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quinta-feira, 30 de maio de 2013

Entendendo as Harmônicas


Harmônica

No geral os sintomas da aparição de harmônica em uma instalação são bem camuflados, eles começam com pequenos transtornos na programação de CLP’s, queima de equipamentos sensíveis até o aquecimento inesperado de condutores.
O que de fato ocorre é que as cargas não lineares inseridas na rede elétrica distorcem a forma de onda da corrente.

Exemplo de circuito com harmônica


Fonte: Dados do autor




A deformação se dá pelo somatório de corrente adicional em freqüências múltiplas da fundamental de ordem impar, normalmente as harmônicas de 3ª,5ª,7ª,9ª e 11ª ordem são as mais significativas para as instalações, devido à amplitude que podem atingir. As harmônicas de 3ª, 5ª e 9ª influenciam diretamente na corrente de neutro do sistema elétrico.

 Simulação de distorção harmônica
                                       

Fonte: Dados do autor

Observando a simulação acima, podemos perceber que a onda resultante não é mais senoidal e apresenta um corte em ambos os ciclos, positivo e negativo. Comparando a onda amarela que representa o somatório da distorção harmônica conhecida como THD (Total Harmonic Distortion), com a forma de onda fundamental (1ª harmônica) é fácil perceber que a onda alcança o valor de pico mais rápido.
Como bem se sabe o valor da corrente se dá pela integração das cargas elétricas pelo tempo de ocorrência. Para considerar os efeitos de distorção em sua totalização THDI utilizamos o mesmo princípio para cada freqüência múltipla da fundamental. No caso do THDIN encontrado no condutor neutro, a solução é a mesma, porém com o diferencial de que as ordens harmônicas a serem considerada são as de seqüência zero na rede de alimentação.  Abaixo as equações são apresentadas.

Corrente elétrica


Total de distorção harmônica de corrente




Corrente de neutro



   Para freqüências múltiplas, vale ressaltar que os equipamentos convencionais não podem detectar essa variação de leitura, pois a maioria foi projetada para trabalhar na freqüência fundamental. Segue abaixo a tabela de referência para compreensão.
 
Seqüência harmônica


Fonte: Dados do autor

As medidas a serem adotadas para amenizar os efeitos ou para definir os limites aceitáveis é a utilização de bancos de indutores, também conhecido como filtros de harmônicas que têm seu funcionamento com base na freqüência de ressonância de um circuito RLC (resistivo, indutivo e capacitivo), ou seja, de acordo com a freqüência onde se encontra a distorção harmônica há um circuito que entra em ressonância conduzindo a terra e assim neutralizando este efeito. Ainda há mais um agravante que se dá por definição da construção do filtro, que pode ter característica ativa ou passiva, permitindo que os mesmos atuem caso haja a presença do efeito podendo variar a freqüência de atuação, ou fixo, que atua de forma passiva. Devido o alto custo desta aplicação, algumas opções surgiram, como o redimensionamento dos circuitos elétricos, separação do circuito problemático e transformadores dedicados para suportar os efeitos harmônicos devido à característica do fechamento interno formam um bloqueio nas harmônicas de 3ª ordem.
Abaixo tem-se 2 figuras para comparação do efeito da harmônica de 3ª ordem.



Circuito sem distorção

                                                                                   

                                                                            

                                                                 Circuito com distorção

  

Fonte: Dados do autor





Inter – Harmônica

Tem o mesmo princípio das harmônicas, porém, com a particularidade de não ocorrer em freqüências múltiplas da fundamental. Não se tem um estudo aprofundado no Brasil, mas os principais efeitos são notados em ondas de rádio, imagem em monitores, displays.
Outro aspecto já comprovado é que um dos maiores geradores dos efeitos são equipamentos que funcionam com arco voltaico. Veja o exemplo de inter-harmônica na tabela a seguir.



FONTE:

FACULDADE SENAI DE TECNOLOGIA MECATRÔNICA
PÓS-GRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MONOGRÁFIA - GESTÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NA INDÚSTRIA
SÃO CAETANO DO SUL - 2012