Supraharmônicas

Objetivo do Artigo deste Tema

O tema supraharmônicas é muito pouco conhecido pelos engenheiros eletricistas e está mudando significativamente o ambiente de qualidade de energia, pois estão se tornando a próxima grande preocupação com a qualidade de energia.

Por que têm ocorrido os aumentos dos problemas de supraharmônicas? O motivo se deve ao fato da integração da geração distribuída e cargas com elevada frequência de chaveamento na faixa de 2 a 150 kHz.

O que são as supraharmônicas?

O termo supraharmônico foi introduzido pela primeira vez na Reunião Geral do IEEE PES de 2013. Em resumo são harmônicas de tensão e corrente de elevada frequência na faixa de 2 kHz a 150 kHz.

Os principais equipamentos geradores das supraharmônicas são apresentados a seguir: 

• Cargas retificadoras ativas e fontes chaveadas
  – Inversores Active Front End (AFE)
  – Estações de Carregamento de Veículos Elétricos (EV) e outros carregadores de bateria
  – PCs, LED e outras iluminações, eletrônicos de consumo e outros equipamentos domésticos, especialmente de fator de potência corrigido (PFC)
• Inversores usados em Sistemas de Energia Alternativos:
  – Sistemas Solares Fotovoltaicos (PV)
  – Turbinas Eólicas
  – Sistema de Armazenamento de Energia a Bateria (BESS – Battery Energy Storage Systems)
  – UPS – Uninterruptible Power Supplies)
• Filtros Harmônicos Ativos (AHF – Active Harmonic Filters or APF – Active Power Filters)

Níveis de Compatibilidade em Função da Faixa de Frequência

Esses níveis de compatibilidade eletromagnéticas referem-se a sinais de tensão medidos de modo comum, entre fase e terra (modo diferencial). A Tabela 1 mostra esses limites de acordo com a frequência supraharmônica:

Figura 1 – Níveis de compatibilidade conforme IEC 61000-2-2 2018

Os analisadores de qualidade de energia possuem softwares que mostram esses limites e também, as amostras coletadas. A Figura 2 mostra o software WinPQ da a-eberle alemã.

Analisadores de qualidade de energia normalmente medem ordens harmônicas até a 50ª ordem. Isso equivale a 3 kHz em 60 Hz (2500 Hz em 50 Hz).

Figura 2 – Limites de Supra-Harmônicas.

Para conseguir fazer essas medições são necessários medidores com elevadíssima taxa de amostragem, como o equipamento PQ-Box 300 da a-eberle.

Efeito das Supra-Harmônicas nos Equipamentos

Figura 3 – Efeito da suprahamônicas em equipamentos

Soluções para Mitigar as Supra-Harmônicas

A Figura 4, retirada da monografia de mestrado de Teemu Närhi da Lappeenranta–Lahti University of Technology LUT – 2023, mostra um diagrama de blocos indicando soluções de curto prazo e de longo prazo.

Figura 4 – Diagrama de Blocos orientativos para mitigação das supraharmônicas.

No treinamento de harmônicos e qualidade de energia, são estudadas as supra-harmônicas com mais detalhes. Para evoluir neste tema, entre em contato através do e-mail [email protected] e você receberá as informações mais detalhadas sobre este treinamento. Adicionalmente, a EngePower é representante exclusiva de medidores de qualidade de energia a-eberle.

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Sobre o autor:

Cláudio Mardegan é CEO da EngePower Engenharia, Membro Sênior do IEEE, Membro do Cigrè | [email protected]