Limites das distorções harmônicas nas instalações elétricas

O tratamento dos limites das distorções harmônicas nas instalações é sempre um assunto considerado pelas equipes de manutenção quando algum equipamento não opera adequadamente e alguma causa específica não seja identificada. As normas aplicáveis são diversas e possuem abordagens em diversos cenários considerados.

Ponto de Acoplamento Comum (PAC)

As normas consultadas relativas aos limites das distorções harmônicas de tensão e de corrente em instalações tratam de forma geral dos limites desejáveis nos pontos de acoplamento comum e que pode ser considerado de forma aproximada como o ponto de entrega de energia da concessionária ao consumidor. Na literatura internacional este PAC é tratado como PCC.

Particularmente, as distorções harmônicas de tensão – DTT (Prodist) ou THDV (internacional) – são tratadas e apresentam valores limites pelas normas: Módulo 8 do Prodist, IEEE 519, IEC,61000-2-2, EM 50160 e outras, com valores não exatamente iguais e que variam entre 5% a 10% de conteúdo harmônico total, dependendo da tensão de alimentação e outras variáveis como o tipo ou aplicação de carga. É importante notar que estas normas que estabelecem limites de operação não tratam dos comportamentos das cargas distorcidas e nem sobre a especificação de instrumentos de medição que são tratadas por outras normas como as da família IEC 61000 referenciadas ao final do texto.

A questão principal nas instalações industriais (e estamos tratando dos barramentos internos das plantas) estaria na imunidade das cargas às distorções de tensão de alimentação das mesmas (e naturalmente aos outros distúrbios que não são ora tratados), e que pode ser interpretada como a capacidade de estes equipamentos operarem sem falha quando tais eventos ocorrem e até quais proporções. Assim, um servidor de TI, com especificação que possa apresentar uma tolerância à distorção total de tensão[i] de 5% ou 8% deverá ser alimentado dentro destas características. Somente uma monitoração ou medição das harmônicas (e/ou outras variáveis) de forma conveniente em ponto tão próximo quanto possível onde tal servidor estaria operando responderia a esta condição de operação. Caso as premissas não fossem atendidas, ações corretivas seriam necessárias.

Comportamento da instalação

Até aí, nada que esteja fora dos padrões naturais de uma pesquisa. Um ponto importante nesta análise deve considerar o comportamento das instalações elétricas quando alimentam estas cargas distorcidas. Em uma análise “vertical” do diagrama unifilar, espera-se que a impedância aumente da fonte para a carga e assim será o comportamento das distorções de tensão da instalação. Serão também incrementadas da fonte para a carga proporcionalmente ao aumento das impedâncias as cargas não lineares que causam a circulação das correntes harmônicas.

O exemplo ilustrado na Figura 1 considera uma carga trifásica de 400kVA com baixo fator de potência com distorção harmônica de corrente de 30% na 5ª harmônica e 10% na 7ª harmônica alimentada com circuito com distância de 150 metros (dimensionado conforme a ABNT NBR 5410) originado em Trafo de 750 kVA em alimentação exclusiva. Vale notar o comportamento da distorção total de tensão THDV nos dois barramentos, junto ao transformador (da ordem de 4,8%) e junto à carga (7,5%), confirmando, então, as previsões iniciais com o aumento da distorção de tensão da fonte para a carga.

Outro ponto importante característico de cada instalação é relativo ao tipo de carga que se está tratando. Em um barramento específico de alimentação de motores de sistema de bombeamento de água ou refrigeração, por exemplo, poderia ter uma tolerância maior de distorção de tensão que aquele que alimenta equipamentos eletromédicos em um mesmo hospital e a própria IEEE 519 assim considera nos limites recomendados.

Destas conclusões, ações corretivas seriam tratadas de forma seletiva (a exemplo do servidor acima mencionado), como a alimentação por UPS dos eletromédicos ou mesmo a instalação de um filtro no local.

Não há regras gerais, principalmente, para a distribuição de baixa tensão, mas é fundamental que a fonte esteja de acordo com as especificações dos equipamentos de utilização e cargas em função da sua sensibilidade e imunidade.

O comportamento e o controle da distorção harmônica de corrente estão relacionados à distorção de tensão. Portanto, não é usual e, de forma geral, não faz sentido se preocupar com controle de correntes harmônicas em situações com baixas distorções de tensão (normalmente onde a relação da potência da fonte com a carga distorcida é maior que 2 e as impedâncias dos circuitos de distribuição são desprezíveis). A IEEE 519 apresenta um critério para limitação das correntes harmônicas, com o objetivo de preservar a distorção de tensão nos barramentos.

Figura 1 – Simulação do comportamento da distorção de tensão e outras variáveis em sistema de alimentação industrial.

Algumas conclusões:

• Os limites de compatibilidade são em geral referenciados ao PAC;
• Deve-se entender a compatibilidade entre fontes e cargas nos principais barramentos das instalações, checando, sempre que necessário, com medições adequadas;
• Soluções corretivas devem ser tomadas onde as distorções de tensão não são adequadas e podem incluir desde a especificação de melhores equipamentos, mudanças de fontes e das instalações, instalação de filtros e outras ações corretivas;
• Cuidados devem ser tomados, pois a interligação dos barramentos da indústria pode sofrer interferências de outros onde as cargas não lineares estejam alimentadas e mesmo onde outros fenômenos possam ocorrer como as ressonâncias harmônicas.

Referências

• ANEEL- Prodist – Módulo 8 – Revisão 8
• IEC 61000-3-2/IEC 61000 3-3/IEC 61000-3-4 – Limites de emissão de corrente por equipamentos
• IEC 61000-2-2 – Níveis de compatibilidade em sistemas públicos de baixa tensão
• IEC 61000-2-4 – Níveis de compatibilidade em instalações industriais
• IEC 61000-4-30 – Sistemas de medição
• IEEE1159- Monitoração de Qualidade de Energia
• IEEE 519 – Harmônicas em Sistemas elétricos

1Distorção Total de Tensão – DTT (prodist) ou THDV (internacional)