A importância de uma especificação técnica detalhada para aquisição de filtros harmônicos

Os filtros harmônicos são equipamentos destinados a reduzir os valores das distorções de corrente e tensão de um determinado barramento a valores aceitáveis.  Entre os benefícios da instalação dos filtros, temos a redução de falha e/ou operação indevida de equipamentos, a redução das perdas elétricas do sistema, o aumento da vida útil de transformadores e motores e a adequação de indicadores a limites normativos.

Os sistemas de filtragem harmônica podem ser divididos em três categorias básicas:

• Filtragem com ligações especiais de equipamentos;
• Filtros harmônicos passivos;
• Filtros harmônicos ativos.

As técnicas de filtragem com ligações especiais de equipamentos utilizam os próprios equipamentos geradores de distorções harmônicas para reduzir a distorção total do sistema. Temos como exemplos mais comuns a utilização de transformadores com enrolamento em delta, o qual confina as correntes de sequência zero, e o uso de retificadores de 12 pulsos ou mais, os quais cancelam as harmônicas de maior intensidade.

Voltando para equipamentos dedicados a filtragem harmônica, foco desta coluna, podemos apresentar as seguintes vantagens de cada tipo.

Os filtros passivos, como o próprio nome diz, são baseados em elementos passivos (capacitores, reatores e resistores). Estes são tidos como a solução mais tradicional e com tecnologia bem maturada. Sua maior vantagem é o menor custo de aquisição e manutenção devido à simplicidade da solução e ao grande número de fornecedores no mercado, além de ser fácil encontrar peças sobressalentes ou para reposição. Todavia, sua desvantagem é que ele é dimensionado para um sistema elétrico específico e, caso haja mudanças consideráveis neste sistema, seu desempenho ou até mesmo sua vida útil podem ser prejudicados.

Por sua vez, os filtros ativos são equipamentos baseados em eletrônica de potência, os quais monitoram constantemente as correntes harmônicas do sistema e injetam uma corrente de mesma magnitude e frequência, porém defasada em 180º elétricos. Desta forma, filtros ativos são muito versáteis e se adaptam a diferentes sistemas. Todavia, possuem algumas desvantagens por ser baseado em eletrônica de potência, como a necessidade de condições ambientais controladas, custo de aquisição e principalmente de manutenção elevados, haja vista que são equipamentos importados e somente seu fabricante possui capacidade de fornecer peças sobressalentes ou para reposição.

Vale destacar que não existe solução “de prateleira” para filtragem harmônica. Independentemente de qual solução for escolhida, antes da aquisição e implantação de um sistema de filtragem harmônica deve-se realizar o estudo de qualidade de energia elétrica para a elaboração de uma especificação técnica detalhada. 

Esta preocupação deve ser considerada desde sistema de filtragem ligados à baixa tensão (BT), comumente indústrias, até sistemas ligados à média e alta tensão (MT e AT), estes voltados para indústrias eletrointensivas e empresas de geração, transmissão e distribuição de energia.

Voltando-se para as indústrias com filtros de baixa tensão, geralmente, são utilizadas soluções de filtros passivos, as quais reduzem a distorção do barramento e fazem o controle de reativo reduzindo o valor excedente de potência reativa. Desta forma, eles possuem dupla função, a melhoria da qualidade de energia elétrica e a redução do valor da fatura de energia elétrica. Quanto aos filtros ativos, por serem sistemas de alto valor de aquisição e manutenção, estes possuem aplicação em indústrias com sistemas críticos e cargas dinâmicas.

Já os sistemas de filtragem ligados em barramentos de média ou alta tensão nem sempre possuem como função principal o fornecimento de potência reativa. Dependendo da aplicação, o montante de potência reativa fornecido é irrelevante para o sistema e, nestes casos, os filtros possuem a função específica de filtragem harmônica. Para estes sistemas, a maioria das soluções é composta por filtros harmônicos passivos. A utilização de filtros harmônicos ativos em MT ou AT implica na instalação de transformadores para a sua conexão, pois os filtros ativos são projetados para operar em BT. Neste tipo de solução é necessário ter especial atenção na especificação da conexão do transformador de acoplamento e na exatidão do sistema de medição de forma a garantir o correto funcionamento e desempenho da solução de filtragem.

Conforme já exposto, a definição da solução de filtragem deve ser embasada em estudos adequados. Alguns dos principais pontos a serem abordados nos estudos são:

• Filtros passivos:
  • Ocorrência de ressonâncias indesejadas;
  • Eficácia do filtro considerando dessintonias;
  • Suportabilidade às correntes harmônicas;
  • Suportabilidade dos equipamentos de manobra.

• Filtros ativos:
  • Eficácia do sistema considerando os erros de medição;
  • Especificação dos TCs com exatidão necessária;
  • Para sistemas em MT ou AT, especificação do transformador de acoplamento;
  • Características ambientais necessárias ao bom funcionamento (temperatura e umidade).

A instalação de filtros sem estudos ou com estudos inadequados pode gerar diversos transtornos. Além das perdas financeiras devido ao sobre ou subdimensionamento dos componentes, os principais problemas são:

• Problemas no sistema de filtragem:
  • Redução da vida útil do sistema de filtragem;
  • Queima de componentes do sistema de filtragem;
  • Eficácia reduzida.
• Problemas no sistema de conexão:
  • Redução das distorções harmônicas aquém do necessário;
  • Aumento das distorções harmônicas;
  • Ocorrência de ressonâncias indesejadas;
  • Aumento abrupto da tensão do barramento;
  • Redução da vida útil e/ou queima de demais equipamentos ligados ao mesmo sistema.

Por fim, é importante ter em mente que nunca se deve conectar filtros harmônicos sem os devidos estudos, pois ao invés de melhorar a qualidade de energia do sistema elétrico, eles podem piorar os índices de qualidade e causar avarias em equipamentos conectados ao barramento em questão e seus adjacentes.

Autores:

Arthur Fernando Bonelli, vice-presidente da Sociedade Brasileira de Qualidade da Energia Elétrica (SBQEE);

Marco Leandro Bonelli, Lead Sales & Proposal Manager na GE;

Pedro Augustho Biasuz Block, Diretor Técnico da MAB Engenharia.