Filtros Harmônicos

Qualidade de Energia - Causas, Efeitos e Soluções

Autor: Edgard Franco - ENGECOMP TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO E CONTROLE LTDA.

1. Introdução

2. Normas e Organizações Relacionadas com Qualidade de Energia

3. Terminologia e Definição dos Itens de Qualidade

4. Transitórios

5. Interrupções e Sags

6. Sobretensões

7. Desequilíbrios de Tensão

8. Distorções na Forma de Onda

9. Distorções Harmônicas

10. Flutuações ou Oscilações de Tensão

11. Vairações na Freqüencia do Sistema Elétrico

12. Resumo: Causas, Efeitos e Soluções

1. INTRODUÇÃO

O conceito de Qualidade de Energia está relacionado a um conjunto de alterações que podem ocorrer no sistema elétrico. Uma boa definição para o problema de qualidade de energia é: "Qualquer problema de energia manifestado na tensão, corrente ou nas variações de freqüência que resulte em falha ou má operação de equipamentos de consumidores". Tais alterações podem ocorrer em várias partes do sistema de energia, seja nas instalações de consumidores ou no sistema supridor da concessionária.

Estes problemas vem se agravando rapidamente em todo o mundo por diversas razões, das quais destacamos duas:

• instalação cada vez maior de cargas não-lineares. O crescente interesse pela racionalização e conservação da energia elétrica tem aumentado o uso de equipamentos que, em muitos casos, aumentam os níveis de distorções harmônicas e podem levar o sistema a condições de ressonância.

• maior sensibilidade dos equipamentos instalados aos efeitos dos fenômenos (distúrbios) de qualidade de energia.

Em alguns ramos de atividade, como as indústrias têxtil, siderúrgica e petroquímica, os impactos econômicos da qualidade da energia são enormes. Nestes setores, uma interrupção elétrica de até 1 minuto pode ocasionar prejuízos de até US$ 500 mil. E diante deste potencial de prejuízos possíveis, fica evidente a importância de uma análise e diagnóstico da qualidade da energia elétrica, no intuito de determinar as causas e as conseqüências dos distúrbios no sistema, além de apresentar medidas técnica e economicamente viáveis para solucionar o problema.

2. NORMAS E ORGANIZAÇÕES RELACIONADAS COM QUALIDADE DE ENERGIA

A Europa é a região do planeta mais avançada no quesito normas de qualidade de energia, uma vez que a norma EN50160 foi oficialmente adotada por vários países. Nos EUA, muitas concessionárias tem usado normas como a IEEE 519 apenas como referência, raramente incluindo cláusulas sobre este assunto nos contratos com clientes. Entretanto, o clima de desregulamentação pode significar que contratos com cláusulas de qualidade de energia possam vir a ser comuns no futuro. Segue lista de normas e entidades:

• EN50160: é uma nova norma que cobre flicker, interharmônicas, desvios/variações de tensão, e muito mais.

• IEC 61000-4-15: é uma norma de medição de flicker que inclui especificações para medidores.

• IEC 61000-4-7: descreve uma técnica de medição padrão para harmônicas.

• IEEE 519 (1992): é uma prática recomendada pela IEEE, utilizada principalmente por concessionárias de energia nos EUA. Descreve níveis aceitáveis de harmônicas para o ponto de entrega de energia pela concessionária.

• IEEE 1159 (1995): é uma prática recomendada pela IEEE para monitoração e interpretação apropriada dos fenômenos que causam problemas de qualidade de energia.

• CBEMA: Computer and Business Equipment Manufacturers Association. A CBEMA virou ITI em 1994. A curva CBEMA define os níveis de suportabilidade de equipamentos, em função da magnitude da tensão e da duração do distúrbio. Distúrbios que caiam fora da curva podem causar danos aos equipamentos.

• ITI: Information Technology Industry Council. Grupo trabalha para defender os interesses da indústria de informática.

3. TERMINOLOGIAS E DEFINIÇÕES DOS ITENS DE QUALIDADE

Talvez seja mais simples e adequado utilizarmos simplesmente a palavra "distúrbios" para englobar todos os fenômenos que afetam a qualidade da energia elétrica. Estes "distúrbios" podem ter origem na energia elétrica entregue pela concessionária de energia, ou na rede interna de distribuição (incluindo equipamentos ali instalados) do próprio consumidor. A figura ao lado mostra a origem dos problemas de qualidade de energia, quando analisada sob a ótica do consumidor.

Os acadêmicos e especialistas, no entanto, classificam os itens de qualidade ("distúrbios") conforme segue:

• TRANSITÓRIOS, dos tipos impulsivos ou oscilatórios.

• VARIAÇÕES DE TENSÃO DE CURTA DURAÇÃO, que podem ser instantâneas, momentâneas, ou temporárias.

• VARIAÇÕES DE TENSÃO DE LONGA DURAÇÃO, que podem ser de três tipos: interrupcões, subtensões ou sobretensões sustentadas.

• DESEQUILÍBRIOS DE TENSÃO, causados por má distribuição de cargas monofásicas, e que fazem surgir no circuito tensões de seqüência negativa.

• DISTORÇÕES DA FORMA DE ONDA, que podem ser classificadas em cinco tipos: nível CC, harmônicos, interharmônicos, "notching", e ruídos.

• OSCILAÇÕES DE TENSÃO, que são variações sistemáticas dos valores eficazes da tensão de suprimento (dentro da faixa compreendida entre 0,95 e 1,05 pu), e que podem ser aleatórias, repetitivas ou esporádicas.

• VARIAÇÕES DA FREQUÊNCIA DO SISTEMA, que são definidas como sendo desvios no valor da freqüência fundamental deste sistema (50 ou 60Hz).

A figura abaixo mostra as formas de onda típicas dos itens de qualidade mais comuns:

4. TRANSITÓRIOS

Os transitórios são fenômenos eletromagnéticos