Filtros Harmônicos: Ativos, Passivos ou Híbridos? – Parte 1/3

Filtros harmônicos nas instalações elétricas tem por objetivo adequar os níveis de distorção de tensão à operação das cargas. Alguns aspectos relacionados aos limites de imunidade pelos equipamentos que constituem as cargas quase nunca são disponíveis. Por outro lado, as normas relacionadas ao tema tratam os limites das distorções de tensão normalmente no ponto de conexão levando a discussão à qualidade do suprimento pela distribuidora ou mesmo a fontes de suprimento em emergência quando ocorrem as interrupções na rede das distribuidoras e a alimentação é efetuada por geradores.

Como o comportamento das distorções de tensão possuem comportamento variável ao longo das instalações, as impedâncias aumentam a distorção de tensão, de forma que as distorções de tensão nos barramentos mais distantes da fonte normalmente têm distorção maior que os mais próximos das fontes, como os transformadores. Em outras palavras, a distorção de tensão no QGBT é normalmente menor que aquela do quadro de distribuição próximo das cargas. Os valores das distorções totais de tensão (THDV) são da ordem de 5% até 10% dependendo da norma, nível de tensão e tipo de fonte.

As questões são sempre relacionadas ao controle da distorção de tensão, diretamente associada aos níveis de imunidade dos equipamentos, mesmo que os fornecedores dos mesmos não conheçam e muito menos declarem esses valores. A questão que muitos questionam é “porque não se limitam as distorções de corrente?”. A resposta imediata é relacionada às responsabilidades das distribuidoras, à qualidade da tensão de alimentação e às cargas relacionadas à qualidade da distorção de corrente, apesar da norma IEEE 519 apresentar uma tabela recomendando a limitação da distorção de correntes medidas nos pontos de conexão de forma a garantir distorção de tensão adequada naquele ponto.

Distribuidoras

As distribuidoras devem cuidar de suas fontes e topologias de suprimento que garantam atendimento às premissas da regulação, que dependem de potências de curto-circuito de suprimento, associadas às impedâncias das redes, capacitores e claro aos aspectos das cargas dos consumidores conectados que podem impactar na “poluição harmônica” da rede.

Consumidores

Os consumidores devem acompanhar os valores das distorções de tensão nos barramentos das instalações de forma que os equipamentos operem dentro dos limites de alimentação; leia-se também as distorções de tensão. Curioso é o fato das próprias cargas com alto grau de tecnologia embarcada serem sensíveis à alimentação distorcida e são as que geram as correntes harmônicas.

De uma forma geral, a distorção de tensão surge nas instalações pela passagem das correntes harmônicas destas cargas (chamadas de não lineares) através das impedâncias dos sistemas de alimentação (transformadores e circuitos); a distorção de tensão é gerada pela circulação das correntes distorcidas através das impedâncias dos transformadores, cabos e impedâncias das distribuidoras. 

Soluções para mitigação pelos consumidores

As soluções disponíveis para mitigação das distorções por parte dos consumidores são os filtros, desde que a qualidade do suprimento da distribuidora seja adequada. Apesar de objetivar atender limites da distorção de tensão nos barramentos da indústria, os filtros irão corrigir as correntes harmônicas que causam a distorção das tensões harmônicas. Os filtros normalmente utilizados são aqueles que controlam as correntes harmônicas e, se for o caso, a potência reativa simultaneamente, conforme segue:

1. Filtros passivos

O filtro passivo é a solução clássica para mitigação das harmônicas sendo composto por conjunto (ou conjuntos) de combinações de reatores e capacitores, de forma que quando sintonizados em frequências específicas absorvem estas correntes harmônicas, impedindo que circulem pela fonte principal, transformadores e outras fontes, reduzindo então a distorção harmônica de tensão nos barramentos de alimentação das cargas.

Note-se que esta solução deve considerar que durante a operação do filtro a energia reativa é simultaneamente injetada no sistema de forma que se obtenha compensação reativa simultaneamente à filtragem de algumas componentes harmônicas dominantes (em geral 5ªs e 7ªs harmônicas em sistemas trifásicos). No caso da existência de componentes harmônicas a serem filtradas em que não exista necessidade de compensação reativa, há o risco de sobre- compensação, não sendo o filtro passivo a solução indicada. De uma forma geral os filtros passivos podem absorver valores da ordem de até 70% das correntes harmônicas, desde que cumpridas algumas premissas como períodos de variação de carga, perfil de reativos e outros. Filtros passivos são soluções interessantes e econômicas, porém sua aplicação encontra restrições nas situações de:

-Baixo consumo de potência reativa pela carga e alto fator de potência, acima de 95% por exemplo;

-Operação dinâmica e variável da carga. Nesse caso a manobra estática deve ser avaliada caso o item anterior não ocorra.

-Inserção de transientes de manobra se operados com dispositivos de manobra mecânicos (elementos estáticos de manobra evitam essa situação).

A figura 1 indica o esquemático de um filtro passivo com manobra estática inserido em instalação industrial.

A figura 2 indica um sistema compacto aplicável em compensação reativa em plantas fotovoltaicas com mitigação das harmônicas.

Sobre o autor:

Por: Eng José Starosta – Diretor da Ação Engenharia e Instalações Ltda
jstarosta@acaoenge.com.br