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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