27 de março de 2014

POTÊNCIA DA DISTORÇÃO HARMÔNICA

Consome energia mas não realiza trabalho.

No artigo anterior falamos dos estes efeitos harmônicos e mostramos algumas causas nas instalações elétricas. Neste artigo, continuaremos falando destes efeitos. Vamos saber sobre a potência da distorção harmônica.
É isto mesmo, a alteração da forma de onda por meios de senoide com frequências e amplitudes diferentes possuem suas potências características que, por sua vez, afetam o consumo de energia elétrica. Portanto, se fizermos uma avaliação comparativa em nível macro, podemos dizer que ao eliminarmos ou minimizarmos os efeitos das harmônicas em uma instalação podemos reduzir o consumo de energia elétrica, já que a energia é a potência X tempo.
Outro ponto que podemos destacar como parâmetro que se altera pela distorção harmônica é o fator de potência que, no conceito de senoide, é dado pela relação entre potência aparente e potência ativa, sendo comparada ao cosseno Fi (cos Φ), mas na presença de harmônicas este valor deve sofrer uma correção em função dos índices de harmônicas, como pode ser visto na fórmula abaixo:


FP – Fator de Potência
cos Φ – Cosseno do ângulo formando entre Potência aparente e Potência ativa
THDi – Distorção harmônica Total de corrente
Podemos verificar que o fator de potência ganha um elemento de correção em relação ao ângulo das potências que tem como base a distorção harmônica total de corrente.  Como podemos ver no gráfico abaixo:

Veja que a potência total em KVA passa a ser:

Ou seja, a potência total levará em conta a potência da distorção harmônica e, com isto, o consumo de energia aumenta, pois o transformador deverá fornecer esta potência de distorção, porém esta não realizará trabalho sendo desperdiçado.
É importante salientar que devemos estudar os distúrbios de forma integrada para que todos os parâmetros possam ser avaliados. Se tomarmos como base somente o que apresentamos neste artigo, veremos que a redução da potência reativa pode depender também da redução da potência de distorção, com pena de ao reduzir a potência reativa o fator de potência continuar baixo.
Podemos concluir então que um circuito com a presença de harmônicas altera parâmetros como o fator de potência, além dos já vistos anteriormente.

No próximo artigo vamos falar de como identificar e os equipamentos que medem RMS Verdadeiro, até lá.

HARMÔNICA - EXEMPLOS

As somatória de varias senoides deformam a senoide fundamental.


No artigo anterior fizemos uma conceituação básica sobre as harmônicas, citando inclusive a série de Fourier. Neste artigo, vamos falar um pouco do que estes efeitos harmônicos causam nas instalações elétricas.
Primeiramente, vamos lembrar que as distorções harmônicas ocorrem devido, principalmente, a existência de componentes não lineares na rede elétrica. Estes dispositivos distorcem as correntes. Estas distorções dependem da frequência e da amplitude para afetar o sinal original, chamado de frequência fundamental, de uma forma ou de outra.
Vejamos abaixo o efeito causado por uma frequência de terceira ordem (180 Hz) em um sinal senoidal fundamental (60Hz).

Veja agora o efeito de uma harmônica de quinta ordem (300Hz) neste mesmo sinal senoidal (60Hz).








Podemos observar duas coisas. A primeira, diz respeito às formas diferentes que os sinais de 180 e 300 Hz afetam o sinal senoidal. A segunda, apresenta o reflexo na tensão de alimentação do barramento, de forma diferente para cada harmônica. Esta distorção, como citado no artigo anterior, afetará também o funcionamento de outros circuitos, podendo, criar problemas nas instalações em geral. Em um circuito com vários dispositivos não lineares, como é comum no dia a dia, há várias distorções compostas, afetando o circuito elétrico. Sem contar que estes circuitos, são dinâmicos, e, portanto, mudam de características a todo o momento, sendo muito difícil estabelecer um padrão.
Outro problema que surge com o aparecimento das distorções harmônicas é com relação às grandezas características do sinal senoidal que passam a ser alteradas, ou seja, o valor eficaz calculado de uma forma para um sinal senoidal, não obterá o mesmo resultado para um sinal não senoidal. O mesmo acontece com os valores de pico, fatores de crista, valores médios e também com o fator de potência, que tradicionalmente, quando considerado uma senóide, é calculado pela relação entre potência aparente e potência ativa, considerando o valor do coseno formado entre o ângulo destas potências. Porém, com a presença das distorções harmônicas este valor não será o correto.
Haverá outra potência neste circuito a ser considerada, a potência de distorção harmônica. Mas este é um assunto paro a próximo artigo.

Então até lá.

HARMÔNICA - CONCEITO

O que é isto?

No artigo anterior, falamos de um dos distúrbios da energia elétrica mais comum, a Variação de Tensão. Neste artigo vamos conceituar outro distúrbio muito comum, o efeito das correntes e tensões harmônicas.
Para iniciar o conceito devemos classificá-lo como sendo um distúrbio que altera a forma de onda e que foi matematicamente descrito por Fourier*, um físico e matemático francês, que estudou a decomposição de funções periódicas em séries periódicas convergentes, criando a série de Fourier.
Por definição, podemos dizer que as correntes e tensões harmônicas são a “deformação de uma senóide de uma determinada frequência, chamada de fundamental, pela composição com outras senóides com frequências múltiplas da frequência fundamental e amplitudes diferentes, divididas em ordem que são estabelecidas pela razão entre a frequência fundamental e a frequência da senóide harmônica em valores inteiros”, ou seja, se a frequência fundamental for 60Hz, a segunda ordem será 120Hz, a terceira ordem será 180Hz e assim por diante.
Pois bem, se recorrermos ao Procedimento de Distribuição – PRODIST – um documento publicado pela ANEEL, em seu módulo 8 que trata de qualidade de energia, teremos a seguinte definição:
4.1 As distorções harmônicas são fenômenos associados com deformações nas formas de onda das tensões e correntes em relação à onda senoidal da frequência fundamental.
Há outras definições de harmônicas, mas quase todos se assemelham às definições acima.
As harmônicas também são classificadas ou divididas em “harmônicas pares” e “harmônicas impares”, classificação esta em função das suas ordens, que tem relação com a sua frequência, como vimos anteriormente.  Esta divisão traz um aprendizado que pode ser usado em detecção de problemas e uma tendência a ser seguida na mitigação. Sabe-se que as harmônicas impares são causadas por “cargas não lineares” e, portanto, estão presentes em praticamente todos os circuitos elétricos. Outra dica é que as harmônicas pares são, normalmente, causadas por componentes contínuos, ou seja, na detecção de harmônicas pares, podemos começar a investigar os geradores de componentes contínua.
Há também as harmônicas de corrente e de tensão. De forma bem resumida, as harmônicas de corrente são geradas no consumo de corrente por equipamentos com componentes eletrônicos não lineares, que são semicondutores. Esta corrente consumida retorna de forma distorcida. Circulando por um circuito com impedância, há a distorção da tensão que alimenta as cargas e, então, uma bola de neve começa a acontecer. Mais ou menos como o efeito ‘Tostines’, que a tensão distorcida gera corrente distorcida que distorce a tensão.
Muito bem, as Harmônicas representam um dos distúrbios com mais informações a serem trabalhadas e, portanto, teremos muitos artigos pela frente, então até o próximo quando vamos dar exemplos de distorção harmônicas. Até lá

Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768  1830) foi um matemático e físico francês, celebrado por iniciar a investigação sobre a decomposição de funções periódicas em séries trigonométricas convergentes chamadas séries de Fourier e a sua aplicação aos problemas da condução do calor. A transformada de Fourier foi designada em sua homenagem. Fourier também é geralmente creditado pela descoberta do efeito estufa. Fonte: Wikipédia.

VARIAÇÃO DE TENSÃO - DEFINIÇÃO

Um dos principais problemas nos dias de hoje.

No artigo anterior foram apresentados alguns dos problemas que afetam a qualidade da energia elétrica para que você os conheça. A partir deste artigo começaremos a definir teoricamente cada um destes distúrbios e para começar vamos falar de um dos principais problemas encontrados no dia a dia. Trata-se da Variação de Tensão.
A variação de tensão é a alteração dos valores da amplitude da tensão em relação a um valor médio definido como parâmetro, ou seja, se uma tensão eficaz é 220 volts, a variação de tensão se dá quando este valor é alterado para mais ou para menos, como, por exemplo, 225 volts. Esta variação é normalmente expressa em p.u., e naturalmente se transforma em uma porcentagem do valor de referência.
Outro parâmetro que define o tipo de variação de tensão é o tempo que ele persiste, sendo classificado por momentâneo quando esta duração é menor que três segundos; ou temporário, quando acontece entre 3 segundos e 3 minutos, e pode ser classificado também como variação de tensão de longa duração, quando o tempo ultrapassa 3 minutos.
Outra classificação deste distúrbio da energia elétrica é com relação ao seu valor. Como citei anteriormente, a variação é sempre expressa em p.u., e pode ser classificada em elevação de tensão quando este calor ultrapassa 1,1 p.u., portanto qualquer valor que ultrapassar 10% do valor nominal de referência será considerado elevação de tensão. Se o valor for reduzido entre 0,9 e 0,1 p.u., este fenômeno será conhecido como afundamento de tensão e se o valor reduzir para menos de 0,1 p.u., o fenômeno muda de nome e passa se chamar interrupção.
A variação e tensão também são conhecidas com outros nomes como, por exemplo, SAG ou DIP, para afundamentos de tensão e SWELL ou SURGE, para elevação de tensão.  Também há o termo VTCD para Variação de Tensão de Curta Duração.
A tabela abaixo apresenta um resumo com alguns destes termos.
No próximo artigo, vamos falar da definição das harmônicas. Então até lá!

OS PROBLEMAS DA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA

Será que temos problemas com a energia?

No artigo anterior, fizemos uma abordagem sobre a importância da qualidade da energia e sua percepção por cada segmento. Neste artigo quero apresentar-lhes os diversos termos que são relacionados com a qualidade da energia elétrica.
Começamos por dividir em duas categorias. Os problemas que variam a forma de onda, alterando frequência e amplitude, e os problemas que alteram a forma de onda modificando a senoide original.
Começamos pelos problemas, que aqui chamarei de distúrbios da energia elétrica, que variam a forma de onda.

VARIAÇÃO DA FORMA DE ONDA:

Variação de tensão: que pode ser elevação ou redução da amplitude, e são conhecidos por SAG, SWEL, SURGE, entre outras denominações. Alteram a amplitude da forma de onda.
Variação de frequência: Alteram a frequência da forma de onda e podem causar problema para funcionamento de equipamentos

ALTERAÇÃO DA FORMA DE ONDA:

Harmônicas e Inter harmônicas: Modificam a forma de onda original em 60Hz com a composição de outras senoides com outras frequências, distorcendo a senoide.
Surtos e transitórios: Também fazem parte do grupo de alteração da forma de onda, pois alteram em um curto espaço de tempo o valor máximo da senoide, criando um pico com valor muitas vezes maior que a senoide.
Notchings e Ruidos: Pequenas interferências que distorcem a forma de onda senoidal e afetam funcionamento de equipamentos.
Desequilíbrio de tensão: Acontece em circuitos com 3 fases onde uma delas acaba, por algum motivo tendo valores menores causando problemas para o bom funcionamento.

Estes são alguns dos distúrbios que afetam o funcionamento de equipamentos e que devem ser levando em conta para que estes funcionem corretamente e possam render o esperado.

No próximo artigo, vamos começar a definir cada um destes distúrbios, informando sobre as causas e os efeitos mais conhecidos de cada um. Então até o próximo artigo!