Distorções Harmônicas Perturbações em Redes Elétricas
Por: anasantos_ • 13/12/2018 • Trabalho acadêmico • 4.389 Palavras (18 Páginas) • 195 Visualizações
INSTITUTO DE ENERGIA E AMBIENTE
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
DISTORÇÕES HARMÔNICAS
DISCIPLINA: Perturbações em Redes Elétricas
Ana Cássia dos Santos Hayashi
São Paulo 2017
ÍNDICE
- Fundamentos de Harmônicos.............................................................................3
- Causas...................................................................................................................4
- Terminologias e Expressões...............................................................................6
- Harmônicos e Capacitores................................................................................10
- Detecção e medição de Distorções Harmônicas.............................................14
- Efeitos dos Harmônicos.....................................................................................15
- Técnicas de Mitigação em Redes de Energia..................................................17
- Bibliografia..........................................................................................................18
- Fundamentos de Harmônicos
Os harmônicos são componentes senoidais de uma onda periódica, que possuem frequência múltipla da frequência fundamental. Em outras palavras, harmônica é um fenômeno que representa o quanto a onda senoidal está distorcida da frequência fundamental.
A distorção harmônica é um fenômeno que se intensifica próximo à carga. Em algumas cargas, a forma de onda da corrente nem mesmo se assemelha a uma onda senoidal.
A maioria das distorções harmônicas, origina-se em conversores de potência eletrônicos. Esses equipamentos podem transformar a forma de onda da corrente senoidal em formas de onda arbitrárias.
Note-se que:
Cargas lineares : corrente de alimentação senoidal (cargas resistivas e motores).
Cargas não lineares: solicitam correntes não senoidais (computadores e televisores).
No dispositivo não linear, a corrente não é proporcional à tensão aplicada.
Enquanto a tensão aplicada é uma senóide perfeita, a corrente resultante é distorcida. Aumentando a tensão em pequeno percentual pode dobrar a corrente e provocar uma forma de onda diferente de senoidal. Esta é a origem da maioria das distorções harmônicas.
Em poucos casos, a distorção é randômica. Normalmente, a maioria das distorções é periódica, ou um múltiplo inteiro da frequência fundamental do sistema de alimentação. Ou seja, a forma de onda é praticamente a mesma, ciclo após ciclo, alterando-se muito devagar caso aconteça.
O grau com que harmônicas podem ser toleradas em um sistema de alimentação depende da susceptibilidade da carga (ou da fonte de potência).
Geralmente, os equipamentos menos sensíveis são os de aquecimento (carga resistiva), para os quais a forma de onda não é relevante.
Os equipamentos mais sensíveis são os projetados para receber alimentação senoidal. Por exemplo: equipamentos de comunicação e processamento de dados.
No entanto, mesmo para as cargas pouco vulneráveis ou pouco susceptíveis, a presença de harmônicas (de tensão ou de corrente) é prejudicial, pois produz "estresse" nos componentes e isolantes.
- Causas
Os semicondutores são amplamente utilizados em muitos equipamentos elétricos.
Esses componentes são responsáveis pela geração de uma parcela significativa de harmônicos nas redes elétricas de baixa tensão, já que podem transformar a forma de onda da corrente senoidal em formas de onda arbitrárias.
Quando os conversores de potência eletrônicos começaram a ser utilizados, no final dos anos 70, muitos engenheiros sinalizavam a possibilidade de os sistemas de alimentação acomodarem as distorções harmônicas. Questionava-se se os conversores eletrônicos poderiam ser fabricados e conectados à rede elétrica.
O segmento de análise de qualidade de energia desenvolveu-se muito, devido a essa demanda e questionamentos sobre conversores eletrônicos e distorções harmônicas. Felizmente, se o sistema é dimensionado adequadamente para atender às demandas da carga, é baixa a probabilidade de harmônicos causarem problemas na rede elétrica (apesar de poderem causar problemas e interferências com as telecomunicações).
Os problemas na rede elétrica, frequentemente aumentam quando a capacitância no sistema resulta em ressonância a uma frequência harmônica crítica que dramaticamente aumenta a distorção acima de valores normais.
Redes elétricas com cargas comerciais também são fontes de harmônicas, instalações comerciais como complexos de escritórios, lojas de departamentos, hospitais e data centers, pois concentram alta quantidade de lâmpadas fluorescentes altamente eficientes, com reatores eletrônicos. Em sistemas de iluminação, os reatores regulam a corrente nas lâmpadas e fornecem tensão suficiente para ligar as lâmpadas. Sem um reator para limitar sua corrente, a lâmpada fluorescente conectada diretamente à uma fonte de alta tensão poderia rapidamente e descontroladamente aumentar sua corrente.
Instalações comerciais também abrigam sistemas de ventilação, ar condicionado, drives de elevadores, e equipamentos eletrônicos sensíveis com fontes de alimentação modo switch monofásico. Desta forma, as cargas comerciais são caracterizadas por um alto número de cargas produtoras de pequenas harmônicas. Dependendo da diversidade do tipo de cargas, essas pequenas correntes harmônicas podem somar-se a uma fase ou cancelar outra fase. Os níveis de distorção de tensão dependem das impedâncias do circuito e sobretudo da distorção de corrente harmônica.
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