Distorções Harmônicas: o problema mais comum de Qualidade de Energia
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por Engecomp
Tecnicamente, uma harmônica é a
componente de uma onda periódica cuja
frequência é um múltiplo inteiro da
frequência fundamental (no caso da energia
elétrica, de 60 Hz). A melhor maneira de
explicar isto é com a ilustração ao lado.
Nesta figura, vemos duas curvas: uma onda
senoidal normal, representando uma corrente
de energia "limpa", e outra onda menor,
representando uma harmônica. Esta segunda
onda menor representa a harmônica de
quinta ordem, o que significa que sua
frequência é de 5 x 60 Hz, ou 300 Hz.
Na segunda ilustração, vemos como ficaria a soma das
duas curvas. Esta curva resultante mostra bem a
distorção harmônica da curva de tensão, que deixa de
ser perfeitamente senoidal na presença de harmônicas.
Harmônicos são tensões ou correntes senoidais de
freqüências múltiplas inteiras da freqüência fundamental
(50 ou 60 Hz) na qual opera o sistema de energia
elétrica. Estes harmônicos distorcem as formas de onda
da tensão e corrente e são oriundos de equipamentos e
cargas com características não-lineares instalados no
sistema de energia.
A figura acima reflete bem a realidade da tensão medida
no barramento CA de alimentação de um conversor de
seis pulsos.
A distorção harmônica vem contra os objetivos da
qualidade do suprimento promovido por uma concessionária de energia elétrica, a qual deve fornecer aos
seus consumidores uma tensão puramente senoidal, com amplitude e freqüência constantes.Entretanto, o
fornecimento de energia a determinados consumidores que causam deformações no sistema supridor,
prejudicam não apenas o consumidor responsável pelo distúrbio, mas também outros conectados à mesma
rede elétrica.
Para a quantificação do grau de distorção presente na tensão e/ou corrente, lança-se mãos da
ferramenta matemática conhecida por série de Fourier. As vantagens de se usar a série de Fourier para
representar formas de onda distorcidas é que, cada componente harmônica pode ser analisada
separadamente, e a distorção final é determinada pela superposição das várias componentes
constituintes do sinal distorcido.
Conhecidos os valores de tensões e/ou correntes harmônicas presentes no sistema, utiliza-se de um
procedimento para expressar o conteúdo harmônico de uma forma de onda. Um dos mais utilizados é a
"Distorção Harmônica Total", a qual pode ser empregada tanto para sinais de tensão como para
correntes. Para fins práticos, as harmônicas de ordens elevadas (acima da 50ª ordem, dependendo do
sistema) são desprezíveis para análises de sistemas de potência, apesar de poderem causar interferência
em dispositivos eletrônicos de baixa potência.
No passado não havia maiores preocupações com harmônicos. Cargas com características não lineares
eram pouco utilizadas e os equipamentos eram mais resistentes aos efeitos provocados por harmônicas.
Entretanto, nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da eletrônica de potência e a utilização de
métodos que buscam o uso mais racional da energia elétrica, o conteúdo harmônico presente nos
sistemas tem-se elevado, causando uma série de efeitos indesejáveis em diversos equipamentos,
comprometendo a qualidade e o próprio uso racional da energia elétrica. O problema é ainda mais
agravado pela utilização de equipamentos e cargas mais sensíveis à qualidade da energia.
Assim, é de grande importância citar aqui os vários tipos de cargas elétricas com características não
lineares, que têm sido implantadas em grande quantidade no sistema elétrico brasileiro. Estas, de um
modo geral, podem ser classificadas em três grupos básicos, a saber:
