3.3.3 - Cargas não Lineares
São cargas que distorcem a forma de onda da corrente e/ou
tensão, tais como:
- Conversores / inversores de freqüência;
- Acionamentos de corrente contínua;
- Retificadores;
- Fornos a arco e indução;
- Transformadores com o núcleo saturado;
- No–Breaks (UPS);
- Controladores tiristorizados;
- Fontes chaveadas;
- Máquinas de solda elétrica;
- Lâmpadas Fluorescentes com reatores eletrônicos;
- Microcomputadores (Centro de processamento de dados), etc.
3.3.4 - Problemas Causados Pelas Harmônicas
Altos níveis de distorção harmônica numa instalação elétrica
podem causar problemas para as redes de distribuição das
concessionárias e para a própria instalação, assim como
para os equipamentos ali instalados.
O aumento de tensão na rede causado pela distorção harmônica acelera a fadiga dos motores e as isolações de fios e cabos, o que pode ocasionar queimas, falhas e desligamentos. Adicionalmente, as harmônicas aumentam a corrente RMS (devido a ressonância série), causando elevação nas temperaturas de operação de diversos equipamentos e diminuição de sua vida útil.
Essas ondas de freqüência superior à fundamental, causam
vários danos ao sistema, entre os quais podemos destacar :
- Aumento das perdas nos estatores e rotores de máquinas
rotativas, causando superaquecimento danoso às máquinas;
- O fluxo de harmônicas nos elementos de ligação de uma rede leva a perdas adicionais causadas pelo aumento do valor RMS da corrente, além do surgimento de quedas de tensão harmônicas nas várias impedâncias do circuito. No caso dos cabos há um aumento de fadiga dos dielétricos, diminuindo sua vida útil e aumentando os custos de manutenção. O aumento das perdas e o desgaste precoce das isolações também podem afetar os transformadores do sistema elétrico;
- Distorção das características de atuação de relés de proteção;
- Aumento do erro em instrumentos de medição de energia, que estão calibrados para medir ondas senoidais puras;
- Interferência em equipamentos de comunicação, aquecimento em reatores de lâmpadas fluorescentes, interferência na operação de computadores e em equipamentos para variação de velocidade de motores, etc.;
- Aparecimento de ressonâncias entre capacitores para correção de fator de potência e o restante do sistema, causando sobretensões e sobrecorrentes que podem causar sérios danos ao sistema.
3.3.5 - Fator de Potência com Harmônicas
Quando há distorção harmônica na instalação elétrica o
triângulo de potências sofre uma alteração, recebendo
uma terceira dimensão provocada pela potência aparente
necessária para sustentar a distorção da freqüência
fundamental (50/60 Hz).
3.3.5.1 - Fator de Potência Real
O Fator de Potência Real leva em consideração a defasagem
entre a corrente e a tensão, os ângulos de defasagem de cada harmônica e a Potência Reativa para produzí-las.
Seu valor é sempre menor que o fator de potência de deslocamento sendo que a correção deverá ser feita pelo fator de potência real.
Obs: Estas medidas deverão ser feitas por equipamentos
especiais conforme descritos no ítem 3.3.6 (Medições).
3.3.5.2 - Fator de Potência de Deslocamento
O Fator de Potência de Deslocamento considera apenas a defasagem entre a corrente e a tensão na freqüência fundamental. Em regime permanente senoidal o fator de
potência é entendido como sendo um fator que representa
o quanto da potência aparente é transformada em potência
ativa (cobrado pela concessionária).
Cálculo do Fator de Potência com Harmônicas
Entende-se por espectro de freqüências harmônicas um
gráfico ou tabela da amplitude de tensão ou corrente em
função das freqüências harmônicas.
Geralmente tais amplitudes são apresentadas em percentuais ou em p.u. (por unidade) da amplitude da fundamental (freqüência da rede). Com as medições realizadas com analisador de harmônicas, pode-se obter os valores de sobretensão e sobrecorrente, de acordo com as seguintes fórmulas:
3.3.6 - Medições
Os instrumentos convencionais, tipo bancada ou tipo alicate,
são projetados para medir formas de onda senoidal pura,
ou seja, sem nenhuma distorção. Porém, devemos admitir
que, atualmente, são poucas as instalações que não têm
distorção significativa na senóide de 50/60 Hz.
Nestes casos os instrumentos de medidas devem
indicar o valor RMS verdadeiro (conhecidos como TRUE
RMS), identificado no próprio instrumento.
3.3.7 - Efeitos da Ressonância
Quando se tem harmônicas presentes na rede elétrica acima
dos valores pré-estabelecidos anteriormente, corre-se o
risco que ocorra ressonância série entre o trafo e o capacitor
ou banco de capacitores ou ressonância paralela entre os
mesmos e as cargas (motores, etc.). Nesta situação, usa-se
indutores anti-harmônicas em série com os capacitores, os
quais evitam a ressonância do(s) capacitor(es) com todo o
espectro de harmônicas que possa ser gerado.
O fenômeno da resonância série ou paralela também pode
ocorrer em instalações livre de harmônicas e com fator de
potência unitário.
Ressonância Série: é a condição na qual as reatâncias capacitiva e indutiva de um circuito RLC são iguais.
Quando isso ocorre, as reatâncias se cancelam entre si e a
impedância do circuito se torna igual à resistência, a qual é
um valor muito pequeno. Ocorre entre o transformador de
força e os capacitores ou banco de capacitores ligados num
mesmo barramento.
A ressonância série é a responsável por sobrecorrentes que
danificam os capacitores e os demais componen-tes do
circuito.
Ressonância Paralela: baseia-se na troca de energia
entre um indutor e um capacitor ligados em paralelo com
uma fonte de tensão. Na condição ressonância paralela a
corrente de linha é nula porque a soma vetorial das correntes
no circuito “tanque” é zero.
A tensão e a impedância resultante assumem valores muito
elevados.
Obs: Quando se utilizam indutores anti-harmônicas,
dispensa-se o uso de indutores anti-surto!
