Mitos e verdades Compensação de energia reativa, distorções harmônicas e correção do fator de potência em instalações elétric

set, 2012

Edição 79 – Setembro de 2012

Por José Starosta

Algumas “lendas” têm sido criadas e contadas em verso e prosa, algumas até com alguns fundamentos, outras nem tanto. Apresentamos nesta e na próxima coluna alguns comentários de caráter geral, a fim de elucidá-las e eventualmente esclarecê-las. O entendimento dessas histórias (ou de suas raízes) nos dá a possibilidade de entender fenômenos como que “do fim para o começo”, ou ainda, quais as explicações e que nível de treinamento careceria nossa valorosa turma de profissionais ligada às áreas de projetos, execução, manutenção e operação de instalações e de processos industriais. O entendimento de cada um dos temas merece reflexão. Algumas “sacadas” práticas e analogias chegam a ser sensacionais, no entanto, a maioria merece desmistificação.

 

“Partidas de motores geram harmônicas”

 

Por definição, as correntes harmônicas não são fenômenos transitórios como as partidas clássicas de motores o são; apesar de ser possível avaliar as componentes harmônicas de cada ciclo da corrente elétrica deste regime mesmo quando controladas pelos sistemas de partida suave ou por soft starters. Dessa forma, as partidas de motores apresentam correntes transitórias que podem gerar transitórios de tensão ou transientes.

Como as harmônicas de tensão e corrente são classicamente definidas como fenômenos de regime permanente, portanto, mesmo que haja distorção das formas de onda durante este processo, não se pode considerar que partidas de motores seriam processos de geração de correntes e tensões harmônicas em regime permanente.

A “norma” não tolera tensão terra-neutro maior que “U” (em que “U” varia de 3 V a 5 V). 

Até então não existe uma norma publicada que restrinja ou limite a tensão “terra-neutro”. O que pode ocorrer nesta situação, segundo alguns fabricantes de equipamentos de Tecnologia de Informação (TI), é a existência de ruídos de modo comum que podem prejudicar a operação dos equipamentos.

E como “solução” para o item anterior, “aterrando-se os neutros em todos os quadros terminais, a tensão terra-neutro desaparece”

De fato, e por razões óbvias, a ligação do barramento de neutro dos quadros de distribuição ao barramento do condutor de proteção (terra) da instalação eliminaria a tensão terra-neutro; contudo, o neutro só deve ser aterrado em sua origem, isto é, junto aos terminais de neutro das fontes, sejam elas transformadores, UPSs, geradores ou mesmo transformadores isoladores. O multiaterramento do condutor neutro ao longo da instalação transforma o esquema de aterramento TNS em um TNS com possibilidades de loops de corrente e problemas de compatibilidade eletromagnética, com condução de correntes de neutro pelo condutor de proteção. A ABNT NBR 5410 recomenda que a alimentação de cargas de tecnologia de informações utilize o esquema de aterramento TNS por razões de compatibilidade eletromagnética.

A solução usual e recomendada para manter a tensão terra-neutro de quadros de distribuição e terminais em níveis aceitos pelos fornecedores de equipamentos de TI é a instalação de transformadores isoladores com enrolamentos delta no primário e estrela no secundário, localizados tão próximo quanto possível à carga e com fator “k” adequado.

“Capacitores com tensões nominais superiores às da tensão nominal da instalação em que serão aplicados são imunes a efeitos de ressonância e suportam bem as harmônicas”

A ressonância ocorre independentemente das características de tensão nominal dos capacitores, dependendo fundamentalmente de sua capacitância e das outras impedâncias da instalação. Eventuais sobretensões decorrentes de circulação de harmônicas em baixas quantidades podem de fato ser até suportadas em capacitores com tensões nominais superiores, no entanto, a situação não evitará a queima precoce e a redução da sua vida útil. Deve-se ainda considerar que este tipo de prática não permite que os capacitores forneçam a energia reativa nominal. A energia reativa fornecida nesta situação é reduzida na razão do quadrado da relação da tensão da rede pela tensão nominal. Isto é, um capacitor de 30 kvar / 380 V, ligado a uma rede 220 V, fornecerá apenas 10 kvar.

“A manutenção de tensões de operação de barramentos superiores à tensão nominal das cargas garante boa condição de operação aos motores“

Esta condição de operação na maior parte das vezes motivada pela necessidade de operação dos motores na ocorrência de afundamentos na rede (por razões internas ou externas) aumenta as perdas na instalação uma vez que as mesmas são proporcionais ao quadrado da tensão. Também nesta condição os motores consomem maior quantidade de energia reativa, reduzindo o fator de potência. O ideal é manter as tensões de operação dos barramentos tão próximas quanto possíveis das tensões nominais com o uso adequado de sistemas de controle de partida, compensação de energia reativa e filtros, além de naturalmente sistemas bem dimensionados e especificados.

“Um bom aterramento elimina as harmônicas”, ou ainda, “determinados dispositivos aterram as harmônicas”

As harmônicas circulam pelos circuitos, fontes e cargas das instalações junto à componente fundamental. Um bom aterramento e, principalmente, ligações equipotenciais adequadas podem melhorar o desempenho das instalações em determinados aspectos, contudo, não modificam o comportamento das harmônicas de corrente e tensão nestas instalações. A aplicação de filtros passivos ou ativos pode, no máximo, desviar e controlar estas correntes.

Recomenda-se cuidado com “determinados equipamentos” encontrados em instalações que oferecem verdadeiros milagres quanto à “solução combinada de problemas” de harmônicas, redução de consumo de energia, surtos, transientes e outros (em um só dispositivo!? Só falta oferecer mesmo o “moto-cont&

iacute;nuo”!). Testes de operação efetuados com estas caixinhas resultaram em “nenhuma diferença”, ou seja, dentro destas caixas pretas com dimensões reduzidas encontram-se aparentemente alguns dispositivos passivos sem função. Por maior que sejam as vantagens apresentadas, estes “dispositivos Bombril” carecem de provas laboratoriais.

“Cargas monofásicas em instalações trifásicas, se balanceadas, não geram correntes no neutro”

A presença da 3ª harmônica e de múltiplas no espectro de corrente de cargas não lineares e monofásicas faz com que a corrente do neutro nos circuitos alimentadores dos quadros de alimentação destas cargas alcance valores de até 70% acima da corrente das fases devido à soma destas componentes de 3ª harmônica e múltiplas das correntes das fases no condutor neutro. Ou seja, um circuito contendo 100 A nas três fases e 170 A no condutor neutro é uma situação perfeitamente possível e explicável, mesmo que não exista corrente fundamental no neutro.

“Instalações que contenham componentes harmônicas ou cargas “nervosas” não são passiveis de solução para compensar a energia reativa e o pagamento de excedentes de energia reativa à concessionaria é a única saída possível”

O atual estado de desenvolvimento tecnológico de equipamentos permite algumas soluções aplicáveis. O uso de sistemas antirressonantes e, em particular, a compensação de energia reativa em tempo real com manobra estática aliada a estes reatores anti-ressonantes são algumas das possibilidades.

Continue a ler sobre mitos e verdades em compensação de energia reativa, distorções harmônicas e correção do fator de potência em instalações elétricas nesta coluna na próxima edição.

Comentários

Deixe uma mensagem