Impacto de dessintonias em filtros harmônicos passivos

jul, 2018

Até aproximadamente uma década atrás, salvo poucas aplicações, as preocupações com geração de distorção harmônica eram advindas de cargas denominadas não lineares. Havia um senso comum de que a Geração e a Transmissão de energia elétrica (G&T) eram sempre “limpas”. As únicas aplicações em que havia preocupação com distorções harmônicas na G&T eram em transmissão em corrente contínua e em compensadores estáticos.

No entanto, a matriz energética brasileira vem se diversificando e as fontes de energias renováveis estão ganhando mais espaço.  Atualmente, a energia eólica está em destaque e já representa 8% da matriz elétrica brasileira. Já a energia solar fotovoltaica encontra-se em pleno desenvolvimento com empreendimentos de grande porte entrando em operação.

Devido às características intrínsecas à fonte de energia primária, no caso, o vento e a radiação solar, há a necessidade de trabalhar com tecnologias que possam compatibilizar a energia gerada com os requisitos de conexão do sistema elétrico. Via de regra, estas conexões são realizadas por conversores de frequência que, dentre outros efeitos colaterais, geram distorções harmônicas de tensão e corrente.

O Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) solicita que os novos agentes acessantes ao Sistema Interligado Nacional realizem estudos para analisar o impacto do empreendimento no sistema elétrico brasileiro. Caso os resultados apresentem valores de distorções harmônicas acima dos limites regulatórios, é necessário implementar sistemas mitigadores, os quais podem ser compostos por filtros harmônicos passivos e/ou ativos.

Apesar do avanço da eletrônica de potência, os filtros passivos ainda possuem maior aplicabilidade, pois:

  • Os equipamentos são mais robustos e de fácil manutenção;
  • A solução está consagrada em diversas aplicações há décadas;
  • Há uma maior gama de fornecedores no mercado;
  • Na maioria das aplicações possui preço mais competitivo.

Os filtros harmônicos passivos, como o próprio nome diz, são equipamentos constituídos por elementos passivos (capacitores, reatores e resistores). A Figura 1 apresenta as três configurações mais utilizadas no sistema elétrico.

Em suma, o filtro sintonizado possui alta efetividade, no entanto, é projetado para filtrar apenas uma ordem harmônica. Já o filtro amortecido possui eficácia menor se comparado com o sintonizado, contudo, é capaz de filtrar diversas ordens harmônicas. Por sua vez, o filtro tipo C possui desempenho similar ao filtro amortecido, mas com baixas perdas.

Dentre os diversos parâmetros necessários para o correto dimensionamento dos filtros harmônicos, a dessintonia vem ganhando destaque, pois a falta de cuidado com a mesma pode implicar na ineficiência da filtragem.

Resumidamente, a dessintonia é o distanciamento da ordem de ressonância de um filtro com a frequência harmônica que se deseja filtrar. Quanto maior este valor, o filtro mitigará um percentual menor desta harmônica.

A dessintonia pode ser causada propositalmente por necessidade de projeto ou pela variação indesejada dos componentes do filtro e/ou características do sistema. No caso de não ser proposital, as variáveis que mais influenciam são: tolerância de fabricação dos componentes passivos, variação da temperatura, queima de elementos capacitivos e alteração da frequência da rede elétrica.

Os filtros sintonizados apresentam grande sensibilidade à variação da dessintonia, o que fica mais evidente quanto menor for a frequência de sintonia e/ou menor for a potência reativa. Em relação aos filtros amortecidos e tipo C, para baixos fatores de amortecimento, na ordem de 0,5 a 3, a efetividade dos mesmos praticamente não é afetada pela dissintonia, diferentemente dos casos com fator de amortecimento alto (por exemplo 10), quando a dessintonia começa a influenciar na efetividade dos filtros.

Portanto, o correto dimensionamento dos filtros harmônicos na etapa de projeto é de suma importância, visto que este afeta o real funcionamento destes equipamentos. Quanto à dessintonia, parâmetro muitas vezes desconsiderado por projetistas, esta causa grande impacto no desempenho de filtros harmônicos, principalmente nos sintonizados.

Mais informações sobre dimensionamento dos filtros harmônicos passivos e impacto da dessintonia em sua efetividade pode ser verificado no artigo da referência [2], que foi apresentado na XII CBQEE.


Referências

  • Associação Brasileira de Energia Eólica. Annual Wind Energy Report 2017. Disponível em: <http://www.abeeolica.org.br/dados-abeeolica/>. Acesso em: 19/06/2018.
  • BONELLI, Arthur F.; BONELLI, Marco L.; VACILOTO FILHO, Evandro M.; BLOCK, Pedro A. B.. Análise do Impacto de Dessintonias em Filtros Harmônicos Passivos. XII CBQEE – Conferência Brasileira sobre Qualidade da Energia Elétrica. Curitiba, 2017.

*Por

Arthur Fernando Bonelli é engenheiro de Furnas Centrais Elétricas;

Marco Leandro Bonelli atua na GE;

Evandro Marcos Vaciloto Filho atua na GE;

Pedro Augustho Biasuz Block é pesquisador do Institutos Lactec.

 

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