O que é distorção de harmônicas e por que ela é importante?

Harmônicas não são visíveis, mas seus efeitos são. A distorção de harmônicas são deformações repetitivas e contínuas das formas de onda de tensão ou corrente limpas.

Usando a análise de Fourier, uma técnica desenvolvida pelo matemático francês, podemos visualizar a magnitude das harmônicas presentes no sistema.

Fourier mostrou que qualquer forma de onda distorcida é apenas um conjunto de ondas senoidais individuais de diferentes frequências e amplitudes adicionadas. A forma de onda distorcida é composta por uma curva fundamental senoidal, mais harmônicas.

São essas ondas senoidais individuais de ordem superior que são conhecidas como harmônicas. Normalmente, nos referimos a distorções de potência na faixa de frequência abaixo de 2 kHz como "distorção de harmônicas".

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A distorção de harmônicas da forma de onda origina-se de cargas não lineares conectadas à fonte de alimentação. Todas as cargas que consomem corrente não senoidal são referidas como cargas não lineares. Os principais contribuintes para as harmônicas são:

• Fonte de alimentação no modo de chaveamento
• Equipamento de iluminação fluorescente e LED
• Fonte de alimentação ininterrupta (UPS)
• Conversores de frequência, também conhecidos como drives de velocidade variável (VSD), drives de frequência variável (VFD), conversores de frequência CA ou apenas drives

Para reduzir danos ao equipamento, as regulamentações limitam as harmônicas a níveis baixos nas redes de fontes de alimentação. A atenuação nem sempre é necessária, mas quando necessário, o dispositivo de atenuação de harmônicas pode reduzir as harmônicas para estar em conformidade com essas regulamentações. Para uma atenuação de harmônicas bem-sucedida, há muitos métodos para escolher, incluindo o uso de filtro de harmônicas, drives de front-end ativo (AFE) e muito mais.

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A distorção de harmônicas em sistemas elétricos danifica os equipamentos, causando superaquecimento, estresse por tensão e perdas de energia, que desgastam os componentes e reduzem sua vida útil. Os efeitos de mais distorção de harmônicas são de grande alcance, pois afetam cada peça de equipamento elétrico conectado ao mesmo sistema.

A distorção de harmônicas excessiva pode causar superaquecimento de cabos e motores. Motores, comutadores, fusíveis, cabos e equipamentos de medição sensíveis são todos afetados. A distorção com conteúdo de harmônicas pode até interferir com dispositivos críticos de telemetria e comunicação, como sistemas Wi-Fi.

Isso pode levar à falha prematura do equipamento, como fusíveis queimados, disjuntores desarmados ou motores superaquecidos, podendo afetar toda a instalação industrial se não forem implementadas medidas corretivas, como filtro de harmônicas ou melhorias na qualidade da energia.

A imagem mostra a influência de geradores de distorção de harmônicas no superaquecimento de motores elétricos.

A distorção de harmônicas aumenta as faturas de energia aumentando as perdas do sistema e reduzindo a eficiência geral do sistema.

Essa energia desperdiçada é um grande problema de custos operacionais para os usuários industriais.

Para reduzir a fatura total enquanto ainda obtemos a mesma quantidade de energia útil, precisamos reduzir a distorção de harmônicas.

As faturas de eletricidade são compostas por energia ativa e reativa. Somente a potência ativa é utilizável, mas pagamos por ambos os componentes. O custo adicional pode afetar a lucratividade.

As distorções de potência, incluindo harmônicas, são mais do que apenas irritantes. Eles podem parar seus processos, causando tempo de inatividade e interrupções em suas linhas de produção. Eles também afetam o CAPEX ao comprar equipamentos e combustíveis para operar sua fábrica, o que tem um grande impacto nas metas de custos operacionais.

A distorção de harmônicas e a distorção em geral também afetam as metas de emissão de gases de efeito estufa (GEE) em todos os escopos (emissões de escopo 1, 2 e 3). A distorção da fonte de alimentação resulta nos seguintes resultados indesejáveis:

• O equipamento é sobredimensionado para resistir a danos
• O equipamento opera ineficientemente
• A distorção impede que iniciativas de eficiência energética avancem

A boa notícia é que a distorção de harmônicas, incluindo harmônicas de alta frequência e harmônicas de ordem inferior, pode ser atenuada. Ao implementar medidas para manter a distorção de tensão em níveis baixos, você pode:

• Aumentar a capacidade de carregamento do transformador. Isso significa que você pode reduzir o tamanho dos transformadores e geradores necessários
• Prolongue a vida útil do equipamento
• Aumentar a eficiência do equipamento, para perdas menores
• Reduzir o risco de desarmes elétricos e paradas de produção

As harmônicas causam imprecisão nas redes distorcendo a forma de onda elétrica, o que pode afetar negativamente o desempenho de equipamentos e sistemas sensíveis. À medida que mais dispositivos elétricos não lineares são adicionados a um sistema, o sistema se torna mais vulnerável a essas distorções.



Portanto, é importante considerar as harmônicas e a maneira de atenuá-las, para construir um sistema resiliente que não falhe.