O que são Harmônicas?
Harmônicas são distorções na forma de onda senoidal da tensão ou corrente elétrica, causadas por cargas não-lineares como inversores de frequência, retificadores e equipamentos eletrônicos.
Principais Causas de Harmônicas
- Inversores de Frequência: Principais geradores industriais
- Fontes Chaveadas: Equipamentos eletrônicos
- Lâmpadas de Descarga: Iluminação industrial
- Retificadores: Sistemas de corrente contínua
- UPS: Sistemas ininterruptos de energia
Efeitos das Harmônicas
As distorções harmônicas causam diversos problemas na instalação elétrica:
Em Transformadores:
- Aquecimento excessivo devido às perdas
- Redução da vida útil
- Necessidade de desclassificação (derating)
- Vibrações e ruído audível
Em Motores Elétricos:
- Aumento das perdas no ferro e cobre
- Torques pulsantes
- Redução da eficiência
- Aquecimento dos enrolamentos
Limites Harmônicos Segundo IEEE 519
| Ordem Harmônica | Distorção Individual (%) | THD Total (%) | Aplicação |
|---|---|---|---|
| 3ª, 5ª, 7ª | ≤ 5,0 | ≤ 8,0 | Indústria Geral |
| 11ª, 13ª | ≤ 3,0 | ≤ 8,0 | Indústria Geral |
| 17ª a 23ª | ≤ 1,5 | ≤ 5,0 | Hospitais, Precisão |
| 25ª e superior | ≤ 0,6 | ≤ 3,0 | Equipamentos Sensíveis |
Métodos de Análise
A FIXTRON utiliza analisadores de qualidade de energia para medição completa:
Parâmetros Medidos:
- THD (%): Distorção harmônica total
- Harmônicas individuais: 2ª até 50ª ordem
- Fator de potência: Verdadeiro e de deslocamento
- Variações de tensão: Sags, swells, interrupções
- Desequilíbrio: Entre fases
- Flicker: Variações de tensão
Soluções para Mitigação
1. Filtros Passivos
- Filtros LC sintonizados
- Custo reduzido
- Eficazes para harmônicas específicas
- Podem causar ressonância
2. Filtros Ativos
- Compensação dinâmica
- Múltiplas harmônicas simultaneamente
- Custo mais elevado
- Maior complexidade
3. Medidas Preventivas
- Transformadores de isolamento
- Reatores de linha em inversores
- Dimensionamento adequado de cabos
- Uso de inversores com filtros integrados
Case Prático: Indústria Alimentícia
Problemas identificados:
- THD de tensão: 12,3% (limite: 8%)
- Aquecimento excessivo do transformador
- Disparos aleatórios de proteções
- Interferência em sistemas de automação
Solução implementada:
- Filtro ativo trifásico 200A
- Reatores de linha nos inversores
- Cabo de neutro dimensionado para 173% da corrente de fase
Resultados obtidos:
- THD reduzido para 4,2%
- Temperatura do transformador normalizada
- Zero disparos indevidos
- Economia de 15% no consumo de energia
Normas e Regulamentações
- IEEE 519: Práticas recomendadas
- IEC 61000: Compatibilidade eletromagnética
- NBR 16149: Limites para sistemas de baixa tensão
- PRODIST: Módulo 8 - Qualidade de energia
Investimento vs Economia
- Análise de qualidade: R$ 2.000-5.000
- Filtro passivo: R$ 15.000-50.000
- Filtro ativo: R$ 80.000-200.000
- Economia anual típica: 10-25% da conta de energia
- Payback: 18-36 meses