“Oy Vey”, o que faço com a minha terceira harmônica?

Edição 99 – Abril de 2014
Por José Starosta

A expressão “Oy Vey” no idioma Ydish pode ser entendida como de lamento, desencanto ou até de desespero e pode ser aplicada em alguns casos quando alguns fenômenos não esperados (também em instalações elétricas) persistem e as causas não são encontradas, surgindo as suposições de sempre. Neste caso todos os tipos de “palpites” aparecem e deixam a turma (de operação e manutenção) literalmente de cabelo em pé.

Um dos pontos que surgem com bastante frequência nestas discussões e mesmo na sempre atualizada “rádio peão” é a percepção sobre a presença das correntes e tensões harmônicas nas instalações e “quem seria pior que quem”. O acesso aos instrumentos permite que se façam algumas medições e se encontrem afinal quais seriam as harmônicas presentes nos diversos pontos da instalação. Não vamos abordar neste instante como teria sido feita a medição e qual seria a interpretação aplicável, mas simplesmente vamos considerar que uma medição foi feita e que se pode concluir a existência e presença de harmônicas de corrente de terceira, quinta, sétima, décima primeira e décima terceira ordens, conforme ilustrado na Figura 1.

Qual harmônica seria “pior” que a outra? Será que a corrente de 105 A de 3ª harmônica seria “mais danosa” que a de 24 A em 13ª harmônica? Afinal de contas, estamos em frequência maior? 13ª harmônica equivale a 780 Hz e a 3ª harmônica a “somente” 180 Hz!

A solução para o caso não precisa chegar ao divã de um analista, mas entender a origem destas correntes harmônicas e, sobretudo, os estragos e efeitos que elas podem proporcionar nas instalações.

Figura 1 – Espectro de correntes harmônicas.

A origem das correntes harmônicas em instalações de baixa tensão seguem algumas regras que podem ajudar na identificação e solução.

A 3ª harmônica e múltiplas são normalmente originadas por cargas não lineares monofásicas (por vezes ligadas entre fases e neutro); as 5ª, 7ª ,11ª 13ª são originadas por cargas trifásicas acionadas e controladas por inversores de frequência ou outro acionamento estático com retificadores; o aspecto da tecnologia do inversor ou semicondutor irá influenciar, uma vez que os conversores ou inversores de 6 pulsos originam todas as ordens harmônicas acima citadas a partir da 5ª harmônica; já os12 pulsos somente as 11ª, 13ª e superiores. Naturalmente, os outros conversores possuem tambem suas regras próprias.

O sempre presente princípio da sobreposição dos efeitos se encarregará de incorporar todas as correntes nos alimentadores dos quadros, quadro geral, transformador e fontes e cada parte da instalação apresentará um comportamento especifico. Há de se considerar que as cargas variam e com elas as correntes harmônicas, razão pela qual a medição instantânea, conforme ilustrado na Figura 1, poderá não ser suficiente para a análise necessária, o que exige uma análise do comportamento das correntes harmônicas na base de tempo, como ilustrado na Figura 2. Especificamente, esta Figura 2 considera a medição do comportamento da 5ª harmônica (tensão e corrente), em que se observa que, com o desligamento de capacitores, houve sensível redução da corrente de 5ª harmônica no transformador com consequente redução da distorção de tensão, em sistema onde existia ressonância harmônica quando os capacitores estavam inseridos.

A análise dos efeitos das correntes harmônicas deverá considerar:

• Distorções de tensão nos barramentos por conta da circulação das correntes harmônicas, e limites aplicáveis;
• Sobrecorrentes causadas pelas correntes harmônicas;
• Ressonância harmônica causada pelas correntes harmônicas e capacitores de correção do fator de potência;
• Efeito das cargas distorcidas em fontes de contingência como geradores stand-by e reflexo nas tensões harmônicas;
• Má operação de relés e sistemas de proteção;
• Aquecimentos em circuitos, transformadores e dispositivos de proteção;
• Sobrecarga nos condutores neutros por conta da 3ª harmônica e múltiplas.

Figura 2 – Comportamento de corrente e tensao de 5ª harmônica durante um periodo de tempo.

Portanto, não se trata de uma ou outra harmônica ser potencialmente mais danosa às instalações, mas as características de sua origem e as consequências, que devem ser mitigadas.

Em instalações elétricas industriais e em prédios comerciais se observam com bastante frequência as situações:

• Distorção total de tensão (DTT ou THDV) acima de 5%, por conta de circulação de correntes típicas dos acionamentos (5ª,7ª,11ª,13ª) em sistemas com baixa potência de curto-circuito ou com altas impedâncias (como subestações em coberturas de grandes prédios).
• Ressonância harmônica entre as frequências 7ª e 13ª quando da existência de bancos de capacitores sem sistemas antirressonantes;
• Condutores neutros sobrecarregados por conta da circulação de correntes de terceiras harmônicas (as correntes de terceiras harmonicas das tres fases se somam no neutro);
• Tensões entre terra e neutro em sistemas de alimentação de cargas TI por conta do efeito descrito no item anterior.

A dor de cabeça e o transtorno causados pelas harmônicas podem ser tratados com uma boa dose de técnica, tecnologia de equipamentos, além da sempre necessária equipe de engenharia e serviços.

Doses homeopáticas de atenção ao comportamento da instalação podem ser as respostas às muitas dúvidas. “Zay Gezunt” (*) (*) Fiquem com saúde.