Redução da vida de equipamentos elétricos devido às harmônicas

05|11|2019

Como é de conhecimento, a rede elétrica tem por padronização uma frequência de 50 ou 60 Hz. Em uma condição ideal de operação de um circuito em corrente alternada linear essa deveria ser a única frequência encontrada. Todavia, nas últimas décadas a produção e comercialização de aparelhos eletrônicos se disseminou no mundo inteiro e perturbações na frequência elétrica começaram a se intensificar. Isso ocorre porque estes aparelhos são considerados cargas não lineares, ou seja, a corrente elétrica absorvida por eles não possui a mesma forma da tensão que a alimenta.

O que são harmônicas?

O fenômeno denominado harmônicas nada mais é que perturbações na forma de onda da tensão e/ou corrente, o que produz formas de onda distintas do padrão da rede. Isso causa interferências no funcionamento e aproveitamento eficiente da energia elétrica.
As harmônicas apresentam frequências múltiplas da fundamental, e, ao se combinarem com a corrente ou tensão fundamental, as distorcem, trazendo consequências indesejadas para toda instalação.
A energia útil, que é aproveitada pelos aparelhos e instalações elétricas, opera numa frequência de 60 Hz, ou seja, quaisquer outras frequências distintas dessa são prejudiciais e podem resultar em sobrecargas.

 

Causas e impactos das harmônicas

Como já mencionamos, o que desencadeia as harmônicas geralmente são cargas não lineares, que têm seu funcionamento baseado essencialmente em fundamentos da eletrônica de potência (semicondutores, tiristores, diodos etc.).
Dentre os equipamentos causadores de harmônicas temos:
▪ Fontes chaveadas
▪ Retificadores e inversores
▪ Máquinas de solda
▪ Motores de corrente contínua
▪ Máquinas de xerox
▪ Aparelhos hospitalares
▪ Sistemas de iluminação eletrônica
▪ Plantas de galvanização
▪ Computadores

As harmônicas afetam a qualidade da energia elétrica, causando danos e prejuízos como:

▪ Sobreaquecimento de equipamentos e cabos
▪ Interferências nas redes de comunicação
▪ Atuação de dispositivos protetores do circuito
▪ Sobrecarga na rede de distribuição
▪ Tensão alta entre neutro e terra
▪ Diminuição no fator de potência
▪ Quedas de fase nas linhas
▪ Problemas em motores e transformadores
▪ Deterioração do isolamento de condutores

 

A presença de harmônicas pode ainda ser responsável por impactos econômicos, sendo eles:

  • Aumento nos gastos em equipamentos: as perdas de energia causadas pelas harmônicas pesam sobre os custos na aquisição de equipamentos e condutores, pois eles precisam ter capacidade maior do que as necessárias em redes onde seus efeitos são controlados.
  • Aumento nos gastos com paradas: as harmônicas provocam disparos de dispositivos de proteção, o que causa paradas indesejadas. E, nós sabemos que máquinas paradas representam perda de dinheiro. Sem falar nos casos os quais ocorre sobrecarga nos circuitos e resultam em inesperados gastos com reparos.
  • Aumento nas perdas de energia: parte da energia elétrica normalmente é perdida na forma de calor, o que é natural. Porém, as harmônicas potencializam essas perdas, fazendo com que o valor da fatura suba, mesmo com os equipamentos elétricos operando durante a mesma quantidade de horas.
  • Aumento nos gastos com troca de equipamentos: um circuito elétrico afetado pelas harmônicas apresenta uma redução significativa na vida útil dos seus equipamentos. Isso torna necessária a substituição desses equipamentos e, consequentemente, ocasiona este tipo de despesa antes do tempo.

 

Os equipamentos menos afetados pelas harmônicas geralmente são os de carga resistiva, cuja forma de onda não é importante para o funcionamento deles. Já os mais suscetíveis são aqueles que requerem uma alimentação senoidal. Mas a presença das harmônicas na rede causa danos a todos os equipamentos ligados a ela, já que uma sobrecarga pode afetar todo o sistema.
Aqui estão alguns efeitos causados pelas harmônicas em equipamentos:
Geradores e motores elétricos: o sobreaquecimento é o principal efeito das harmônicas em máquinas rotativas, que elevam as perdas de energia em enrolamentos e núcleos magnéticos, além de provocar um indesejado aumento nos níveis de ruído durante a operação. Os efeitos são maiores em equipamentos com rotores bobinados, afetando não apenas o rendimento, mas também reduzindo-lhes a vida útil.
Transformadores elétricos: nesse tipo de equipamento, as harmônicas de tensão e corrente também provocam perdas no ferro e cobre, respectivamente. Fluxos de dispersão causam sobreaquecimento e, consequentemente, maior exigência dos isolamentos, em razão das sobretensões e ressonâncias entres seus enrolamentos e capacitâncias nas linhas.
Cabos, alimentação e condutores: apresentam perdas em virtude de um efeito particular que reduz a seção condutora em componentes de alta frequência. Além disso, aqui aparece o conhecido efeito de proximidade, que eleva a resistência do condutor, afetada pelos campos magnéticos dos demais condutores próximos.

Como combater as harmônicas?

A eliminação de harmônicas se traduz no aumento da vida útil de todos os equipamentos ligados ao sistema, em uma economia importante de energia elétrica. Buscando cumprir a tarefa de anular os efeitos das harmônicas, existem no mercado dispositivos projetados especificamente para esse fim. Entre eles estão os denominados filtros passivos e filtros ativos de harmônicas:

Filtros passivos: estes são sintonizados de acordo com a frequência que se busca eliminar ou atuam na diminuição de uma faixa de frequências. Sendo utilizados em diversos tipos de instalação como industrias e usinas eólicas e solares.

Filtros ativos: conhecidos também como condicionadores ativos de harmônicas atuam anulando uma faixa maior do espectro de frequência através da injeção de correntes harmônicas de igual valor no exato local onde as primeiras surgem. A atuação desses filtros se dá em tempo real, em contraposição ao surgimento de harmônicas a serem eliminadas.

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