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ANÁLISE DA HARMÔNICA EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS: PERDAS NO
SISTEMA DE POTÊNCIA
Guilherme Pereira Rocha1 Orientador: Lazaro Marques de O.Júnior2
RESUMO: A energia elétrica chega a ser vital para o desenvolvimento e andamento do país. Um dos fatores que prejudica a qualidade do sistema elétrico é a presença de harmônicos. Desse modo, buscou identificar a ocorrência da corrente harmônica em redes de instalações elétricas; quais são as perdas no sistema de potência causadas às instalações e como elas podem prejudicar os equipamentos conectados à rede, quais são as perdas no sistema de potência causadas pela injeção de harmônicas em uma instalação, avaliando as perdas causadas no sistema de potência devido às harmônicas. O presente estudo realizou uma pesquisa bibliográfica acerca da incidência de harmônicas no sistema elétrico, utilizando-se dos materiais já elaborados e publicados no período de 2001 a 2019. As agencias regulamentadoras, como ANEEL, estão sempre em busca de novas técnicas para melhorar a qualidade da energia elétrica. Para isso, é definido quais os critérios mínimos aceitáveis em relação a distribuição de energia e com já explanado, a harmônica é altamente prejudicial ao sistema de energia elétrico, já estando claro que todo sistema ou rede de tensão vão conter harmônicos, o que se devem observar rigorosamente é sempre é a quantidade presente. Palavras-chaves: Medição de Distorções Harmônicas; Harmônicos; Qualidade da Energia Elétrica
ABSTRACT: Electrical energy is vital for the development and progress of the country.
One of the factors that damages the quality of the electrical system is the presence of harmonics. In this way, it sought to identify the occurrence of the harmonic current in networks of electrical installations; what are the losses in the power system caused to the installations and how can they damage the equipment connected to the network, what are the losses in the power system caused by the injection of harmonics in an installation, evaluating the losses caused in the power system due to the harmonics . The present study carried out a bibliographic research on the incidence of harmonics in the electric system, using materials already elaborated and published in the period from 2001 to 2019. Regulatory agencies such as ANEEL are always in search of new techniques to improve quality of electricity. For this, it is defined which minimum acceptable criteria in relation to the energy distribution and with already explained, the harmonic is highly detrimental to the electric energy system, since it is clear that any system or voltage network will contain harmonics, what if strictly observing is always the present quantity. Keywords: Measurement of Harmonic Distortions; Harmonics; Quality of Electric Power
1Bacharelando em Engenharia Elétrica pela Faculdade Católica do Tocantins – FACTO. E-mail: guilhermerocha_10@outlook.com Palmas Tocantins - 2019/01. 2Engenheiro Eletricista, Pós-graduado em Engenharia de Segurança do Trabalho. Palmas Tocantins.
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1 INTRODUÇÃO
Como é sabido, a sociedade atual demanda uma força energética muito
grande, tendo um efeito progressismo com o desenvolvimento da sociedade,
economia e tecnológico. O sistema elétrico brasileiro por sua vez, tem que acompanha
essa evolução, experimentando um aumento da sua capacidade de geração,
transmissão e distribuição, fundamental para que possa suprir as necessidades da
elétrica dessa geração digital.
A energia elétrica chega a ser vital para o desenvolvimento e andamento do
país, com isso, as operadoras de sistemas elétricos são estimuladas, tanto pelas
agências reguladoras (Aneel) como pelo próprio mercado de consumidores, a
prestarem informações sobre as condições de operação e a fornecerem detalhes
acerca de eventos ocorridos e que afetaram os consumidores. Esse é um dos papéis
do monitoramento e da análise da qualidade de energia elétrica.
Um dos fatores que prejudica a qualidade do sistema elétrico é a presença de
harmônicos. Assim, para amenizar a circulação das harmônicas, existe o processo de
filtragem, que evita que as tensões de barramentos sejam distorcidas pela
alimentação das cargas não lineares.
A presença de harmônica no sistema elétrico vai alterar a frequência em
comparação com a frequência fundamental (60 Hertz) da instalação elétrica, ou seja,
a harmônica é um sinal senoidal, em que a frequência é a múltipla da frequência da
alimentação.
As perdas causadas pelas harmônicas em instalações são estudadas no
âmbito da qualidade de energia elétrica, pois sabe-se que quando existe a
interferência de harmônicas na rede, não é garantido a qualidade de energia elétrica
necessária para o perfeito funcionamento dos equipamentos conectados. Dessa
forma, acredita-se que as harmônicas são causas naturais, anomalias indesejáveis e
prejudiciais à instalação.
Ao almejar um sistema elétrico de grande qualidade é fundamental que este
esteja sempre em busca de novas técnicas de melhoras e para isso, as pesquisas são
essenciais. Destarte, esse estudo justifica-se pela necessidade contínua do estudo da
qualidade na energia elétrica, visando melhorias na identificação da ocorrência de
correntes harmônicas em redes de instalações elétricas, validação das perdas no
sistema de potência causadas às instalações e como elas podem prejudicar os
equipamentos conectados à rede.
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Outro coeficiente importe neste no atual cenário energético brasileiro, é a
obrigatoriedade das concessionárias de energia elétricas em manterem os parâmetros
da qualidade de energia elétrica (QEE) ao consumidor final, realizarem investimentos
contínuos em estudos, serviços e inovações no setor energético.
Partindo dos pontos apresentados, surge as seguintes indagações: como
identificar a ocorrência da corrente harmônica em redes de instalações elétricas; quais
são as perdas no sistema de potência causadas às instalações e como elas podem
prejudicar os equipamentos conectados à rede.
Diante do exposto, buscou-se verificar quais são as perdas no sistema de
potência causadas pela injeção de harmônicas em uma instalação, avaliando as
perdas causadas no sistema de potência devido às harmônicas.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
O presente estudo realizou uma pesquisa bibliográfica acerca da incidência de
harmônicas no sistema elétrico, buscando identificar quais as perdas no sistema de
potência. Deste modo, esta é uma pesquisa de revisão bibliográfica.
De acordo com Gil (2008), a pesquisa bibliográfica é baseada em matérias já
elaborados e publicados, embora todas as pesquisas sejam fundamentadas em
matérias já publicados, o grande destaque da revisão bibliográfica é que esta é
desenvolvida exclusivamente em fontes bibliográficas, como por exemplo, livros e
artigos científicos.
Outrossim, para a construção deste, utilizou-se dos materiais já elaborados e
publicados no período de 2001 a 2019, como livros; tese e artigos científicos, com a
finalidade de embasar as ideias formuladas.
3 HARMÔNICOS
A palavra harmônico embora seja utilizada no âmbito da engenharia elétrica,
é importante destacar sua origem na área de acústica e de instrumentos musicais.
Nesse âmbito, o seu significado é múltiplo inteiro ou componentes de um tom, bem
como múltiplo não inteiro denominados sob e sobretons (LEÃO; SAMPAIO E
ANTUNES, 2014).
Nesse sentindo, Gama robustece a origem do termo harmônico ao citar que:
Sua origem associada a fenômenos acústicos, cujo significado é a vibração
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de um fio ou coluna de ar, que produzem uma composição sonora com a presença de frequências múltiplas em relação a uma frequência característica denominada de fundamental (2017, p. 10).
Mesmo tendo origem a fenômenos acústico, é um termo bem conhecido na
engenharia elétrica e a presença de harmônicos no sistema elétrica é capaz de causar
alterações na rede e prejudicar a qualidade da transmissão de energia elétrica.
Em concórdia com Leão; Sampaio e Antunes (2014), a presencia de
harmônicos no sistema elétrico não é um fato novato, cujo a preocupação com a
distorção harmônica vem sendo discutida desde do início da história dos sistemas de
potência.
Os estudos apontam que a eletricidade gerada no subsistema de geração
possui a forma de onda senoidal pura, não contendo harmônicas. Quando as
correntes harmônicas atingem uma magnitude suficiente, a forma de onda é afetada
causando distúrbios na rede de distribuição de energia, com distorções e perdas na
tensão. “Harmônicas são integrais múltiplas da frequência de origem, e formas de
onda não lineares são constituídas de componentes de alta frequência” (Lopez, 2001,
p. 98).
A onda senoidal é o que se almeja no sistema elétrico, pois todos os aparelhos
elétricos, maquinas e transformadores são criados com base em um suprimento
senoidal, aparte do momento que esta onda se intensifica, o sistema elétrico fica
comprometido ou até mesmo danificado (GAMA, 2017).
Corroborando com esse pensamento, os autores Leão; Sampaio e Antunes
(2014), destacam que:
O sinal senoidal mantém suas características de frequência única para a tensão e correntes quando observada através de componentes passivos de circuitos, como resistores, indutores e capacitores. A forma senoidal é invariável em relação a derivação e a integração. Entretanto, uma forma de onda desse tipo é algo ideal, e na prática, não comumente encontrada (2014, p. 08).
O ideal no sistema elétrico é a formação de ondas sem a presença de
harmônicos, mas essa qualidade da energia na prática não é a regra. Sempre que
ocorrer a formação de uma onda distorcida, deformada ou até mesmo sem
conformidade senoidal é o resultado de sobrecargas de inúmeras sucessões de ondas
senoidais, estará presente a harmônico.
Em definições mais precisas sobre harmônico apresentado por Gama, pode-se
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dizer que este “é um componente senoidal de um sinal periódico, cuja frequência é
um múltiplo inteiro da frequência fundamental deste sinal” (2017, p.10).
O grau com que harmônicas podem ser toleradas em um sistema de
alimentação depende exclusivamente da carga. Os equipamentos menos sensíveis,
geralmente, são os de aquecimento (carga resistiva), para os quais a forma de onda
não é relevante. Os mais sensíveis são aqueles que, em seu projeto, assumem a
existência de uma alimentação senoidal. Como exemplo para equipamentos que
assumem alimentação senoidal temos os de comunicação e os de processamento de
dados.
4 QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA (QEE)
A qualidade de energia elétrica vem se tornando cada vez mais essencial para
um bom desenvolvimento da sociedade e essa é uma preocupação tanto das
concessionárias como dos próprios consumidores.
O termo “Qualidade de Energia Elétrica” (QEE), é o termo utilizado para
expressar as mais variadas características da energia elétrica entregue pelas
concessionárias aos consumidores (LOPEZ, 2013).
Corroborando com esse pensamento, Leão; Sampaio e Antunes (2014),
salientam que a qualidade de energia elétrica é o meio pelo o qual é possível o sistema
elétrico, equipamentos, instalações funcionam de forma satisfatória e preservando sua
vida útil.
Em consonância com Portela e Rosa, o conceito de qualidade de energia
elétrica é a “ausência relativa de variações de tensão provocadas pelo sistema da
concessionária, particularmente a ausência de desligamentos, flutuações de tensão,
surtos e harmônicos, medidos no ponto de entrega” (2016, p. 11). Deste modo, fica
evidenciado que para a obtenção de uma energia elétrica de qualidade são
necessários a combinação de alguns fatores, como por exemplo a ausência de
harmônicos.
Outrossim, para Lopez, o conceito de qualidade de energia elétrica pode ainda
ser definido como a “busca por desenvolvimento de meios para erradicar ou minimizar
problemas em dispositivos alimentados por fontes de energia” (2013, p. 04), ou seja,
é um sistema elétrico sem imperfeições, sem nenhuma concorrência, mantendo o
sistema estável e a qualidade dos equipamentos e consequentemente aumentando e
preservando sua vida útil.
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A complexidade do problema da avaliação e controle da qualidade da energia
suprida não resulta apenas da grande variedade de perturbações a que o sistema
elétrico está sujeito (Gama, 2017).
São relevantes também os variados efeitos que podem causar, passando pelo
sobreaquecimento de máquinas elétricas devido às harmônicas; vibrações de motores
devido a desequilíbrios; variações luminosas devidas a flutuações de tensão;
oscilações de potência sustentadas entre as cargas e a rede durante a operação de
cargas não-lineares até interrupções momentâneas de tensão, cujas causas em geral
são curtos-circuitos de difícil prevenção (LOPEZ, 2013).
Em geral, os problemas relacionados com a qualidade da energia elétrica são
identificados quando um equipamento alimentado pela rede elétrica deixa de funcionar
como deveria (PORTELA; ROSA, 2016).
Existem muitos fenômenos que influenciam na qualidade de energia elétrica
que ocorrem no sistema elétrico e causam alterações em suas operações normais.
Normalmente mede-se duas grandezas básicas como parâmetros: frequência e
tensão. Entretanto, tem se outros parâmetros a serem considerados na avalição da
QEE, sendo eles: Distorções; flutuações de tensão; variações de tensão de curta
duração; desequilíbrio de sistemas trifásicos e transitórios rápidos (LOPEZ, 2013).
As ondas senoidal podem ter cargas podem lineares e não lineares. As
instalações residenciais estão utilizando mais as cargas não-lineares (circuitos e
equipamentos elétricos), notando-se assim um aumento dos níveis das correntes
harmônicas encontradas nos sistemas elétricos, os quais podem contribuir para a
degradação da qualidade da energia elétrica (OLESKOVICZ et al., 2010).
No entanto, observando o sistema elétrico como um todo, mesmo com a
proliferação de cargas não-lineares, indica que as residências possuem uma distorção
harmônica muitas vezes aceitável, porém, a soma das distorções harmônicas geradas
pelos consumidores residenciais de um determinado alimentador pode contribuir para
a amplificação da distorção harmônica total deste alimentador, quando somadas às
distorções ocasionadas pelos consumidores de grande porte (LOPEZ, 2013).
Para Dugan et al (2014), um sistema com carga não – lineares em grande
escala vai estar vulnerável, isso afeta diretamente na qualidade da energia elétrica.
Essa baixa qualidade na distribuição vai ocasionar o mau funcionamento de
equipamentos, baixo fator de potência, distorção na forma de onda da tensão e/ou
corrente, aquecimento de cabos, dentre outros.
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Um sistema que não tenha suas cargas balanceadas tende a desenvolver na
sua instalação alguns problemas como aquecimento dos cabos, mau funcionamento
de equipamentos, equipamentos podem chegar a queimar dependendo do grau que
esteja a distorções. As harmônicas podem tanto prejudicar no funcionamento como
também diminuir tempo de vida útil.
Hoje a qualidade da energia elétrica se tronou fundamental para o
desenvolvimento da sociedade em geral, onde os engenheiros elétricos vêm
buscando novas formas e mecânicos de melhoras e combater as ocorrências de
harmônicos no sistema é um meio de garantir a qualidade do sistema.
5 ASPECTOS REGULATÓRIOS
No Brasil o setor responsável em regulamentar a distribuição de energia elétrica
é a Agencia Nacional de Energia Elétrica – ANEEL. A ANEEL é responsável em
estabelecer quais os critérios de qualidade na distribuição da energia elétrica e
fiscalizar se estes estão de fatos sendo respeitados pela as concessionárias que
distribui energia elétrica. Tendo como principais normas regulamentadora a
Resolução nº 345 de 2008 e suas atualizações realizada pela da Agência Nacional de
Energia Elétrica – Aneel.
É nacionalmente orientado a utilização racional de energia elétrica, desde a
compra de equipamentos com baixo consumo, sendo este identificados com selo de
eficiência energética, como por exemplo a substituição de lâmpadas incandescentes
por lâmpadas fluorescentes compactas. O uso racional impacta na troca de cargas
praticamente lineares, sendo estas de alto consumo por cargas não-lineares, as de
baixo consumo (OLESKOVICZ et al., 2010).
Existe um limite de componentes harmônicas presentes na corrente
estabelecido na norma IEEE 519 – Controle de Harmônicas em Sistemas Elétricos,
cujo sua principal finalidade é garantir a qualidade da energia elétrica (POMILIO,
2016).
Em conformidade com os autores Leão; Sampaio e Antunes (2014), os limites
de harmônicos de correntes é com base em uma classificação, no qual deve-se
observar o tamanho do sistema de suprimento do consumidor. Assim, para saber quis
são os limites de distorção na corrente estabelecido IEEE – 519 de 1992, se faz
necessário analisar a faixa de tensão: de 120 V a 69.000 V, 69.001 V a 161.000 V e
acima de 161.000 V.
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De acordo com ensinamentos de (LOPEZ, 2013), a “norma IEEE 519 especifica
o limite de 25% para harmônicas de ordem par e proíbe o uso de conversores meia-
onda para evitar condições de aparecimentos na tensão”. Essa norma visa
estabelecer um padrão mínimo de qualidade da energia elétrica, onde a presença de
mais de 25% de harmônico de ordem vai causar danos na qualidade da energia
elétrica.
Asseverando o pensamento do auto supracitado, Leão; Sampaio e Antunes
(2014) realçam que os harmônicos pares estão limitados a 25% dos limites dos
harmônicos ímpares imediatamente superiores, no qual todos os equipamentos de
geração são limitados a este percentual, não havendo nenhuma exceção.
Para Senra (2014), o “medidor de energia elétrica, conhecido também por
relógio, tem como finalidade medir a energia elétrica que está sendo consumida por
determinada empresa ou residência”. Assim, é ilegal fazer qualquer tipo de alteração
nos medidores por conta própria, sem a autorização ou aviso prévio para a
concessionária de energia elétrica, pois as empresas são as responsáveis pelos
manuseios dos aparelhos.
O procedimento de medições também pode ser realizado para que se obter
uma análise da qualidade na energia elétrica, assim englobando medições das
harmônicas. A medição tem como característica avaliar causas e problemas no
circuito, sendo feita através de analisador de energia ou osciloscópio (OLESKOVICZ
et al., 2010).
Uma das principais regulamentações trazida pela a ANEEL, é o regulamento
para o sistema de distribuição, trazido no PRODIT – Procedimento de Distribuição de
Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional, no qual o módulo 8 estabelece a
qualidade da energia elétrica no Brasil (LEÃO; SAMPAIO E ANTUNES, 2014).
Em consonância com o PRODIST- módulo 8 (2018), suas especificações
devem serem observadas e seguidas tanto pelos consumidores; centrais geradoras;
distribuidoras; agentes importadores ou exportadores de energia elétrica;
transmissoras detentoras de Demais Instalações de Transmissão – DIT e pelo os
Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS.
É importante destacar, que o PRODIST- módulo 8 (2018), trouxe algumas
atualizações importante no processo regulatória das harmônicas no sistema.
Anteriormente, a norma não era capaz de definir corretamente as avaliações de vários
distúrbios.
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Com a adoção da IEC 61000-4-30, passou-se definir que os equipamentos
utilizados no processo de verificação devem especificamente serem capazes de
mensurar a totalidade dos eventos, “no qual espectro harmônico a ser considerado
para fins do cálculo da distorção total deve compreender uma faixa de frequências
desde a componente fundamental até, pelo menos, a 40ª ordem harmônica”
(POMILIO, 2016, p. 08).
Mesmo com as buscas por uma distribuição de qualidade no Brasil, somente
no ano de 2017 foi estabelecido na norma que os equipamentos destinados a medir o
percentual de harmônicos no sistema de tensão ou correntes fossem capazes de
verificar quanto por cento existe de harmônicos.
6 DISTORÇÕES HARMÔNICAS
As distorções harmônicas podem ser definidas com uma deformação na
formação da onda das tensões e correntes em relação à onda senoidal da frequência
fundamental (PRODIST - MÓDULO 8, 2018).
As distorções harmônicas de tensão e correntes podem serem quantificadas
sob duas óticas, distorção harmônica individual (DHI) e distorção harmônica total
(DHT) (ROLA e JÚNIOR, 2006).
Em concórdia com Leão; Sampaio e Antunes, “DHT é a medida do grau de
distorção de uma onda em relação a um sinusoide pura, sendo este valor nulo quanto
ao sinal não apresenta componentes harmônicos” (2014, p. 127).
Assim, observando o estabelecido no PRODIST – módulo 8 (2018), para o
sistema trifásico, as medições devem a distorção harmônica total de uma tensão DTT
pode ser calcula da seguinte forma:
sendo: h = todas as ordens harmônicas de 2 até hmáx. hmáx = conforme a classe A ou S.
Deste modo temos as seguintes terminologia aplicável ao cálculo das
distorções harmônicas: DTT% - Distorção harmônica total de tensão; h - Ordem
harmônica; hmáx - Ordem harmônica máxima; VH tensão harmônica de ordem h; V1 -
Tensão fundamental medida.
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Para calcular as distorções harmônicas individuais de tensão de ordem h é
usada a seguinte forma:
sendo: h = ordem harmônica individual.
Para Leão; Sampaio e Antunes (2014), as medições das distorções
harmônicas dos sistemas elétricos trifásicos, devem serem feitas através das tensões
fase-neutro para sistema estrelado aterrada e fase-fase para as demais
configurações.
Todos os indicadores distorção de harmônicos foram criados coma a
finalidade de monitorar a qualidade da energia elétrica. Esses indicadores permitem
que seja realizado a quantificação e enquadramento da poluição harmônica de
determinada instalação, em relação as normas regulamentadoras (ROCHA, 2016).
Segundo POMILIO:
HDT é uma aproximação do valor eficaz normalizado da tensão distorcida, considerando as harmônicas até uma dada ordem. Essa constatação permite estabelecer uma maneira de estimar o valor de DHT diretamente no domínio do tempo através do cálculo do valor Avaliação da Qualidade da Energia Elétrica” (2016, p.17).
Para saber se a distribuição de energia está de acordo com o estabelecido
pelas as normas regulamentadoras, é necessário verificar a quantidade de harmônica
na rede de tensão, sempre que a presença desta não ultrapassar os limites dispostos
no PROSIT – Módulo 8, (2018), a distribuição pode ser considerada de qualidade.
7 CORREÇÕES DAS HARMÔNICAS
As distorções harmônicas vão estar presente em todos os sistemas de
potência, em maior ou menor proporção. Todavia, as correções harmônicas de tensão
e correntes são recomendadas e aceitáveis somente nos casos em que sua presença
venha a ultrapassar o estabelecido pelas normas regulamentadores e
consequentemente venha a acarretar dados (LEÃO; SAMPAIO E ANTUNES, 2014).
Em concórdia com pensamento de Pomilio (2016), a forma mais conhecida e
utilizada para corrigir a contaminação harmônica de corrente em sistemas elétricos é
o filtro. Para ocorrer a correção, os filtros sintonizados conectados e, derivação
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alimentador, onde este vai funcionar como um divisor de correntes.
Outrossim, os autores Leão; Sampaio e Antunes (2014) já são mais
abrangentes ao tratar sobre a temática, entretanto, cautelosos, pois salientam que
existem diversas formas de corrigir os harmônicos, mas nem todas vão esta
adequadas para um determinado problema. Antes de definir qual vai à solução a
aplicar é importante conhecer os problemas específicos a serem corrigidos.
Embora os autores citados anteriormente, acreditem que a solução vai
depender especificamente do problema, tanto Garcia (2015), como Pomilio (2016),
destacam que a melhor solução para o controle e redução dos níveis de poluição
harmônica nessas instalações são os filtros.
Garcia (2015), elenca como objetivo principal de um filtro harmônico é em
reduzir amplitude de uma ou mais correntes ou tensões harmônicas, em uma
determinada parte do sistema.
Leão; Sampaio e Antunes (2014), frisam que cada planta industrial ou de rede
elétrica é única, com peculiaridades exclusiva, assim, as soluções devem serem
customizadas, não sendo viável a aplicação de soluções por analogia ou até mesmo
em blocos.
Ao se falar em filtros é fundamental destacar as inúmeras opções de filtro que
podem serem utilizadas. A escolha do melhor filtro está associada as características
da rede onde será instalado, e também das características das cargas presentes. Os
filtros podem serem ativos, passivos e híbridos (GAMA, 2017).
De acordo com Garcia, os filtros “são circuitos capazes de separar sinais
elétricos, alterando as características de amplitude e fase desses sinais. A filtragem,
ocorre graças às diversas características das curvas de impedância dos diferentes
filtros com relação ao espectro de frequências” (2015, p. 43). Ao mitigar a harmônica
em rede, busca-se corrigir as perdas por aquecimento, os danos causados por
capacitores e os filtros são usados como uma forma de diminuição ou correções de
harmônicos na rede.
De acordo com levantamentos realizados pelo o site Rede de Tecnologia
Avançada – RTA (2018), os filtros de harmônicos ativos são utilizados para eliminar
conteúdos harmônicos total presente na rede, cuja sua origem é das cargas. Posto
isto, esta tecnologia é responsável em busca-se corrigir as perdas por aquecimento,
os danos causados por capacitores e dissipação térmica dos harmônicos
indesejáveis.
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Filtros sintonizados ou também conhecidos por filtros passivos é uma opção
que sendo mais utilizada para solucionar e redução de contaminação harmônica de
corrente em um sistema elétricos, buscando evitar que correntes harmônicas
penetrem em determinadas partes do sistema elétrico. O principal papel deste filtro é
fazer com que as correntes harmônicas tenham um caminho de impedância, filtrando
estas (PORTELA e ROSA, 2016).
Os filtros passivos é composto de conjuntos de indutores e capacitores
sintonizados em uma frequência de ressonância. Todavia, a principal função do filtro
passivo é de absorver as correntes harmônicas da carga, evitando sua circulação na
rede (POMILO, 2016).
É possível ainda a utilização do filtro hibrido, onde será usado tanto o passivo,
quanto o ativo, assim sendo, a parte ativa deve atuar apenas sobre as componentes
não corrigidas pelo filtro passivo.
Embora a solução mais conhecida e difundida no âmbito da engenharia elétrica
seja o uso dos filtros, é importante dizer esta não a única solução. Aos conversores
de potência, transformadores, geradores e capacitores podem serem utilizados em
um sistema de potência para reduzir ou eliminar a presença de harmônicos (LEÃO;
SAMPAIO E ANTUNES, 2014).
A responsabilidade em manter um sistema elétrico de qualidade é multa, onde
o consumidores e concessionárias gozam de direitos e obrigações, cada uma de
acordo com seu papel nesse processo. Posto isto, na tabela abaixo é possível
analisar quais são os direitos e deveres de ambos.
Fonte: GARCIA (2015) Tabela 01: Responsabilidade das concessionárias e consumidores
RESPONSABILIDADS ATRIBUÍDAS À CONCESSIONÁRIA:
RESPONSABILIDADES ATRIBUÍDAS AOS CONSUMIDORES
Fornecer dados sobre seu sistema elétrico, necessários aos estudos do consumidor, para os anos considerados na análise.
Atender os critérios aplicados pela concessionária.
Analisar e aprovar a conexão de novos consumidores com base nas características da carga especial nos projetos de medidas mitigadoras apresentados pelo consumidor.
Fornecer os dados a respeito da carga, solicitados pela concessionária.
Verificar se a conexão de uma nova carga especial causará transtornos a consumidores existentes e tomar providências no sentido de evitá-los.
Estudar e projetar os equipamentos de mitigação necessários.
Aplicar os critérios de conexão (limites de tensão e corrente) no ponto de entrega aos novos consumidores.
Submeter tais projetos à avaliação da concessionária.
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Monitorar e garantir um nível aceitável de distorções harmônicas no seu sistema elétrico (nível de compatibilidade).
Atender as alterações de projeto propostas pela concessionária no intuito de compatibilizar a sua conexão com os interesses de outros consumidores já existentes.
Arcar com medidas mitigadoras caso o consumidor atenda os critérios estabelecidos pela concessionária e o sistema elétrico venha a sofrer modificações não previstas.
Comprovar, sempre que solicitado, o atendimento aos dados de projeto.
Arcar com medidas mitigadoras para a manutenção das distorções harmônicas dentro de limites aceitáveis, quando for de sua responsabilidade.
Facultar à concessionária o acompanhamento dessa comprovação.
Exigir do consumidor, sempre que julgar necessário, comprovação de que as correntes geradas estão de acordo com as fornecidas na fase de projeto e que os equipamentos de mitigação encontram-se em operação e dentro das especificações.
Elaborada pelo autor
Observa-se, que as responsabilidades vão depender de cada caso, se os
consumidores respeitar todos os critérios estabelecido pela a concessionária e mesmo
assim a rede apresentar harmônicos, a obrigação de custear a mitigação é da
concessionária. Em casos em que este critério não seja respeitado a obrigação é do
próprio consumidor, sendo ainda obrigado a submeter seu projeto de mitigação a
concessionária, para isso a mesma deve fornecer ao consumidor todas as
informações necessárias.
8 IMPACTOS CAUSADOS PELA INJEÇÃO DE HARMÔNICAS EM INSTALAÇÃO
ELÉTRICAS
Antes de analisar quais os impactos causados no sistema com a injeção de
harmônicos, são necessários conhecer os efeitos desta na rede. Para Lopez (2013),
as principais características que indicam as presenças de harmônicas são:
Condutores de neutro muito quentes e com corrente elevada; Transformadores quentes e ruidosos; Motores com falhas frequentes e trabalhando com temperatura elevada; UPS (no-breack) com falhas frequentes; Geradores de energia com baixo rendimento (50 a 60% da capacidade nominal) e Baixo fator de potência na instalação (2013, p. 03).
As características mais marcantes em relação a presença de harmônicos no
sistema são condutores neutros com temperaturas elevadas, transformadores quente
e com a presença de ruídos. Os motores também vão trabalhar com alta temperatura
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e apresentando falhas.
Sabe-se que a harmônica é altamente prejudicial ao sistema elétrico com um
todo, afetando a qualidade de energia, fato este que causas serias consequência
para a sociedade, economia e o dia a dia do cidadão.
Em concórdia com Engelétrica (2011), uma instalação elétrica cujo haja uma
presença elevada de harmônicos no sistema elétrico, pode causar um problema
para as redes de distribuição das concessionárias, além de comprometer a própria
instalação e os equipamentos conectados nessa rede.
As principais consequências da presença de harmônicas apresentadas por
Lopez (2013) são: primeiramente em relação aos capacitores, cuja a consequência é
a queima de fusíveis e redução da vida útil; motores que terão redução da vida útil e
impossibilidade de atingir potência máxima; fusíveis/disjuntores, no qual a operação
será falsa ou errônea e componentes danificados; transformadores terão aumento de
perdas, causando redução de capacidade, e diminuição da vida útil; medidores terá a
possibilidade de medições errôneas e consequentemente elevar o valor da contas;
telefones apresentarão interferências; máquinas síncronas vão ter sobreaquecimento
das sapatas polares provocado pela circulação de correntes harmônicas nos
enrolamentos amortecedores e o banco de capacitores podem originar condições de
ressonância, que caracterizam sobre tensão nos terminais das unidades capacitivas.
Engelétrica (2011) esclarece que os causados pela a distorção harmônica é um
aumento de tensa causa a rede, onde vai ocorrer a aceleração da fadiga dos motores
e as isolações de fios e cabos. Todos estes fatores podem causar prejuízos, como a
queima, falha e até mesmo o desligamento, tanto de aparelhos com da própria
instalação.
Por fim, LOPEZ (2001) explica as soluções para as consequências decorrentes
das harmônicas:
Aplicar fontes de alimentação com controle interno de harmônicas e correção do fator de potência; Usar disposição balanceada das cargas fontes de harmônicas na instalação, de forma a obter corrente senoidal; Adicionar impedância (reatores de linha) e identificar fontes de correntes harmônicas para reduzir suas magnitudes; Acrescentar filtros passivos de harmônicas para controlar frequências harmônicas específicas; Adicionar filtros ativos de harmônicas para reduzir ou eliminar fator de potência e harmônicas; Utilizar transformadores projetados para tolerar os efeitos de harmônicas (2013, p. 15).
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A aplicação de fontes de alimentação com o controle interno de harmônicos e
correções de potência pode ser uma solução preventiva para garantir a qualidade de
energia elétrica, sendo necessário medida preventivas.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante do exposto, fica claro os efeitos negativos impactantes das harmônicos
no sistema de energia elétrico. As agencias regulamentadoras, como ANEEL, estão
sempre em busca de novas técnicas para melhorar a qualidade da energia elétrica.
Para isso, é definido quais os critérios mínimos aceitáveis em relação a distribuição
de energia e com já explanado, a harmônica é altamente prejudicial ao sistema de
energia elétrico, já estando claro que todo sistema ou rede de tensão vão conter
harmônicos, o que se devem observar rigorosamente é sempre é a quantidade
presente.
Com base nesse estudo, verificou-se que as principais perdas causadas pela
injeção de harmônicos no sistema elétrico de energia é em relação a qualidade da
energia. Todavia, tem-se serias e graves consequências com a distribuição de energia
de baixa qualidade.
Quando se fala em distribuição de energia de baixa qualidade é possível
imaginar os prejuízos econômicos, pois a distorção harmônica causa o aquecimento
de equipamentos, esse aquecimento diminui a vida útil dos aparelhos.
Transformadores terão aumento de perdas, causando redução de capacidade, e
diminuição da vida útil. Os medidores de energia são prejudicados quando existe um
valor muito elevado de harmônicos no sistema, um dos seus efeitos é afetar no
funcionamento correto deste, o que pode elevar o valor da fatura de energia.
As normas regulamentadoras, estabelece que os harmônicos pares estão
limitados a 25% dos limites dos harmônicos ímpares imediatamente superiores, no
qual todos os equipamentos de geração são limitados a este percentual, não havendo
nenhuma exceção.
Após verificado uma incidência de harmônicos acima do permitido pelas as
normas regulamentadoras e com a finalidade de evitar os prejuízos causado pela a
mesma, deve se fazer a correção. Atualmente, vem se buscando formas de mitigação
cada vez mais eficientes, entretanto, até hoje as mais usadas são os filtros.
Deste modo, a harmônica presente na rede de cada setor tem origens distintas,
como por exemplo na indústria, a poluição harmônica da rede é decorrente
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principalmente de máquinas e aparelhos eletrônicos, fontes chaveadas e inversores
em redes monofásicas e trifásicas. Entretanto, no âmbito residencial os grandes vilões
são os aparelhos eletrodoméstico, como micro-ondas, chuveiros elétricos, geladeira e
outros tão comuns no dia a dia do povo brasileiro (Riese, 2016).
Em concórdia com Atkinson (2017, p. 46), isso ocorre devido a tecnologia
utilizada na sua confecção que “é baseada em eletrônica de potência, que se trata de
chaveamento de tiristores, diodos, IGBT’S, entre outros dispositivos eletrônicos que
deformam a forma de onda”. Vale ressaltar, que antes de utilizar uma determinada
mitigação, é preciso fazer um estudo, buscando saber qual sua causa, para aplicar a
melhor e mais eficientes formas de correções.
Para as cargas não-lineares, ou seja, as instalações com distorções
harmônicas de corrente e tensão, a melhor solução são os filtros, tantos os ativos
como os passivos, no qual estes vão isolar as cargas que estão prejudicando a
qualidade da energia, no caso os fatores geradores de harmônica (AMARAL, 2015).
Para Atkinson (2017), os filtros são capazes de filtrar as frequências, deixando
somente as que não vão prejudicar a qualidade da energia elétrica, isso ocorre devido
a composição dos filtros, no qual é composto de resistores, indutores e capacitores ligados.
Esse tipo de correções tem um preço bem elevados, chegando na maioria dos
casos a serem totalmente inviáveis aos consumidores, pois este processo é bastante
complexo e exige estudo elaborados por técnicos. Além disso, todo esse processo é
submetido ao analises das concessionárias.
Posto isto, com a grande demanda energética deste século, a sociedade
demanda cada vez mais qualidade na distribuição, para que os parelhos elétricos
presentes nas casas dos consumidores possam funcionares perfeitamente e ter
durabilidade.
REFERÊNCIAS
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