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artigo Harmônicas

PreocuPação quanto às harmônicas

em instalações elétricas Prediais, com

microgeração distribuída.

distribuídamicrogeração

effects of harmonics over the electrical systems of buildings with distributed microgeneration must be closely monitored and, where needed, preventive and corrective measures should be taken.

efectos de los armónicos en instalaciones eléctricas de edificaciones con micro generación distribuida deben ser estrechamente monitorizados y, cuando necesario, deben ser tomadas medidas preventivas y correctivas.

Há muitos anos, a literatura de eletrotécnica e as normas técni-cas relacionadas às instalações elétricas tratam do problema da

presença de harmônicos, sendo este, portan-to, um assunto bastante conhecido e antigo da engenharia elétrica.

para entendimento do fenômeno, consideremos uma analogia com um sis-tema hidráulico, constituído por um tan-que de água na saída, do qual tenhamos uma válvula.

É intuitivo que se esta válvula for linear e operada vagarosamente, o nível do vaso irá variar quase sem nenhuma perturba-ção, ainda que o mesmo suba ou desça.

no entanto, se no lugar da válvula linear tivermos uma válvula de abertu-ra e fechamento rápido, e esta válvula for operada em ciclos rápidos, aparece-rão perturbações na lamina d’água, na forma de oscilações. além disso, quanto maior for a válvula em relação à capaci-dade do vaso, maiores serão as pertur-bações observadas.

no sistema elétrico ocorre algo bas-tante similar. se somente estivéssemos alimentando cargas lineares como as car-gas resistivas representadas por chuveiros e lâmpadas incandescentes, nossa tensão se manteria puramente senoidal. mas as cargas resistivas estão se tornando pro-

porcionalmente menos representativas nas instalações.

com a proibição das lâmpadas incan-descentes, a iluminação tende a ser feita com lâmpadas fluorescentes ou lâmpadas LED, que utilizam reatores e fontes de ali-mentação. Do mesmo modo, os eletro-domésticos como tVs, aparelhos de som, computadores, etc, incorporam fontes de alimentação embutidas.

como consequência, a tensão de ali-mentação é afetada e distorcida por estas cargas, deixando de ser senoidal.

Do mesmo modo que na analogia hi-dráulica utilizada anteriormente, quanto maior a potência das cargas em relação à capacidade da fonte, maior será o nível das distorções.

no sistema elétrico, a capacidade da fonte é avaliada em termos da sua potên-cia de curto-circuito. Quanto mais a capa-cidade da fonte se aproximar do infinito, maior será sua potência de curto-circuito e, consequentemente, somente cargas ex-pressivamente grandes conseguirão pro-

duzir alguma perturbação na tensão de alimentação.

a rede de distribuição elétrica tem uma capacidade de curto-circuito rela-tivamente elevada, portanto, pequenas cargas consumidoras produzem peque-nas distorções.

De acordo com as bases matemáticas atribuídas a J.B.J. Fourier, qualquer sinal pe-riódico pode ser decomposto na soma de senóides com frequências variadas.

no sistema elétrico brasileiro, a onda senoidal de 60 Hz é denominada de onda fundamental. as senóides de frequências múltiplas inteiras da fundamental são de-nominadas de harmônicas, enquanto as senóides com frequências múltiplas não inteiras da fundamental são denominadas de inter harmônicas.

portanto, a presença de harmônicas e inter harmônicas em uma instalação elé-trica é uma consequência natural das car-gas não lineares cada vez mais frequentes. no entanto esta presença é indesejável e prejudicial.

Ano XII Edição 124

Abril’16

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Celso lásaro de sousa FilHoEngenheiro eletricista e professor

EBtt instituto Federal de Educação, Ciência e tecnologia da Bahia - iFBa

artigoartigos exclusivos escritos por reconhecidos especialistas do mercado.

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as harmônicas provocam aquecimen-to dos condutores elétricos e causam in-terferência eletromagnética. além disso, cada harmônica tem um efeito notavel-mente diferente. por exemplo, as harmô-nicas múltiplas de 2 tendem a deslocar a onda fundamental como se a ela fosse somado um nível de corrente contínua. Já as harmônicas de terceira ordem e suas múltiplas tendem a causar uma corrente de neutro mesmo em sistemas perfeita-mente equilibrados.

Desta forma, para se estabelecer me-didas mitigadoras, faz-se necessário um diagnóstico das harmônicas presentes na instalação. Uma das técnicas emprega-das para isto, utiliza equipamentos que decompõem o espectro harmônico em diversos níveis, apresentando a contribui-ção percentual de cada um destes níveis em relação à onda fundamental.

a análise harmônica espectral de um local pode ser complicada, pois na grande maioria dos casos, os sinais distorcidos va-riam bastante de acordo com a demanda da instalação. Já que cada análise repre-senta uma espécie de fotografia de um instante, quando existe grande variação, a análise tende a ficar complexa.

Uma maneira mais pratica de ava-liação consiste na medição da distorção harmônica total (DHt ou tHD, em inglês). a DHt pode estar relacionada à onda de tensão (DHtV) ou à onda de corrente (DHti). ambas podem ser medidas conti-nuamente por longos períodos.

a agência nacional de Energia Elétrica (anEEL) estabelece para a faixa de tensão até 1.000 V uma distorção máxima em tensão de 10% (ref. proDist módulo 8).

no entanto, a referência técnica mais utilizada é a publicação iEEE std. 519 (iEEE = institute of Electrical and Electronics En-

gineers), que estabelece para este nível de tensão o valor de 5%.

Microgeração distribuídaEntendidos os aspectos relacionados

às harmônicas, abordemos a microgeração distribuída. a resolução normativa anEEL 482/2012, estabeleceu as condições gerais para a micro e minigeração distribuídas de energia elétrica, sendo definido como micro-geração as centrais produtoras de energia elétrica com potência instalada menor ou igual a 100 kW, que utilizem fontes hidráu-licas, solar, eólica, biomassa ou cogeração.

nesta opção tecnológica, os microge-radores de energia podem dispensar os sistemas de armazenamento com base em baterias, relativamente caros, com pequena vida útil e elevado impacto am-biental. a interligação à concessionária de energia garante o fornecimento durante os períodos nos quais a geração interna for insuficiente e os medidores bidirecionais possibilitam o processo de compensação das contas entre concessionária e gerador.

a microgeração é uma tendência mun-dial e, no Brasil, o número de instalações

prediais com esta opção vem crescendo rapidamente, já existindo vários artigos re-lacionados, nas áreas de arquitetura e en-genharia civil, debatendo aspectos da har-monização dos equipamentos envolvidos com as edificações. muita coisa também está sendo escrita, relativa à instalação de placas solares e microturbinas eólicas. pou-cos artigos, no entanto, alertam para a ne-cessária atenção às instalações elétricas da edificação, bem como para o comportamen-to das cargas alimentadas nesta topologia.

Em uma instalação de microgeração, as cargas associadas à instalação elétri-ca ficarão sujeitas a duas fontes com ca-pacidades bastante diferentes: a rede de distribuição da concessionária e os gera-dores internos.

nos períodos nos quais a alimenta-ção se der através dos geradores, o DHtV deverá se elevar consideravelmente. Esta elevação no teor de distorção harmônica irá intensificar os problemas nas cargas ali-mentadas, provocando a queima de com-ponentes, o sobreaquecimento de partes da instalação e o aumento nas interferên-cias eletromagnéticas.

realidade sustentávela microgeração distribuída é uma realidade alinhada com a busca do de-

senvolvimento sustentável e deve ser apoiada. no entanto, ela também irá fa-zer com que problemas antigos, cujos efeitos eram mais sentidos nas instala-ções elétricas industriais, passem a ser mais notados nas instalações prediais.

ainda não existem muitos estudos e artigos relacionados a este assunto, mas podemos afirmar com certeza que as instalações elétricas prediais terão que ser repensadas e ajustadas à realidade em um futuro bastante próximo.

Já há algum tempo o ensino de instalações elétricas vem sendo tratado mais como especialização do que como disciplina de graduação. com o pro-blema apresentado, será exigido mais um aprofundamento no conhecimento de projetistas instaladores e mantenedores em geral, pois as técnicas atuais terão que ser reavaliadas.