pelas concessionárias a partir de medições amostrais, o PRODIST determina que haja

um conjunto de registros compreendendo 1008 (mil e oito) leituras de dez minutos cada

em tempo ininterrupto ao longo de uma semana, totalizando 168 (cento e sessenta e

oito) horas. Todas as 1008 (mil e oito) leituras obtidas precisam ser válidas, ou seja,

intervalos adicionais devem ser agregados consecutivamente sempre que houver alguma

leitura inválida. Se houver interrupção, elevação ou afundamentos da energia elétrica, o

intervalo de medição de 10 (dez) minutos deve ser invalidado e substituído por um

número igual de leituras válidas.

Com as leituras obtidas, podem ser calculados os indicadores DRP (duração para

a transgressão de tensão precária) e DRC (duração para a transgressão de tensão crítica).

Os indicadores DRP e DRC são individuais e a partir deles, é possível obter os valores

DRPE e DRCE (indicadores coletivos) que expressam a média a partir dos indicadores

individuais. O valor de duração para a transgressão máxima de tensão precária (DRPM)

é estabelecido em 3% (três por cento) e o valor de duração para a transgressão máxima

23

de tensão crítica (DRCM) estabelecido em 0,5% (cinco décimos por cento). Com estes

dois dados calculados é obtido o percentual de tempo no qual a TRP permaneceu no

nível crítico ou precário (PRODIST, 2010).

Equação 1:

�� = ��1008 . 100%(1) Onde:

DRP = duração para transgressão de tensão precária;

nlp = número de pacotes com leituras precárias.

Equação 2:

�� = ��1008 . 100%(2) Onde:

DRC = duração para transgressão de tensão crítica;

nlc = número de pacotes com leituras críticas.

Equação 3:

�� = �� %(3) Onde:

DRPE = duração relativa de transgressão de tensão precária equivalente;

DRPi = duração relativa da transgressão de tensão precária individual da

unidade consumidora;

NL = número total de unidades consumidoras da amostra.

Equação 4:

�� = �� %(4) Onde:

DRCE = duração relativa de transgressão de tensão crítica equivalente;

DRCi = duração relativa da transgressão de tensão crítica individual da

unidade consumidora;

24

NL = número total de unidades consumidoras da amostra.

“A compensação devida ao consumidor, conforme critério estabelecido neste item,

não isenta a distribuidora de responder por outras perdas e danos causados pelo serviço

inadequado de energia elétrica” (PRODIST, 2010).

Quando o nível da tensão observado é precário, a concessionária tem um prazo

de 90 dias para sanar o problema do usuário. Já quando o nível observado é crítico, a

mesma tem o prazo de 15 dias para regularização da tensão do usuário. Caso o problema

do usuário não seja solucionado dentro deste prazo, então, o usuário tem o direito de ser

compensado financeiramente pela concessionária. A compensação é feita

automaticamente até que o problema seja solucionado ou então a concessionária pode

gerar o valor em crédito para as faturas futuras de energia elétrica e a mesma deverá ser

mantida enquanto pelo menos um dos indicadores DRP ou DRC for superior ao DRPM e

DRCM respectivamente.

Quando a tensão nominal de operação contratada é igual ou menor que 1 kV

(caso de todos os usuários residenciais), esta mesma deve ser a tensão nominal do

sistema de distribuição. As leituras são classificadas em três categorias: adequada,

crítica ou precária, segundo o valor da tensão se encontre mais afastado da referência

em relação a tensão observada. As tabelas abaixo foram extraídas do PRODIST e

mostram quais os valores e níveis das tensões.

Tabela 2 Pontos de conexão em Tensão Nominal igual ou inferior a 1 kV (220/127) (PRODIST,2010)

25





26




2.2.3 INSTRUMENTAÇÃO E METODOLOGIA DE MEDIÇÃO

As medições de tensão devem abranger medições entre as fases ou entre as fases

e o neutro, se o mesmo for disponível na instalação. Através de equipamentos que

operam por meio do princípio da amostragem digital, com os requisitos mínimos

exibidos abaixo, obtém as leituras:

a) Taxa amostral: 16 amostras por ciclo;

b) Conversor A/D (analógico/digital) de sinal de tensão de 12 bits;

c) Precisão de até 1% (um por cento) da leitura.

As seguintes informações devem ser permitidas pelo equipamento para

apuração:

a) Valores calculados dos indicadores individuais;

b) Tabela de medição;

c) Histograma de tensão.

27

2.2.4 METODOLOGIA DO IEC

O IEC (International Eletrotechnical Commission) é uma organização global de

normatização e padronização de todas as tecnologias relacionadas a elétricas e

eletrônicas. Seu objetivo é promover uma unificação internacional em todos os quesitos

relativos a padronização no campo da elétrica e eletrônica. A norma IEC 61000 enfatiza

e trata a compatibilidade eletromagnética (EMC), a parte 4 (quatro) detalha os métodos

de medida da qualidade da energia elétrica para sistemas com alimentação de 50

(cinqüenta) ou 60 (sessenta) hertz em corrente alternada (CA) e também a apuração dos

resultados obtidos. (IEC, 2003).

A norma IEC tem 2 performances, classificadas como Classe A e Classe B.

a) Classe A – Aplicada quando a precisão é necessária, por exemplo,

aplicações contratadas, verificação de conformidade com normas,

resolução de litígios entre outros.

b) Classe B – Aplicada quando são necessários inquéritos estatísticos,

aplicações de solução de problemas e outros tipos de aplicações onde

baixa incerteza não é solicitada.

Para o desempenho da Classe A, a variação de tensão não deverá exceder 0,2%

(dois décimos por cento) para mais ou para menos da tensão de alimentação, já para a

Classe B a variação não deverá exceder 1% (um por cento) para mais ou para menos da

tensão de alimentação.

2.2.5 SUSCEPTIBILIDADE DOS APARELHOS

Diz-se que a susceptibilidade é a tendência que um aparelho eletrônico tem para

sentir as influências ou distúrbios. O livro (IEEE 1100-1992, The Emerald Book) diz

que “um componente de estado sólido pode suportar mais que duas vezes a sua tensão

nominal em regime de surto”.

Os dispositivos eletrônicos suportam variações de tensão de acordo com as

normas IEC e IEEE, mas isso implica em uma redução na sua vida útil e quanto mais

um aparelho ou dispositivo eletrônico é submetido a tais eventos maior é a redução da

sua vida útil, e quanto mais severo o evento, maior a chance de ter perdas irreparáveis

no aparelho ou então a redução precoce na vida útil. Um estudo feito pela

CONTINGENCY PLANNING verificou que 87% (oitenta e sete por cento) dos

28

problemas causados nos aparelhos eletrônicos e eletrodomésticos são provocados por

distúrbios elétricos. Nota-se então a importância e impacto que a QEE tem nos

eletrodomésticos.

O bom funcionamento dos aparelhos eletrônicos depende da TRP. Por menor

que seja o aumento ou a queda da tensão, tal evento ocasiona no desligamento imediato

de fontes de alimentação o que provavelmente abrevia a vida útil e desempenho do

aparelho.

Pode-se observar vários problemas que podem ocorrer após um aumento ou uma

queda na TRP:

a) Reinicialização de computadores, controladores e outros dispositivos

microcontrolados;

b) Sobretensão nos aparelhos com circuitos eletrônicos causando queima das

placas, explosão de capacitores por conta da sobrecarga;

c) Perda de dados em dispositivos que armazenam informações, como por

exemplo, memórias;

d) Aquecimento dos condutores;

e) Parada por falta de tensão;

f) Corrompimento de discos rígidos;

g) Falhas geradas em fontes chaveadas.

A mitigação de tais problemas se mostra atraente para os usuários finais e

também para as concessionárias, abaixo pode-se notar os efeitos causados nos aparelhos

eletrônicos por causa de distúrbios no sistema de distribuição.

2.3 VARIAÇÃO DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO

As variações de tensão de curta duração (VTCD) são distúrbios temporários

existentes na rede elétrica. Estes distúrbios são provenientes de alterações no valor

eficaz da tensão fase-fase ou fase-terra em curtos espaços de tempo (PRODIST, 2010).

Na Figura 5 é possível visualizar um exemplo de três eventos de VTCD distorcendo a

senoide de uma residência:

29

Figura 5 Distúrbios catalogados como VTCD (ZIMATH, VIEIRA, 2005)

Observa-se acima um sinal com seu valor eficaz e em seguida há um evento

chamado afundamento ou Sag; a seguir o sinal volta ao seu valor eficaz; então há um

outro evento chamado elevação ou Swell; a seguir o sinal volta ao seu valor eficaz e

então por último há um evento chamado interrupção (OS AUTORES, 2014).

2.3.1 INTRODUÇÃO

Pode-se classificar o VTCD em duas classes, variação momentânea de tensão e

variação temporária de tensão. A variação momentânea de tensão consiste em distúrbios

que duram em um instante de tempo superior ou igual a um ciclo, ou inferior ou igual a

três segundos1 (PRODIST, 2010).

Dentro destas classes existem os eventos elétricos que são:

1.1. Interrupção de tensão:

a) Interrupção momentânea de tensão (IMT);

b) Interrupção temporária de tensão (ITT).

1.2. Afundamento de tensão:

a) Afundamento momentâneo de tensão (AMT);

b) Afundamento temporário de tensão (ATT).

1.3. Elevação de tensão:

1 A duração do evento interrupção de tensão atende somente a condição de inferior ou igual a três segundos.

30

a) Elevação momentânea de tensão (EMT);

b) Elevação temporária de tensão (ETT).

2.3.2 METODOLOGIA DE MEDIÇÃO E ANÁLISE

Os eventos de VTCD são analisados conjuntamente, assim analisando possíveis

eventos entre fases, ou mais comumente entre fase-terra. Um evento de VTCD é

registrado pelo seu tipo de evento, amplitude e duração do evento. Quando ocorrerem

eventos iguais entre fases diferentes, é necessário que os mesmos sejam agregados em

um único evento (PRODIST 2010).

A Figura 6 mostra um evento de um afundamento de tensão temporário (ATT)

monofásico. Já a Figura 7 trata-se de um ATT trifásico, onde a duração do evento deve

conter o período de início na falta da fase A e chega ao seu final com a normalização da

falta na fase C, assim contemplando em um único evento a falta das três fases e também

considerando o valor eficaz de menor valor entre as três faltas, ou seja, a duração do

evento vai ter a duração da união das três fases, e a sua magnitude vai sempre ser a da

falta mais acentuada entre todas as faltas que englobarem ao evento.

Figura 6 Evento de afundamento de tensão temporário monofásico (ZIMATH, VIEIRA, 2005).

31

Figura 7 Evento de afundamento de tensão temporário trifásico (Adaptado de ZIMATH, VIEIRA, 2005).

Analisando o conceito de interrupção de tensão no Brasil, o órgão que define os

parâmetros base para a qualidade do serviço é o ONS (Operador Nacional do Sistema

Elétrico), onde diz que para que seja considerada uma IMT, o seu valor eficaz tem que

ser inferior a 0,1 p.u.2, com uma duração inferior ou igual a três segundos. Já para a

ITT, deve se respeitar a duração superior de três segundos e inferior a três minutos.

Também deve ter uma duração inferior a três minutos, pois um evento com mais de três

minutos não pode ser caracterizado mais como um VTCD (PRODIST, 2010).

As Figuras 8 e 9 mostram exemplos de uma ITT trifásica.

2 Sistema p.u.: É a definição do sistema em valores de base, ou seja, é a razão entre um valor instantâneo por um valor pré-definido (valor de base), assim gerando um valor adimensional para tratamento de dados.

32

Figura 8 Registro de ITT de 0,09 p.u. e 10.2 ciclos (MAIA, 2011).

Figura 9 Registro de ITT de 0 p.u. e 1.731 segundos (MAIA, 2011).

33

2.3.3 AFUNDAMENTO DE TENSÃO

Além das características de Interrupção de Tensão, o ONS também define

parâmetros para Afundamentos de Tensão, que podem ser classificados em

Afundamento Momentâneo de Tensão (AMT) ou Afundamento Temporário de Tensão

(ATT) (PRODIST, 2010).

Um evento classificado como Afundamento Momentâneo de Tensão é o que

possui duração de sua variação igual ou superior a um ciclo (16,67 ms) e inferior ou

igual a três segundos. Também possui sua amplitude de tensão com relação à tensão de

referencia igual ou superior a 0,1 p.u. e inferior a 0,9 p.u.

A seguir são apresentadas três figuras caracterizando eventos de AMT. A Figura

10, mostra um evento que tem duração de 43,2 ciclos (aproximadamente 0,7 segundos)

e amplitude de 0,43 p.u., desta forma é considerado um AMT, pois sua duração é

superior a um ciclo e inferior a três segundos e sua amplitude está entre 0,1 e 0,9 p.u.

A Figura 10, assim como na Figura 11, também mostra um evento classificado

como AMT, pois sua duração é de 1,04 segundos e a sua amplitude é de 0,68 p.u,

estando dentro dos parâmetros de um AMT.

O evento apresentado na Figura 12 tem início em 0,5 segundos e fim em

aproximadamente 0,9 segundos, sendo assim sua duração é de 0,4 segundos e sua

amplitude é de 0,53 p.u., este evento também se classifica como um AMT por estar

dentro dos parâmetros estabelecidos para esta classificação.

Figura 10 Registro de AMT de 0,43 p.u. e 43,2 ciclos (MAIA, 2011).

34

Figura 11 Registro de AMT de 0,68 p.u. e 1,04 segundos (MAIA, 2011).

Figura 12 Registro de AMT de 0,53 p.u. e inferior a 1 segundo (USIDA, 2009).

Já para a classificação de um Afundamento Temporário de Tensão, é necessário

possuir a duração da variação superior a três segundos e inferior a três minutos, bem

como sua amplitude de tensão em relação à tensão de referência superior ou igual a 0,1

p.u. e inferior a 0,9 p.u. (PRODIST, 2010)

2.3.4 ELEVAÇÃO DE TENSÃO

Outro parâmetro, também definido pelo ONS, são as Elevações de Tensão, que

são classificadas em Elevação Momentânea de Tensão (EMT) e Elevação Temporária

de Tensão (ETT), (PRODIST, 2010).

35

Para que seja classificado como um evento de Elevação Momentânea de Tensão,

sua duração da variação deve ser igual ou superior a um ciclo (16,67 ms) e inferior ou

igual a três segundos. A amplitude de tensão com relação à tensão de referência deve ser

superior a 1,1 p.u.. A Figura 13 mostra um evento registrado que tem inicio em 0,5

segundos e fim aproximado em 0,9 segundos, tendo duração total de 0,4 segundos e

amplitude de 1,34 p.u., desta forma este evento é classificado como um EMT, pois tem

duração inferior a três segundos e superior a um ciclo e amplitude superior a 1,1 p.u..

Figura 13 Registro de EMT de 1,34 p.u. e inferior a 1 segundo (USIDA, 2009).

Denomina-se uma Elevação Temporária de Tensão um evento que possui sua

duração de variação superior a três segundos e inferior a três minutos e sua amplitude de

tensão em relação à tensão de referência deve ser superior a 1,1 p.u..

3 METODOLOGIA

Para o desenvolvimento do protótipo do analisador da qualidade da energia

elétrica, foram adquiridos uma série de componentes eletrônicos, tanto de alto padrão,

como commodities3, dadas as necessidades do projeto. A aquisição, bem como as

finalidades, dos componentes para a execução do projeto ocorreram conforme descrito

nessa seção.

3.1 MICROCONTROLADORES E SISTEMAS EMBARCADOS

Um microcontrolador é um circuito integrado que consiste de um

microprocessador interno e demais periféricos necessários para sua operação, tais como:

3 Componentes eletrônicos tais como resistores, capacitores, indutores e transistores de uso geral são considerados commodities, devido à sua larga produção industrial realizada por muitos fabricantes diferentes.

36

memória RAM4, memória flash5, portas de comunicação etc., em um único

encapsulamento. (HEATH, 2003)

Microprocessadores de uso específico estão envolvidos no projeto de sistemas

digitais móveis, como PDAs ou smartphones. Um microprocessador oferece flexibilidade e

aplicabilidade ao sistema. A flexibilidade é porque programas diferentes podem ser

implementados no mesmo hardware. A aplicabilidade é porque integra-se hardware

adicional apenas modificando algumas rotinas no programa da aplicação. (ALBA et al., p.

59-63, 2007).

Um sistema embarcado trata-se de um circuito microprocessador completamente

dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla. Diferentemente de computadores

de uso geral – desktops ou notebooks – um sistema embarcado realiza um conjunto de

tarefas predefinidas, geralmente com requisitos específicos. Uma vez que todo o

circuito tem um único fim pré-determinado, é desenhado visando otimização de

tamanho, recursos de processamento e custo para o produto.

Um sistema embarcado consiste em um sistema baseado em microprocessador construído

para controlar uma função ou um conjunto de funções e não é concebido para ser

programado pelo utilizador final, da mesma maneira como é um PC.6 (Traduzido de

HEATH, 2003, p.2).

Sistemas como tablets e smartphones são considerados sistemas embarcados

pela natureza de seu hardware, apesar de poderem desempenhar grande parte das

funções de um computador de uso geral (desktops e notebooks). O software

desenvolvido para um sistema embarcado é chamado firmware e é normalmente

armazenado em uma memória EEPROM ou memória flash ao invés de um disco rígido.

Também é comum um sistema embarcado operando sem os periféricos convencionais

4 Memória de acesso aleatório (do inglês Random Access Memory, RAM) consiste em um tipo de memória que permite a leitura e a escrita, utilizada como memória primária em sistemas eletrônicos digitais. 5 Memória flash consiste em uma memória de computador do tipo EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory), reconhecida por propiciar que múltiplos endereços sejam apagados ou escritos numa só operação, e preservar o seu conteúdo sem a necessidade de fonte de alimentação. 6 “There are many definitions for this but the best way to define it is to describe it in terms of what is not and with examples. An embedded system is a microprocessor-based system that is built to control a function or range of functions and is not designed to be programmed by the end user in the same way that a PC is”.

37

de um computador de uso geral, tais como teclado e tela, e com pouca memória.

(HEATH, 2003).

Segundo HEATH (2003), a grande diferença comparada com o mercado de

PCs e notebooks, os quais são limitados à somente algumas arquiteturas, é a grande

variedade de arquiteturas sobre as quais os sistemas embarcados são desenvolvidos

normalmente, tais como 8051, Atmel, AVR, Coldfire/68k, FR-V, H8, M32R, MIPS,

PIC, PowerPC, Renesas, SH, V850, x86, Z8 e Z80.

A integração de microcontroladores aumentou ainda mais as aplicações para

sistemas embarcados que são usados em áreas onde tradicionalmente um computador

não teria sido considerado. Também, segundo LEMSTRA et al. (2011), os sistemas

embarcados associados a protocolos de comunicação sem fio, como o Wi-Fi,

possibilitaram um estrondoso aumento no acesso à informação por meio de um

dispositivo móvel pessoal.

Um microcontrolador de uso geral de baixo custo pode muitas vezes ser

programado para desempenhar a mesma função que um grande número de componentes

separados. Embora neste contexto um sistema embarcado é geralmente mais complexo

do que uma solução tradicional, a maior parte da complexidade está contida dentro do

microcontrolador em si. Neste sentido, poucos componentes adicionais podem ser

necessários, e a maior parte do esforço de design está no software. Logo torna-se muito

mais fácil, durante o desenvolvimento, revisar o software conforme necessário em vez

de fazer desgastantes alterações de hardware.

3.1.1 O CORTEX-M4

A família Cortex-M é voltada para desenvolvimentos com tecnologia

embarcada. O Cortex M versão 4 (Cortex-M4) foi eleito para ser o microcontrolador

para processar esse projeto por ser capaz de uma maior quantidade processamento com

menos consumo de energia. Atualmente é o único microcontrolador do mercado a

trabalhar com ponto flutuante7 por hardware em velocidades acima de 100 MHz.

(TEXAS INSTRUMENTS, 2012)

Lançado em 2012, o Cortex-M4 hoje é largamente aplicado em uma grande

variedade de aplicações, tais como controle de processos industriais, dispositivos de

interface humana, instrumentação médica e processamento de sinais (áudio e vídeo).

7 Ponto flutuante (do inglês floating point), ou vírgula flutuante, é um formato de representação digital de números reais, que é usada em computadores.

38

Por conta de nesse projeto ser necessário efetuar operações matemáticas

complexas na ordem de milissegundos - o tempo menor que um ciclo da energia

elétrica, e pelo fato de o Cortex M4 ser um microcontrolador orientado à construção de

interfaces homem-máquina, optou-se por esse microcontrolador para esse

desenvolvimento.

Figura 14 Evolução da família Cortex-M (TEXAS INSTRUMENTS, 2012).

3.1.2 KIT DE DESENVOLVIMENTO STM32F4-DISCOVERY

O kit de desenvolvimento STM32F4-Discovery constitui de uma ferramenta

completa de desenvolvimento para microcontroladores Cortex-M4, incluindo o acesso

físico a todos os seus periféricos adicionais. Os periféricos de relevância para o projeto

compreendem (STMICROELECTRONICS, 2012):

a) Conversor analógico-digital de 12 bits (ADC), periférico responsável por

obter o sinal analógico oriundo dos transformadores de acoplamento e

dos transformadores de corrente e converter em dados de 12 bits, para

fins de processamento digital;

b) Porta de comunicação paralela de 8 bits (SDIO), periférico responsável

por se comunicar em alta velocidade com o display de LCD LMC-

STC2E16 e externalizar as informações relevantes para o usuário;

39

c) Porta USB On-The-Go, periférico responsável por se comunicar com o

flash drive8, onde é armazenada a memória de massa do protótipo.

O núcleo desse kit, que compreende o microcontrolador em si, atua como o

núcleo no circuito, gerenciando todos os demais componentes (transformadores de

corrente, transformadores de acoplamento, display de LCD, flash drive e botões de

interface), bem como processando toda a informação coletada, toda a exibição de dados

em tempo real e a geração do relatório final do analisador.

3.1.3 DISPLAY DE LCD LMC-STC2E16

O display de LCD LMC-STC2E16 constitui uma interface entre o

microcontrolador e o usuário. Por se tratar de um display de 2 linhas e 16 colunas,

totalizando 32 caracteres, onde cada um é formado por uma matriz de pontos de 5 por 8

pixels9, possibilitando ao desenvolvedor maior liberdade para exibir palavras ou

imagens. Neste projeto, sua finalidade é apresentar informações de forma intermitente

ao usuário, sendo elas: corrente e tensão elétrica num mesmo instante, seguido por uma

apresentação do consumo de energia elétrica (UTC TECHNOLOGIES, 2014).

Displays deste modelo são comumente utilizados em equipamentos do

segmento médico-hospitalar, segurança, automação comercial, entre outros. Sua função

é fazer a interface do homem com a máquina.

3.2 PROTÓTIPO

O objetivo do protótipo é comprovar a viabilidade do desenvolvimento de um

analisador da qualidade da energia elétrica de baixo custo para o âmbito residencial.

Para tal, foi utilizado um microcontrolador Cortex-M4 para o processamento de dados,

dois transformadores de acoplamento e dois transformadores de corrente para leitura de

níveis de tensão elétrica e corrente elétrica, respectivamente, um display de LCD para

exibição dos dados em tempo real e um flash drive para armazenamento em massa dos

dados lidos.

8 Flash Drive ou Pen Drive é um dispositivo de armazenamento de dados constituído por memória flash, permitindo a sua conexão com um equipamento através de uma porta USB. 9 Um pixel é o menor ponto que forma uma imagem digital, ao qual é possível atribuir-se uma cor. O conjunto de milhares de píxeis formam uma imagem inteira.

40

Este protótipo consiste basicamente em três circuitos eletrônicos, tais como

listados a seguir:

a) Circuito de medição: com o objetivo de efetuar medições de tensão

elétrica e corrente elétrica das duas fases que alimentam a residência;

b) Circuito de processamento dos dados: com o objetivo de processar toda a

informação coletada, toda a exibição de dados em tempo real e a geração

do relatório final do analisador;

c) Circuito de interface: atuando como interface entre usuário e máquina,

tem o objetivo de exibir as informações dos dados coletados e tratados

em tempo real para o usuário e receber comandos para a exibição dos

mesmos.

A seguir estão detalhadas as características de funcionamento de todos os

componentes, bem como dos circuitos compreendidos pelos mesmos.

3.2.1 CIRCUITO DE MEDIÇÃO

Nesse primeiro circuito, foram utilizados dois transformadores de corrente

(TC) JD51V, da HQSensing. A função de um transformador de corrente é utilizar o

campo elétrico oriundo da corrente elétrica que circula através de seu núcleo para

converter o nível de corrente elétrica em sua entrada em um nível de tensão elétrica em

sua saída. Através desse componente, o conversor analógico-digital (ADC) do Cortex-

M4 é capaz de ler instantaneamente os níveis de corrente elétrica da fase acoplada

àquele TC.

Figura 15 Transformador de corrente JD51V, da HQSensing, e suas características mecânicas

(HQSENSING, 2003).

41

Nesse circuito também foram utilizados dois transformadores de acoplamento

220/110V – 3+3V, fabricados sob medida. A função do transformador de acoplamento é

isolar o circuito a ser medido do circuito de medição e, ao mesmo tempo, através do

Princípio da Indução da Faraday, transformar as tensões elevadas a serem medidas em

tensões compatíveis com o conversor analógico-digital do Cortex-M4.

Esse circuito tem, portanto, a responsabilidade de reproduzir as correntes e

tensões elétricas das fases por meio dos transformadores de corrente e transformadores

de acoplamento. As fases são aplicadas em seu circuito primário, e o sinal com suas

posições vetoriais equivalentes no circuito secundário são enviados para o circuito de

processamento de dados através dos pinos do Discovery-M4 PD8, PD9, PD10 e PB15 –

os quais compreender as entradas analógicas do Cortex-M4.

42

Figura 16 Esquema elétrico do protótipo, evidenciando o esquema de ligação do display. (OS

AUTORES, 2014).

43

Figura 17 Esquema elétrico do protótipo, evidenciando o uso dos transformadores de corrente e

transformadores de acoplamento, bem como os pinos utilizados do Discovery-M4 (OS AUTORES, 2014).

3.2.2 CIRCUITO DE PROCESSAMENTO DE DADOS

Esse circuito compreende o Kit Discovery-M4, e nele está centrado o envio de

todas as informações do circuito de medição. Através do software desenvolvido pelos

integrantes deste trabalho, o Cortex-M4 contido nesse circuito faz todo o tratamento dos

dados e externaliza esses informações em tempo real para o Circuito de Interface e

também gera o relatório final de análise de qualidade da energia elétrica.

Para a comunicação com o display de LCD são utilizados os pinos PE0, PE1,

PE2, PE3, PE4, PE5, PE6, PE7, PE8 e PE9 – o quais compreendem a porta de

comunicação paralela do Cortex-M4 (SDIO) e alguns IOs adicionais requeridos para a

comunicação.

Para comunicação com o flash drive, são utilizados os pinos PA9, PA10, PA11,

PA12 e PD5 – os quais compreendem a porta USB On-The-Go do microcontrolador.

44

Figura 18 Desenho mecânico do Kit Discovery-M4 (STMICROELECTRONICS, 2012).

3.2.3 CIRCUITO DE INTERFACE

No circuito de interface são apresentados todos os dados coletados e tratados

neste protótipo através do display LMC-STC2E16. (OS AUTORES, 2014)

O Circuito de Interface consiste na interligação entre display e Cortex-M4,

responsável por alternar os valores apresentados no display, sendo eles: corrente e

tensão em um mesmo momento, seguido do consumo elétrico em kWh.

45

Figura 19 Visão frontal do display de LCD LMC-STC2E16, ao inicializar (ELECTROSOFTS, 2014).

3.2.4 PINOS E PERIFÉRICOS DO MICROCONTROLADOR

A seguir estão relacionados todos os pinos e periféricos utilizados no Cortex-

M4, bem como suas respectivas funções:

Figura 20 Pinos do Cortex-M4 utilizados no protótipo (Adaptado de STMICROELECTRONICS, 2011).

46

Tabela 10 Pinos e periféricos do Cortex-M4 utilizados no protótipo (OS AUTORES, 2014).

Nº Pino Função Finalidade

23 PA0 SYS_WKUP Reset do protótipo

68 PA9 OTG_FS_VBUS

Porta USB On-The-Go

(comunica-se com o flash

drive)

69 PA10 OTG_FS_ID

70 PA11 OTG_FS_DM

71 PA12 OTG_FS_DP

15 PC0 GPIO_Output

86 PD5 GPIO_Input

26 PE8 SDIO_D8

Porta paralela SDIO

(comunica-se com o

display de LCD)

27 PE9 SDIO_D9

17 PE0 SDIO_D0

18 PE1 SDIO_D1

15 PE2 SDIO_D2

16 PE3 SDIO_D3

Porta paralela SDIO

(comunica-se com o

display de LCD)

13 PE4 SDIO_D4

14 PE5 SDIO_D5

11 PE6 SDIO_D6

25 PE7 SDIO_D7

54 PB15 GPIO_Analog Entradas analógicas

(leitura dos

transformadores)

55 PD8 GPIO_Analog

56 PD9 GPIO_Analog

57 PD10 GPIO_Analog

59 PD12 GPIO_Output

LEDs de sinalização

genérica

60 PD13 GPIO_Output

61 PD14 GPIO_Output

62 PD15 GPIO_Output

3.2.5 FERRAMENTA DE DESENVOLVIMENTO “IAR EMBEDDED

WORKBENCH FOR ARM”

Para compilação do software escrito no microcontrolador Cortex M4, bem

como ambiente de desenvolvimento e ferramenta de depuração10 de linguagem C, foi

utilizado o IAR Embedded Workbench for ARM (EWARM). (IAR, 2014)

Essa ferramenta foi escolhida devido às facilitações que seu ambiente de

desenvolvimento oferece durante os testes de programação. O ambiente permite, além

de compilar o código em Linguagem C e fazer o download no kit STM32F4-Discovery,

10 Depuração é o processo de encontrar e reduzir defeitos num aplicativo de software ou hardware

47

observar todas as variáveis declaradas em tempo real e a colocação de

breakpoints11durante a execução do código.

A Figura 21 mostra um exemplo de execução de código rodando no Cortex M4

enquanto se observa em tempo real o conteúdo das variáveis:

Figura 21 Código rodando no Cortex M4. (IAR, 2014)

3.3 SOFTWARE

O software foi desenvolvido com o objetivo principal analisar a qualidade da

energia elétrica da rede ao qual o protótipo estará acoplado. Esse mesmo software

também tem como objetivo mostrar dados relevantes em tempo real ao usuário, através

do Circuito de Interface, calcular a potencia ativa consumida em tempo real e consolidar

o relatório de análise de qualidade da energia elétrica ao final do período de leituras.

(CREDER, 2007)

11 No desenvolvimento de software, um breakpoint ou ponto de interrupção é um ponto intencional de pausa num programa para fins de depuração. Representa a possibilidade de adquirir conhecimento sobre um programa durante sua execução.

48

Seguindo as normas do PRODIST (2012), o software adquire dados de corrente

e tensão elétrica através do Circuito de Medição. A aquisição é feita através dos

conversores analógico-digitais do Cortex-M4, em uma taxa de amostragem de 0,5

milissegundos. Os dados são armazenados em vetores para posterior análise de VTCD –

realizada a cada 16 milissegundos – e TRP – realizada a cada um segundo. Os

resultados estatísticos dessa análise são consolidados em pacotes de 10 minutos, e esse

procedimento se repete 1008, totalizando uma semana consecutiva de leituras e análises.

3.3.1 CÁLCULO DE VTCD

O cálculo de VTCD é acionado através da interrupção TIM112, que é executada

a cada 16 milissegundos. Esse é o tempo mais curto exigido pelo PRODIST para a

detecção de um evento de VTCD. Durante a execução dessa interrupção, é calculada a

raiz média quadrática (RMS) das 32 últimas leituras adquiridas pelo conversor

analógico-digital (AD) do Cortex M4. O cálculo do valor RMS é realizado de acordo

com a fórmula a seguir:

�� ! = " 132 � ��#$

�%$&'(

Onde:

V: valor da amostra obtida (em volt);

n: contagem da última amostra adquirida.

A partir da tensão RMS obtida, o software é capaz de avaliar se houve um

evento no ciclo analisado e utilizar essa informação para compor o relatório de VTCDs.

Essa análise é feita constantemente durante toda a operação do analisador.

12 TIM1: interrupção do temporizador 1. Esse temporizador foi configurado para interromper a rotina principal a cada 0,5 milissegundo.

49

3.3.2 CÁLCULO DE TRP

O cálculo de TRP é acionado através da interrupção TIM213, que é executada a

cada um segundo. Através dessa interrupção é calculada a raiz média quadrática (RMS)

de 2000 leituras adquiridas naquele segundo pelo conversor analógico-digital (AD) do

Cortex M4. O cálculo do valor RMS é realizado de acordo com a fórmula a seguir: (OS

AUTORES, 2014)

�� = " 12000 � V*##+++*%(

Onde:

V: valor da amostra de tensão obtida (em volt);

A partir da tensão RMS obtida, o software é capaz de avaliar em que regime de

tensão permanente a rede se encontra e utilizar essa informação para compor o relatório

de TRP. Essa análise é feita constantemente durante toda a operação do analisador.

3.3.3 CÁLCULO DE POTÊNCIA ATIVA

A potência ativa consumida pela residência é obtida através média aritmética

do produto das leituras de corrente e tensão instantâneas obtidas pelo Cortex M4. A

mesma interrupção TIM2, que é utilizada para o cálculo de TRP, é utilizada para o

cálculo da potência ativa. Esse cálculo é feito de acordo com a fórmula a seguir:

� = 12000 � V*. ,�#+++*%(

Onde:

V: valor da amostra de tensão obtida (em volt);

I: valor da amostra de corrente obtida (em ampère);

13 TIM2: interrupção do temporizador 2. Esse temporizador foi configurado para interromper a rotina principal a cada um segundo.

50

3.3.4 DADOS DISPONIBILIZADOS AO USUÁRIO

A interrupção TIM2 também é responsável por atualizar os dados exibidos pelo

display do Circuito de Interface. Nesse display são exibidos – a cada um segundo – os

níveis de tensão fase-fase e os níveis de corrente elétrica medidos pelo analisador. Em

outra tela também é exibido o consumo energético medido. Essa funcionalidade tem o

objetivo de permitir o analisador atuar também como wattímetro, substituindo assim o

wattímetro convencional existente hoje nas residências. O cálculo de consumo

energético exibido pelo Circuito de Interface é dado pela fórmula a seguir: (OS

AUTORES, 2014)

-./0.1 =-.$/2��3� + �3,6. 107

Onde:

P: potência ativa instantânea (em watt);

Eanterior: último valor de energia (em quilowatt-hora).

A fórmula consiste em representar a energia medida atualmente. A potência

ativa instantânea é dividida pela constante 3,6 x 106, que representa a conversão de W

para kWh sendo que este valor é cálculo de 3600 segundos que representa uma hora.

Com a soma do valor de potência ativa convertido para kWh somado com o valor de

energia anterior, temos a atualização do valor de energia medido.

O fluxograma preliminar de como o software atua, em termos dos periféricos

do Cortex-M4 e de linguagem C está apresentado no Anexo E.

3.4 TESTE DE MEDIÇÕES BÁSICAS

Os testes foram realizados para verificar se as funções do analisador de

qualidade da energia elétrica estão sendo executadas com precisão e corretamente. (OS

AUTORES, 2014)

Para a realização do teste foi utilizada uma mala de testes da empresa Omicron

modelo CMC356, e CMC256. Este equipamento foi escolhido para a realização do

processo de calibração e testes do analisador de qualidade devido à alta precisão e

confiabilidade de mercado, sendo que esta mala de testes é utilizada para calibração e

51

testes de equipamentos de análise de qualidade da energia elétrica e medidores das

principais empresas que atuam no mercado brasileiro. A Figura 21 representa a mala de

testes utilizada durante o ensaio. Para mais informações sobre a mala de testes CMC

vide Anexo G onde está localizado o datasheet do equipamento.

Figura 22 Ilustração da mala de testes CMC 356 (OMICRON, 2014)

3.4.1 CALIBRAÇÃO

Antes de começar o teste de medições e análise de eventos é necessário calibrar

o analisador de qualidade da energia elétrica. O processo de calibração foi realizado

com o objetivo de verificar se as grandezas medidas estão de acordo com o sinal

injetado pela fonte CMC356. (OS AUTORES, 2014)

Primeiramente foram calibradas as entradas de tensão, onde inicialmente foram

calibradas as entradas de tensão pelos trimpots VA e VB (Figura 23) com uma tensão

fase-neutro de 115,0V, em seguida, a tensão injetada no analisador foi reduzida para

60,0V e por fim, a tensão foi reduzida a 0V. Os valores de tensão foram programados

através do software Test Universe (Figura 23) da Omicron, sendo que em seu módulo

Quick CMC os valores foram estipulados de acordo com a Figura 24.

52

Figura 23 Trimpots de calibração das fases VA e VB (OS AUTORES, 2014)

Figura 24 Software Test Universe. (OS AUTORES, 2014)

53

Figura 25 Tela do módulo Quick CMC (OS AUTORES, 2014)

Com as entradas de tensão calibradas, o segundo passo foi calibrar as entradas

de corrente. Com os cabos saindo da entrada de corrente da mala de testes e passando

por dentro do transformador de corrente do analisador de qualidade, através do campo

elétrico gerado pelo cabo de corrente, foi possível coletar os valores de corrente, assim

ajustando os trimpots IA e IB segundo a Figura 26.

Figura 26 Trimpots de calibração IA e IB (OS AUTORES, 2014)

54

Para calibrar as entradas de corrente, no Quick CMC, foi inserido um valor de

30,0 A, após ajustar os trimpots de calibração, a corrente foi reajustada para 10,0 A e

por fim em 0,0 A, sempre para cada nível de corrente foi verificado se as medições de

correntes respeitavam ao percentual de erro definido pelo PRODIST. (OS AUTORES,

2014)

Após a calibração dos trimpots o analisador de qualidade da energia elétrica

apresentou linearidade das medições de tensão e corrente em relação aos valores

estipulados pela mala de testes, operando dentro do programado de 1% de percentual de

erro nas suas leituras, assim o tornando apto a medição de energia e a análises de

qualidade da energia elétrica.

3.4.2 TESTE MEDIÇÕES BASICAS

Este teste teve como objetivo verificar se o analisador de qualidade da energia

elétrica residencial está realizando as medidas de tensão, corrente e potência elétrica

corretamente. Este teste será realizado com uma mala de testes Omicron com o módulo

Quick CMC.

Com a inserção das tensões em modo progressivo será analisado a divergência

do sinal medido em relação ao valor fornecido pela fonte, assim verificando a

porcentagem de erro durante o processo de medição que de acordo com o PRODIST

será de 1%.

Levando em consideração que na maioria dos casos as residências recebem

uma tensão entre fases de 230,0V na entrada das suas casas, então foi utilizado uma

tensão base de 115V entre fase e neutro.

A Tabela 11 mostra a as tensões utilizadas para o teste de medição de tensão.

Tabela 11 Resultados dos testes de medições básicas de tensão (OS AUTORES, 2014).

Percentual da tensão de

referencia%

Tensão inserida

(V)

0 0,0 20 46,0 40 92,0 60 138,0 80 184,0

100 230,0

55

Para os níveis de corrente serão adotados os valores contidos conforme Tabela

12, onde temos a corrente fornecida pela mala de testes. (OS AUTORES, 2014)

Tabela 12 Níveis de corrente inserida e medida durante os testes básicos de medição (OS AUTORES, 2014).

Corrente inserida

(A)

0,00 1,00 5,00

10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

Para o teste de medição de potência, valores de potência foram gerados pela

mala de teste, e através de cálculos matemáticos que têm como base valores de tensão e

corrente, apresentados na Tabela 13:

Tabela 13 Valores de potência inseridos e medidos durante o teste básico de medição (OS AUTORES, 2014).

Potência inserida

(W)

0 127 254 381 508 635

56

3.4.3 TESTE TRP

Para o teste de TRP foi utilizado o módulo State Sequencer para operar a

Omicron. Este módulo é possível programar em blocos a sequência de tensão e corrente

em intervalos de tempo definidos para teste. Foi utilizado para este teste uma fonte

CMC 256 devidamente certificada de acordo com o Anexo H.(OS AUTORES, 2014)

O teste consistiu em simular os regimes adequado, crítico e precário de uma

instalação elétrica com uma tensão base de 115,0V entre os condutores fase e neutro.

Primeiramente foi inserida uma tensão de 115,0V nas fases A e B por um período de

10,00s.

No segundo estágio, foi inserida uma tensão de 107,0V na fase A e mantida a

tensão em regime adequado na fase B, assim entrando em um regime precário de tensão

por um intervalo de tempo de 5,00s. Ao término do segundo estágio, se inicia o terceiro,

onde voltamos ao regime adequado de tensão (115,0V fases A e B) por 5,00s.

O quarto estágio foi simulado o regime de tensão crítico, onde a tensão na fase

A foi mantida em 115,0V e para a fase B foi inserida uma tensão de 90,0V por um

período de 5,00s.

Por fim o teste é finalizado com a volta ao regime adequado de tensão, com as

fases A e B com uma tensão de 115,0V. A Figura 27 ilustra o aplicativo State

Sequencer, com o teste de TRP em evidência que foi executado no laboratório de testes

da empresa Schneider Electric.

Figura 27 Teste de TRP realizado no laboratório da empresa Schneider Electric. (OS

AUTORES, 2014)

57

3.4.4 TESTE DE VTCD

Para o teste de VTCD também foi utilizada a mala de testes Omicron CMC 256

juntamente com o módulo State Sequencer de acordo com o teste de TRP. Este teste foi

realizado no laboratório de testes da empresa Schneider Electric. (OS AUTORES, 2014)

O teste consistiu em gerar eventos de tensão devidamente programados e

verificar se o analisador de qualidade da energia elétrica foi capaz de identificar estes

eventos de tensão.

Para testar toda a variedade de eventos de VTCD que é possível ser analisado,

foi necessário ser inserido 10 blocos de programação. A Tabela 14 mostra a seqüência

de programação feita para a realização do teste, e a Figura 28 representa a programação

dos eventos de VTCD no State Sequencer.

Primeiramente o teste foi iniciado com o valor de referência de tensão (100,0V),

e em sequência foi gerado eventos de VTCD e sempre em seguida do evento a mala de

testes estabiliza novamente a tensão ao seu valor de referência para assim, gerar um

novo evento.

Os eventos gerados durante o teste foram:

• Um AMT na fase A por um período de 500,0ms;

• Uma ETT na fase B por um período de 5,000s;

• Uma EMT na fase A e B por um período de 2,000s;

• Um ATT começando na fase A e finalizando na fase B com um período

de 4,000s.

Tabela 14 Tabela de eventos do teste de VTCD (OS AUTORES, 2014)

Variação de Tensão de Curta Duração

VTCD

Duração Fase A Fase B Evento

15,00s 100,0V 100,0V NORMAL

500,0ms 80,00V 100,0V AMT

15,00s 100,0V 100,0V NORMAL

5,000s 100,0V 115,0V ETT

15,00s 100,0V 100,0V NORMAL

2,000s 115,0V 115,0V EMT

10,00s 100,0V 100,0V NORMAL

2,000s 80,00V 100,0V ATT

2,000s 100,0V 80,00V ATT

15,00s 100,0V 100,0V NORMAL

58

Figura 28 Teste de VTCD realizado no laboratório da empresa Schneider Electric. (OS

AUTORES, 2014)

4 RESULTADOS

Com base nos testes realizados no laboratório da empresa Schneider Electric

descrito na Seção 3.4, foi possível analisar os dados gerados do analisador de qualidade

da energia elétrica a partir de sinais gerados por uma mala de testes certificada, onde foi

possível chegar a conclusões em relação à efetividade dos testes realizados. (OS

AUTORES, 2014)

4.1 MEDIÇÕES BÁSICAS

Foi possível verificar que o analisador de qualidade da energia elétrica atende as

expectativas do PRODIST. De acordo com os valores gerados através da mala de testes

Omicron e o software Quick CMC, as leituras de tensão, corrente e potência foram

obtidas com uma porcentagem de erro inferior a 1% de acordo com as tabelas 15,16 e

17, juntamente com os gráficos 1, 2 e 3.

59

Tabela 15 Resultados do teste de medição de tensão (OS AUTORES, 2014).

Percentual da tensão de

referencia%

Tensão inserida

(V)

Tensão medida

(V) % Erro

0 0,0 0,0 0,000% 20 46,0 46,4 0,870% 40 92,0 92,5 0,543% 60 138,0 138,5 0,362% 80 184,0 183,7 0,163% 100 230,0 230,3 0,130%

Gráfico 1 - Percentual de erro do teste de medição de tensão (OS AUTORES, 2014)

Tabela 16 Resultados do teste de medição de corrente (OS AUTORES, 2014).

Corrente inserida

(A)

Corrente medida

(A) % Erro

0,00 0 0,00% 1,00 1,01 0,70% 5,00 5,027 0,54%

10,00 9,961 0,39% 15,00 15,04 0,27% 20,00 20,09 0,45% 25,00 25,18 0,72% 30,00 30,26 0,87%

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 46 92 138 184 230

%

Tensão (V)

% Erro

% Erro

60

Gráfico 2 - Percentual de erro do teste de medição de corrente (OS AUTORES, 2014)

Tabela 17 Resultados do teste de medição potência (OS AUTORES, 2014).

Potência inserida

(W)

Potência medida

(W) % Erro

0 0 0,00% 127 125,9 0,87% 254 253,6 0,16% 381 380 0,26% 508 509,8 0,35% 635 638,9 0,61%

Gráfico 3 - Percentual de erro do teste de medição de potência (OS AUTORES, 2014)

0,00%

0,10%

0,20%

0,30%

0,40%

0,50%

0,60%

0,70%

0,80%

0,90%

1,00%

0 1 5 10 15 20 25 30

%

Corrente (A)

% Erro

% Erro

0,00%

0,10%

0,20%

0,30%

0,40%

0,50%

0,60%

0,70%

0,80%

0,90%

1,00%

0 127 254 381 508 635

%

Potência (W)

% Erro

% Erro

61

De acordo com os percentuais de erros inferiores a 1% apresentados nas tabelas

15,16 e 17 foi possível afirmar que a seqüência de testes para aprovação das ferramentas

de análise de qualidade da energia elétrica podem ser realizadas, pois as medições

atendem as exigências do PRODIST. (OS AUTORES, 2014)

4.2 TRP

Após o final do ensaio de TRP, foi analisado pelo depurador IAR que o

analisador de qualidade da energia elétrica conseguiu com precisão detectar os regimes

de operação impostos pela mala de testes CMC 256. Foi registrado via log um TRP em

regime precários por 5,00 s e por outros 5,00 s medições em um regime crítico de

tensão, sendo que entre estes blocos de eventos gerados pela mala de testes, foi

detectada a operação em regime adequado de acordo como programado anteriormente.

Assim, o analisador de qualidade da energia elétrica se mostrou eficiente em

relação a registros de TRP, identificando corretamente o regime de operação de cada

regime de tensão de acordo com o PRODIST.

4.3 VTCD

Conforme a seqüência programada no módulo State Sequencer, foram gerados

eventos de VTCD previstos no PRODIST, juntamente com o conceito de agregação

de tensão previsto na norma.

De acordo com a Tabela 14, o analisador de qualidade da energia elétrica

conseguiu com êxito identificar um AMT na fase A com uma duração de 500,0 ms,

um a ETT na fase B com uma duração de 5,00 s, uma EMT na fase B com duração

de 2,000 s. (OS AUTORES, 2014)

Estes três eventos comprovam que é possível identificar tais eventos de tensão

em cada uma das fases isoladamente com precisão de tempo e valor de tensão, assim

como também é possível identificar o tipo de evento que está ocorrendo no

determinado momento.

Já o último evento de um ATT que começa na fase A com um período de 2,000 s

e se estende na fase B por mais um período de 2 segundos, é possível comprovar a

62

parte da norma que nos diz sobre a agregação de tensão, que o evento começa em

uma fase e termina em outra sem que a tensão volte a sua normalidade, assim

unindo estes dois eventos em um único evento.

De acordo com o conteúdo discutido acima, o analisador de qualidade da energia

elétrica está apto para identificar eventos de VTCD, devido a atender os requisitos

que a norma exige referente à metodologia de identificação de eventos.

63

5 CONCLUSÕES

De acordo com a proposta deste trabalho de conclusão de curso, o analisador de

qualidade da energia elétrica tem como objetivo proporcionar a concessionária de

energia e para o os clientes residenciais uma proposta de modernização no processo de

fornecimento da energia com um baixo custo em relação ao tipo de equipamento de

medição utilizado na atualidade.

De acordo com os dados obtidos com a empresa Nansen, foi possível comprovar

que o analisador de qualidade da energia elétrica em relação ao medidor

eletromecânico, teve uma redução de custo de 20,19% em seu valor o tornando em

termos de custo competitivo com o mercado. Onde por meio de cotação Anexo J o custo

de um medidor eletromecânico é de R$260,82 enquanto o custo para a confecção de

uma unidade do analisador de qualidade da energia elétrica foi de R$208,15 de acordo

com o anexo I. Também levando em consideração que este valor ainda pode ser

reduzido devido ao fato que quando um produto é fabricado em grandes escalas, o custo

dos materiais tem um valor ainda mais reduzido em relação à compra de componentes

na forma de varejo.

Do ponto de vista construtivo, o analisador de qualidade da energia elétrica se

destaca em relação à melhoria da exibição dos dados de leitura instantâneas, onde

através do seu display digital proporciona uma maior facilidade de leitura de dados,

mostrando de forma mais clara o consumo da energia elétrica, também como valores de

corrente e tensão momentânea que o medidor eletromecânico não é capaz de fornecer

estes dados. Também como é evitado um maior número de conexões entre a rede e o

QGF da residência pelo fato dos transformadores de corrente ser do tipo janela, assim

passando por dentro do TC e sendo conectado diretamente ao disjuntor de proteção da

entrada da residência.

Já no ponto prático, foi possível comprovar que a metodologia do algoritmo

desenvolvido pelo grupo juntamente com o protótipo está de acordo com a norma do

PRODIST, onde em testes feitos em laboratório comprovam que as grandezas básicas

(tensão e corrente) foram medidas corretamente e via firmware o cálculo de potência

elétrica também obteve resultados satisfatórios.

Na parte de análise de qualidade da energia elétrica os testes também foram

satisfatórios, onde foi possível atender as exigências do PRODIST tanto atendendo a

porcentagem de erro estabelecida pela norma, quanto à metodologia de análise de

64

regimes de operação e eventos de acordo com a seção 3.4 (testes). Os resultados são

discutidos e comprovados na seção 4 (resultados), comprovando o seu correto

funcionamento.

Para exibição dos dados de análise de qualidade da energia elétrica, são

emitidos dois relatórios via USB, um com foco ao cliente residencial e um para a

concessionária de energia,

O relatório para o cliente residencial consiste em exibir como está

comportamento da tensão em sua residência por um período de 1008 leituras (sete dias),

exibindo graficamente o regime de tensão de operação e registros da quantidade de

eventos durante o período de medição de uma maneira clara para análises breves da

energia fornecida pela concessionária de acordo com o anexo L.

Já o relatório voltado à concessionária de energia, foca em mostrar

detalhadamente os registros de VTCD e TRP. Onde é possível fazer uma análise

detalhada referente ao fornecimento de energia Anexo L. Com o objetivo de fornecer

dados para estudos de caso, com estes relatórios é possível auxiliar em possíveis

problemas no fornecimento de energia, ou até mesmo prevenir possíveis falhas futuras

na rede e evitar transtornos, podendo melhorar a sua imagem perante aos seus clientes.

Então, o analisador de qualidade da energia elétrica é um equipamento que

pode ser vantajoso para o cliente final, possibilitando uma maior visão sobre a

qualidade da energia fornecida. Para a concessionária de energia, suas aplicações são

maiores, pois além da modernização dos seus equipamentos de medição, é possível ter

um maior controle sobre o fornecimento da energia elétrica, assim como também ter

uma prevenção de possíveis falhas na rede através dos relatórios de eventos gerado.

5.1 TRABALHOS FUTUROS

Propõe-se para os trabalhos futuros a inclusão do sistema de comunicação

Bluetooth. Obtendo assim de uma forma mais prática os dados armazenados pelo

analisador por um técnico de leitura ou profissional da concessionária. (OS AUTORES,

2014)

O sistema de comunicação Bluetooth é seguro do ponto de vista da propagação

do sinal. Sabe-se que para emparelhar os dispositivos via Bluetooth, o alcance não é

65

alto, o que para este tipo de comunicação é excelente, visto que o técnico de leitura

encontra-se próximo ao analisador no momento da aquisição dos dados.

Para que seja possível fazer o emparelhamento entre o dispositivo de leitura do

técnico e o analisador, é necessário a criação de um protocolo de comunicação que será

gerenciado pela concessionária de energia, caso o cliente deseje obter o relatório de

medição, deverá entrar em contato com a mesma. Dessa forma, observa-se um sistema

de comunicação com segurança e confiabilidade.

A conexão entre o analisador e o dispositivo de comunicação da concessionária

via Bluetooth é determinante para que se tenha maior facilidade no serviço de medição

da concessionária de energia e eliminando a possibilidade da não realização da leitura

da medição do cliente.

Propõe-se também incluir a detecção de harmônicos para o ambiente residencial.

O módulo 8 do PRODIST da ANEEL define os eventos da qualidade da energia elétrica

que podem ser considerados e estudados no sistema de distribuição.

No módulo 8 do PRODIST, encontra-se toda a metodologia de medição, valores

de referência e terminologia necessários para o estudo e desenvolvimento da

identificação de harmônicos no ambiente residencial.

Embora os harmônicos ocorram no setor residencial gerem danos ao sistema

em escala menor comparado às indústrias é interessante estudá-lo para identificar

problemas decorrentes no sistema de distribuição de energia. Ao estudar os harmônicos

de um sistema através da entrada de uma residência, é possível desenvolver uma

metodologia de análise para otimizar e alcançar cada vez mais um sistema de

distribuição de alto desempenho, qualidade e confiabilidade.

66

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TEXAS INSTRUMENTS, Overview for ARM Cortex-M4 Core , 2012. Disponível em http://www.ti.com/lsds/ti/arm/arm_cortex_m_microcontrollers/arm_cortex_m4/overview.page (Acessado em 06/04/2014).

USIDA, W. F., et al, Análise qualitativa no monitoramento automático dos eventos de tensão de curta duração, Pesquisa da Escola de Engenharia São Carlos - USP p. 10-115, São Carlos, 2009

UTC TECHNOLOGY, Dislay LMCS2E16, Disponivel em: http://www.uniworldtech.com/index.asp (Acessado em 08/11/2014)

ZIMATH, S., VIEIRA G., IEC 61000-4-30 A norma definitiva para medição de parâmetros de qualidade - Apresentação de treinamento da Empresa Reason, slide 7, 2005.

7 ANEXOS

A. PRODIST

Dividido em 9 módulos, o PRODIST tem como principal função determinar os

padrões e normas dos aspectos técnicos no que diz respeito ao desempenho e

funcionamento dos sistemas de distribuição de energia elétrica (PRODIST, 2010).

Os nove módulos do PRODIST são:

• Módulo 1: Introdução

o Neste módulo são definidos os propósitos gerais e a aplicabilidade dos

módulos que integram o PRODIST.

• Módulo 2: Planejamento da Expansão do Sistema de Distribuição

o Este módulo define as diretrizes para o planejamento da expansão do

sistema de distribuição da energia elétrica, estabelece os requisitos de

informações necessárias para os estudos de planejamento do sistema de

distribuição, define os critérios para troca de informações entre os

agentes envolvidos no planejamento do sistema e também subsidia os

estudos da ANEEL para definição de regulamentos específicos.

• Módulo 3: Acesso ao Sistema de Distribuição

o Estabelece as condições de acesso, conexão e uso do sistema de

distribuição e também define critérios técnicos e operacionais, requisitos

de projeto, dentre outros aspectos aplicados aos novos e existentes do

sistema de distribuição de energia elétrica.

• Módulo 4: Procedimentos Operativos do Sistema de Distribuição

o Neste modulo são estabelecidos os procedimentos de operação do

sistema de distribuição de energia elétrica para distribuidoras e demais

agentes, além de estabelecer procedimentos para o relacionamento entre

os centros de operação das distribuidoras, transmissoras e demais órgãos

de operação e também define os recursos para comunicação tanto de voz

quanto de dados entre os órgãos de operação dos agentes envolvidos.

• Módulo 5: Sistemas de Medição

o Estabelece os requisitos para medição de grandezas elétricas do sistema

de distribuição de energia elétrica. Os procedimentos para manutenção e

instalação do sistema de medição nos padrões necessários e verifica que

as disposições estão de acordo com as legislações vigentes, exigências do

INMETRO e normas técnicas da ABNT.

• Módulo 6: Informações Requeridas e Obrigações

o Este módulo detalha a forma que as informações serão trocadas entre

distribuidoras, acessantes, demais agentes e entidades do setor elétrico.

• Módulo 7: Cálculo de Perdas na Distribuição

o Estabelece a metodologia e procedimentos para obtenção dos dados para

apuração das perdas no sistema de distribuição de energia elétrica, bem

como define os indicadores e estabelece a metodologia para avaliação e

apuração das perdas no sistema de distribuição de energia elétrica.

• Módulo 8: Qualidade da Energia Elétrica

o O módulo de Qualidade da Energia Elétrica – QEE - traz os

procedimentos para os parâmetros de QEE que deve ser fornecida pelas

distribuidoras, contemplando também a qualidade do serviço prestado e

do produto fornecido.

o No aspecto de qualidade do produto, o módulo 8 determina a

nomenclatura, bem como as características dos fenômenos, parâmetros e

valores com relação à TRP – Tensão em Regime Permanente e

interferências nas ondas de tensão, gerando assim métodos que permitem

a criação de padrões para a QEE.

o Quanto à qualidade dos serviços prestados, o modulo define as rotinas,

padrões e responsabilidades para verificação dos indicadores de

continuidade do fornecimento, bem como atendimentos realizados em

caráter emergencial.

• Módulo 9: Ressarcimento de Danos Elétricos

o Este módulo estabelece os procedimentos que devem ser observados

pelas distribuidoras para análise de processos de ressarcimento de danos

elétricos.

Além dos módulos anteriormente citados, o PRODIST ainda possui a Cartilha de

Acesso ao Sistema de Distribuição que apresenta conceitos básicos em forma de

perguntas e respostas relacionados ao processo de acesso ao sistema de distribuição de

energia elétrica.

Neste trabalho, foi abordado somente o Módulo 8 – Qualidade da Energia

Elétrica – pois é o módulo que se aplica diretamente ao Analisador de Qualidade da

Energia Elétrica.

OBJETIVOS DO PRODIST

O PRODIST foi criado com objetivo de regulamentar o relacionamento e

atividades do aspecto técnico entre agentes do setor elétrico e as distribuidoras, também

chamadas de concessionárias ou permissionárias de energia, incluindo todas as linhas de

transmissão alimentadas com tensão inferior a 230 kV (PRODIST, 2010).

Conforme cita o Módulo I, Revisão 6 do PRODIST, os principais objetivos são:

• Garantir que os sistemas de distribuição operem com segurança, eficiência,

qualidade e confiabilidade;

• Propiciar o acesso aos sistemas de distribuição, assegurando tratamento não

discriminatório entre agentes;

• Disciplinar os procedimentos técnicos para as atividades relacionadas ao

planejamento da expansão, à operação dos sistemas de distribuição, à

medição e à qualidade da energia elétrica;

• Estabelecer requisitos mínimos para a troca de informações entre os agentes

do setor elétrico (geradores, distribuidores, consumidores.);

• Assegurar o fluxo de informações adequadas à ANEEL;

• Disciplinar os requisitos técnicos na interface com a Rede Básica,

complementando de forma harmônica os Procedimentos de Rede.

MÓDULO 8

O Módulo 8 do PRODIST trata de Qualidade da Energia Elétrica, estabelecendo

todos os procedimentos relacionados ao aspecto Qualidade da Energia elétrica (QEE),

tratando também sobre qualidade do produto e do serviço prestado (PRODIST, 2010).

No parâmetro de qualidade do produto, o Módulo 8 do PRODIST define

principalmente parâmetros, valores de referencia relacionados à conformidade de tensão

em regime permanente, possibilitando a ANEEL fixar padrões para indicadores de

Qualidades da Energia Elétrica (PRODIST 2010).

Quanto ao parâmetro de qualidade de serviço prestado, o Módulo 8 estabelece

toda a metodologia para apurar os indicadores de continuidade e também tempo de

atendimento às ocorrências, definindo os padrões e delegando responsabilidades.

O Módulo 8 teve sua primeira versão publicada em 31/12/2008 e até a presente

data passou por 4 revisões, além das 4 revisões já publicadas, já está prevista a 5ª

revisão com início da vigência para 01/01/2015.

O Módulo 8 é composto de 4 seções:

• Introdução;

• Qualidade do Produto;

• Qualidade do Serviço;

• Disposições Transitórias;

A seguir é abordado os assuntos inseridos em cada seção, excetuando a seção de

“Disposições Transitórias”, pois seu conteúdo não se aplica a este Trabalho de

Conclusão de Curso.

ABRANGÊNCIA DO PRODIST

O PRODIST foi desenvolvido pela ANEEL e tem impacto em todos os âmbitos

dos sistemas de energia elétrica:

• Consumidores;

• Geradores de Energia;

• Concessionárias de Energia;

• Importadores e exportadores de energia elétrica;

• Transmissoras de Energia;

• ONS – Operador Nacional do Sistema.

Neste Trabalho de Conclusão de Curso, o PRODIST será abordado de forma

voltada às atribuições dos Consumidores de Energia e Distribuidoras de Energia, pois o

Analisador de Qualidade da Energia Elétrica têm sua aplicação voltada a estas

categorias (PRODIST, 2010).

QUALIDADE DO PRODUTO

Esta seção que trata sobre “Qualidade do Produto” demonstra as características

dos fenômenos relacionados à QEE e também estabelece os critérios necessários para

amostragens, valores de referencia e demais procedimentos relacionados à qualidade do

produto, neste caso, a Energia Elétrica (PRODIST, 2010).

Para que seja possível analisar a Qualidade da Energia Elétrica em Regime

Permanente ou Transitório é necessário observar:

1. Tensão em Regime Permanente;

2. Fator de Potência;

3. Harmônicos;

4. Desequilíbrio de Tensão;

5. Flutuação de Tensão;

6. Variações de Tensão de Curta Duração;

7. Variação de Freqüência.

Os Desequilíbrios de Tensão são diferenças de potencial entre as fases de

distribuição da rede elétrica e podem ocorrer em sistemas trifásicos.

Harmônicos são distúrbios causados por cargas indutivas ou capacitivas, que são

cargas que alteram as ondas de corrente e tensão elétrica com relação ao valor da

freqüência fundamental da rede.

Já o Fator de Potência é a relação entre a potência ativa em Watts e a potência

total do sistema expressa em volt-ampère.

Em ambientes residenciais normalmente não são utilizados muitos dispositivos

capacitivos ou indutivos que possam criar uma diferença de fase significativa entre as

ondas de tensão e corrente e residências são alimentadas com sistemas elétricos

bifásicos e não trifásicos que normalmente são utilizados em indústrias. Como este

analisador de qualidade da energia elétrica tem foco ao consumidor residencial, não

serão considerados os parâmetros de Desequilíbrios de Tensão, Harmônicos e Fator de

Potência para este Trabalho de Conclusão de Curso.

QUALIDADE DO SERVIÇO

Esta seção estabelece os procedimentos referentes à qualidade do serviço

prestado pelas transmissoras aos consumidores e distribuidoras e também define

indicadores e padrões de qualidade de serviço, sendo:

• Acompanhar e controlar o desempenho do serviço prestado pelas

distribuidoras e transmissoras de energia elétrica;

• Subsidiar tecnicamente planos de reforma da rede elétrica, melhoramento e

expansão da infraestrutura das distribuidoras com a finalidade de obter um

sistema elétrico estável e com alta confiabilidade;

Oferecer aos consumidores parâmetros para que através destes, possam ser

analisados os serviços prestados pelas concessionárias de energia, fazendo com que o

atendimento e serviço prestado seja de qualidade e satisfatório (PRODIST, 2010).

B. DATASHEET DISPLAY LMC-S2E16

C. DATASHEET TC JD51V

D. DATASHEET LM7805

E. FLUXOGRAMA DO PROJETO

Rotinas de inicialização

Inicializar periféricos internos:

1. GPIO

a. SDIO

b. A/D

2. OTG

3. TIMs

a. TIM1 (500 μs)

b. TIM2 (16 ms)

c. TIM3 (1 s)

d. TIM4 (600 s)

Inicializar periféricos externos:

1. Display

Inicializar display (SDIO)

Se não conectado

(retorna erro)

Inicializar periféricos externos:

2. Pendrive

Inicializar display (SDIO)

Rotina principal

Se não conectado:

(solicita pendrive) V

F

V

F

Rotina principal

1. Inicia análise

Encerra

1. Consolida relatório

2. Gera histograma

Encerra

Dezena de minuto

Em análise

TIM4, ao estourar

1.200.000 (10 min)

1008 ciclos

1. Consolida pacote

V

F

V

F

V

F

V

F

Interrupções

1. INT1:

(a interrupção ocorre a cada

500 μs)

1. Leitura do AD de cada fase, tensão e corrente;

2. Conta se a leitura é uma potência instantânea

ativa ou reativa;

2. INT2:

TIM2, ao estourar 32


16 ms)

1. Calcula a tensão RMS do último ciclo, para casa

fase;

3. INT3:

TIM3, ao estourar 2.000


01 s)

1. Calcula a tensão e a corrente RMS do último

segundo, para casa fase;

2. Calcula o fator de potência do último segundo;

3. Avalia VTCD;

4. Avalia TRP;

1. Atualiza display 4. INT4:

I/Os do display

Avalia VTCD

Vciclo < 10%

10% < Vciclo < 90%

110% < Vciclo

Vsegundo < 10%

10% < Vsegundo < 90%

110% < Vsegundo

Retorna

Interrupção momentânea

Afundamento momentâneo

Elevação momentânea

Interrupção temporária

Afundamento temporário

Elevação temporária

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

V

F

Avalia TRP

V < 93% ou 107% < V

Crítica

Precária

Retorna

93% < V < 95%

ou 105% < V < 107%

Adequada

V

F

V

F

F. LINHAS DE PROGRAMAÇÃO DO SOFTWARE DO ANALISADOR

*************************************************** *************

**************

* @file ADC3_DMA/main.c

* @author MCD Application Team

* @version V1.0.0

* @date 19-September-2011

* @brief Main program body

*************************************************** *******************

********

* @attention

*

* THE PRESENT FIRMWARE WHICH IS FOR GUIDANCE ONLY AIMS

AT PROVIDING CUSTOMERS

* WITH CODING INFORMATION REGARDING THEIR PRODUCTS IN

ORDER FOR THEM TO SAVE

* TIME. AS A RESULT, STMICROELECTRONICS SHALL NOT BE HELD

LIABLE FOR ANY

* DIRECT, INDIRECT OR CONSEQUENTIAL DAMAGES WITH

RESPECT TO ANY CLAIMS ARISING

* FROM THE CONTENT OF SUCH FIRMWARE AND/OR THE USE

MADE BY CUSTOMERS OF THE

* CODING INFORMATION CONTAINED HEREIN IN CONNECTION

WITH THEIR PRODUCTS.

*

* <h2><center>© COPYRIGHT 2011

STMicroelectronics</center></h2>

*************************************************** *******************

********

*/

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

#include "stm32f4_discovery.h"

#include <stdio.h>

/** @addtogroup STM32F4_Discovery_Peripheral_Examples

* @{

*/

/** @addtogroup ADC_ADC3_DMA

* @{

*/

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/

/* Private define ------------------------------------------------------------*/

#define ADC3_DR_ADDRESS ((uint32_t)0x4001224C)

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;

/* You can monitor the converted value by adding the variable

"ADC3ConvertedValue"

to the debugger watch window */

__IO float rmsV;

__IO float EkWh;

__IO float rmsIa;

__IO float rmsIb;

__IO uint16_t DisplayStat;

__IO uint16_t ADC3ConvertedValue[3];

__IO uint16_t T;

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/

void TIM_Config(void);

void ADC3_CH12_DMA_Config(void);

/* Private functions ---------------------------------------------------------*/

/**

* @brief Main program

* @param None

* @retval None

*/

int main(void)

{

/*At this stage the microcontroller clock setting is already configured,

this is done through SystemInit() function which is called from startup

file (startup_stm32f4xx.s) before to branch to application main.

To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to

system_stm32f4xx.c file

*/

/* TIM Configuration */

TIM_Config();

/* TIM3 Configuration: Output Compare Timing Mode:

In this example TIM3 input clock (TIM3CLK) is set to 2 * APB1 clock

(PCLK1),

since APB1 prescaler is different from 1.

TIM3CLK = 2 * PCLK1

PCLK1 = HCLK / 4

=> TIM3CLK = HCLK / 2 = SystemCoreClock /2

*/

/* Time base configuration */

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 35999;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;

TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

/* TIM Interrupts enable */

TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update , ENABLE);

/* TIM3 enable counter */

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

/* ADC3 configuration

*************************************************** ****/

/* - Enable peripheral clocks */

/* - DMA2_Stream0 channel2 configuration */

/* - Configure ADC Channel12 pin as analog input */

/* - Configure ADC3 Channel12 */

ADC3_CH12_DMA_Config();

/* Start ADC3 Software Conversion */

ADC_SoftwareStartConv(ADC3);

while (1)

{

}

}

/**

* @brief ADC3 channel12 with DMA configuration

* @param None

* @retval None

*/

void ADC3_CH12_DMA_Config(void)

{

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;

DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/* Enable ADC3, DMA2 and GPIO clocks

****************************************/

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2 |

RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOE,

ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3, ENABLE);

/* DMA2 Stream0 channel0 configuration

**************************************/

DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_2;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr =

(uint32_t)ADC3_DR_ADDRESS;

DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr =

(uint32_t)&ADC3ConvertedValue[0];

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 4;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize =

DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;

DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize =

DMA_MemoryDataSize_HalfWord;

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;

DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;

DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;

DMA_Init(DMA2_Stream0, &DMA_InitStructure);

DMA_Cmd(DMA2_Stream0, ENABLE);

/* Configure ADC3 Channel12 pin as analog input

******************************/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;

GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

/* Configure GPIOE port as push-pull output

**********************************/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = 0x03FF;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;

//GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;

//GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

/* ADC Common Init

*************************************************** ********/

ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;

ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2;

ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =

ADC_DMAAccessMode_Disabled;

ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay =

ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;

ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);

/* ADC3 Init

*************************************************** *************/

ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;

ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE;

ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;

ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge =

ADC_ExternalTrigConvEdge_None;

ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;

ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 4;

ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);

/* ADC3 regular channel12 configuration

*************************************/

ADC_RegularChannelConfig(ADC3, ADC_Channel_12, 1,

ADC_SampleTime_15Cycles);







/* Enable DMA request after last transfer (Single-ADC mode) */

ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC3, ENABLE);

/* Enable ADC3 DMA */

ADC_DMACmd(ADC3, ENABLE);

/* Enable ADC3 */

ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);

}

void TIM_Config(void)

{

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

/* TIM3 clock enable */

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

/* Enable the TIM3 gloabal Interrupt */

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

#ifdef USE_FULL_ASSERT

/**

* @brief Reports the name of the source file and the source line number

* where the assert_param error has occurred.

* @param file: pointer to the source file name

* @param line: assert_param error line source number

* @retval None

*/

void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)

{

/* User can add his own implementation to report the file name and line

number,

ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */

/* Infinite loop */

while (1)

{

}

}

#endif

/**

* @}

*/

/**

* @}

*/

/******************* (C) COPYRIGHT 2011 STMicroelec tronics

*****END OF FILE****/

#include "stm32f4_discovery.h"

#include <stdio.h>

static __IO uint16_t significative = 0;

static __IO uint16_t num = 0;

extern __IO uint16_t T;

extern __IO uint16_t DisplayStat;

static uint16_t str[10];

extern __IO float rmsV;

extern __IO float EkWh;

extern __IO float rmsIa;

extern __IO float rmsIb;

void InitDisplay()

{

if (DisplayStat == 0)

{

if (T == 1) GPIO_ToggleBits(GPIOE, GPIO_Pin_9);

if (T == 20) GPIO_Write(GPIOE, 0x0038 | GPIO_Pin_9);


if (T == 60) GPIO_Write(GPIOE, 0x0000);






if (T == 180) GPIO_Write(GPIOE, 0x000E | GPIO_Pin_9);











if (T == 1000) DisplayStat = 1;

}

else

{

if (DisplayStat == 1)

{

if (T == 1)

{

num = (uint16_t)(rmsV * 100);

str[0] = (uint16_t)(num / 10000 + 48);

if (str[0] == 48 && significative == 0) str[0] = 32;

else significative = 1;

num %= 10000;

str[1] = (uint16_t)(num / 1000 + 48);



num %= 1000;

str[2] = (uint16_t)(num / 100 + 48);

num %= 100;

str[3] = (uint16_t)(num / 10 + 48);

num %= 10;

str[4] = (uint16_t)(num + 48);

num = (uint16_t)((rmsIa + rmsIb) * 10);

str[5] = (uint16_t)(num / 100 + 48);

if (str[5] == 48) str[5] = 32;

num %= 100;

str[6] = (uint16_t)(num / 10 + 48);

num %= 10;

str[7] = (uint16_t)(num + 48);

}








GPIO_Pin_9);




if (T == 90) GPIO_Write(GPIOE, (uint16_t)('.') | GPIO_Pin_8 |

GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);




if (T == 106) GPIO_Write(GPIOE, (uint16_t)('V') | GPIO_Pin_8 |

GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);




if (T == 138) GPIO_Write(GPIOE, (uint16_t)('A') | GPIO_Pin_8 |

GPIO_Pin_9);



}

else

{

if (T == 1)

{

num = (uint16_t)(EkWh * 10);

str[0] = (uint16_t)(num / 10000000000 + 48);



num %= 10000000000;

str[1] = (uint16_t)(num / 1000000000 + 48);



num %= 1000000000;

str[2] = (uint16_t)(num / 100000000 + 48);



num %= 100000000;

str[3] = (uint16_t)(num / 10000000 + 48);



num %= 10000000;

str[4] = (uint16_t)(num / 1000000 + 48);



num %= 1000000;

str[5] = (uint16_t)(num / 100000 + 48);



num %= 100000;

str[6] = (uint16_t)(num / 10000 + 48);



num %= 10000;

str[7] = (uint16_t)(num / 1000 + 48);



num %= 1000;

str[8] = (uint16_t)(num / 100 + 48);



num %= 100;

str[9] = (uint16_t)(num / 10 + 48);

num %= 10;

str[10] = (uint16_t)(num + 48);

}





if (T == 32) GPIO_Write(GPIOE, (uint16_t)('a') | GPIO_Pin_8 |

GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





if (T == 73) GPIO_Write(GPIOE, 0x00C0 | GPIO_Pin_9);






GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);





GPIO_Pin_9);




if (T == 130) GPIO_Write(GPIOE, (uint16_t)('k') | GPIO_Pin_8 |

GPIO_Pin_9);




if (T == 134) GPIO_Write(GPIOE, (uint16_t)('W') | GPIO_Pin_8

| GPIO_Pin_9);




if (T == 138) GPIO_Write(GPIOE, (uint16_t)('h') | GPIO_Pin_8 |

GPIO_Pin_9);



}

}

}

/**

G. DATASHEET OMICRON CMC356

H. CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO OMICRON

I. LISTA DE MATERIAIS UTILIZADOS

Qtd. Unidade Item Valor

Unitário Valor Total

4 un Trimpot 100 Ω R$ 0,50 R$ 2,00

4 un Diodo 1N4007 R$ 0,10 R$ 0,40

1 un Potenciometro 10 kΩ R$ 2,00 R$ 2,00

1 un Resistor 10 kΩ R$ 0,10 R$ 0,10

1 un Resistor 1 kΩ R$ 0,10 R$ 0,10

1 un Rede Resistiva 10 kΩ R$ 0,60 R$ 0,60

1 un Capacitor Eletrolítico 10 µf R$ 0,10 R$ 0,10

1 un Capacitor Cerâmico 100 nF R$ 0,05 R$ 0,05

1 un Regulador de Tensão LM7805 R$ 4,00 R$ 4,00

1 un Kit Discovery STM32F4 R$ 84,00 R$ 84,00

2 un Transformador de Corrente JD51V R$ 10,00 R$ 20,00

1 un Display LMC-S2E16 R$ 22,00 R$ 22,00

2 un Transformador 3+3V R$ 10,00 R$ 20,00

1 m Flat Cable 50 vias R$ 7,50 R$ 7,50

3 un Borne SAK 2,5 R$ 1,95 R$ 5,85

4 un Borne SAK 10 R$ 6,00 R$ 24,00

2 un Tampa SAK 10 R$ 2,95 R$ 5,90

1 un Tampa SAK 2,5 R$ 2,95 R$ 2,95

6 un Poste Final EW 35 R$ 1,10 R$ 6,60

TOTAL R$

208,15

J. COTAÇÃO REALIZADA JUNTO À EMPRESA NANSEN

K. DATASHEET MEDIDOR NANSEN

L. RELATORIOS DE VTCD E TRP

M. DATASHEET CORTEX M4

N. DIAGRAMA DE GANTT

Analisador de Qualidade Da Energia Elétrica

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