Fator de potência e distorção harmônica de corrente em LEDs

out, 2018

Nas colunas de março e abril de 2017(https://www.osetoreletrico.com.br/os-cuidados-com-qualidade-de-energia-e-os-leds-parte-i/) e (https://www.osetoreletrico.com.br/os-cuidados-com-qualidade-de-energia-e-os-leds-parte-2/), apresentávamos a preocupação dos impactos na qualidade de energia devido ao uso e aplicação dos LEDs em sistemas de iluminação. Baseado em aspectos históricos, foram então apresentados alguns paralelos comuns da implantação dos LEDs com a incorporação de novas tecnologias de sistemas de iluminação em épocas anteriores. Considerando a necessidade de complemento das matérias citadas, seguem comentários adicionais, baseado em análise de medições efetuadas em sistemas de iluminação com uso de LEDs.

Do ponto de vista ideal, instalações elétricas tendem a operar e fornecer alimentação com qualidade às cargas e o que se espera é a reciprocidade das cargas alimentadas em relação à fonte, uma vez que cargas distorcidas causam distorção de tensão na rede de alimentação, alterando as condições inicias. O objetivo desta avaliação considerou a avaliação do comportamento do fator de potência e da distorção harmônica em sistemas de iluminação com aplicação de LEDs. As razões para esta avaliação consideram fundamentalmente o impacto de cargas com baixa qualidade de energia nas redes elétricas.

Medições efetuadas e análises

Foram efetuadas medições das variáveis elétricas envolvendo o fator de potência e a distorção harmônica de corrente. O fator de potência pode ser definido na frequência fundamental, também conhecido como DPF (“displacement power fator”), e como fator de potência total incluindo as harmônicas.

Foram tomados três sistemas de iluminação sendo:

  • amostra 1: luminária pública LED 120 W com driver interno, instalado no corpo da luminária;
  • amostras 2 e 3: lâmpadas Tubulares LED 18 W e driver interno às lâmpadas;
  • o instrumento utilizado é classe A (IEC 61000-3-40), com 512 amostras por ciclo com integração a cada ½ ciclo.

Amostra 1: Luminária publica: LED 120W

Figura 1- Medições de potência ativa e fator de potência – Amostra 1
Figura 2- Medições de distorção total harmônica de corrente (THDI) e corrente eficaz (Irms) – Amostra 1
Figura 3 – Espectro de harmônicas – Amostra 1
Figura 4 – Forma de onda de corrente – Amostra 1

Amostra 2: Lâmpada tubular: LED 18W

Figura 5 – Medições de fator de potência, distorção harmônica total de corrente (THDI) e potência ativa (W) – Amostra 2
Figura 6- Espectro de harmônicas corrente – Amostra 2
Figura 7 Forma de onda de corrente–Amostra 2

Amostra 3: Lâmpada tubular: LED 18W

Figura 8 – Medições de fator de potência, distorção harmônica total de corrente (THDI) e potência ativa (W) – Amostra 3
Figura 9- Espectro de harmônicas corrente – Amostra 3
Figura 10 – Forma de onda de corrente–Amostra 3

Conclusões

Pode-se observar nas figuras 1 a 10 e tabela 1 que:

  • os LEDs medidos possuem fator de potência capacitivo e isso deve estar claro nas informações técnicas, etiquetas e especificações, uma vez que esta característica poderá impactar na alimentação elétrica, principalmente quando efetuado por geradores;
  • as normas do INMETRO e outras devem estabelecer os limites indicando as características de fator de potência, se indutivo ou capacitivo, deixando a situação explícita;
  • a definição dos limites de distorção harmônica de corrente dos sistemas de iluminação é fundamental seja ele qual for. Notar que as lâmpadas tubulares testadas se prestam ao retrofit de tubulares fluorescentes que possuem distorções de corrente da ordem de 20% a 30% e fator de potência próximo da unidade;
  • sistemas de iluminação sem filtros e de baixa qualidade fazem circular nas redes elétricas correntes harmônicas de diversas frequências com formas de onda extremamente distorcidas e comprometedoras (figuras 9 e 10);
  • deve-se deixar claro se o fator de potência apresentado e especificado em sistemas de iluminação está relacionado somente à frequência fundamental (tratado por DPF) ou se o fator de potência indicado é o total que contempla as harmônicas;
  • em se tratando de especificação isolada de fator de potência (DPF ou total), esta deve ser complementada pela especificação da distorção harmônica de corrente. A simples indicação do DPF não pode ser aceita;

as cargas distorcidas possuem conhecida relação entre fator de potência e distorção harmônica de forma que cargas com alta distorção de corrente possuem baixo fator de potência indutivo. Esta situação é análoga nos LEDs, porém com a inversão da característica do fator de potência de indutivo para capacitivo (ver figura 8). Quanto maior for a distorção de corrente no LED, menor será o fator de potência, ou mais capacitiva será a carga.

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