O que causa harmônicos nos sistemas elétricos?

As harmonias nos sistemas elétricos são causadas por cargas não lineares que produzem formas de onda de corrente ou tensão não senoidais em sistemas de corrente alternada. As harmonias são componentes de ondas senoidais com múltiplos inteiros de frequências diferentes das frequências fundamentais. Abaixo estão algumas das principais causas de harmonias nos sistemas elétricos:

Carga não linear

Cargas não lineares são aquelas em que a corrente não está relacionada linearmente à tensão. Este tipo de carga é comum no sistema de energia, e as principais fontes incluem:

• Retificador: Um dispositivo usado para converter corrente alternada em corrente contínua, como um adaptador de energia, conversor de frequência, etc.

• Fonte de alimentação comutada: A fonte de alimentação comumente usada em equipamentos eletrônicos modernos, como fontes de alimentação de computadores, carregadores de celular, etc.

• Inversor: Um dispositivo usado para converter corrente contínua em corrente alternada, comumente encontrado em sistemas fotovoltaicos solares, estações de recarga de veículos elétricos, etc.

• Driver de frequência variável: um dispositivo usado para controlar a velocidade de um motor, amplamente utilizado no campo da automação industrial.

• Máquina de soldagem a arco: Corrente não linear é gerada durante o processo de soldagem.

• Lâmpadas de descarga de gás: como lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de sódio de alta pressão, etc., produzirão harmônicas durante a inicialização e operação.

Equipamento eletrônico de potência

Dispositivos eletrônicos de potência amplamente utilizados em sistemas de energia modernos também são importantes fontes de harmônicas:

• Conversor de frequência: usado para controlar a velocidade e torque do motor de corrente alternada, seu princípio de funcionamento produzirá harmônicas.

• UPS (Uninterruptible Power Supply) : Harmônicas são geradas quando se muda para o modo alimentado por bateria.

• Conversor: Um dispositivo usado para alterar a frequência da corrente alternada, como o conversor usado na geração de energia eólica.

Motores e transformadores

Mesmo em motores e transformadores tradicionais, podem ocorrer leves harmônicas devido a fatores como efeitos de saturação magnética:

• Motores: Especialmente na fase de partida, harmônicas podem ser geradas devido à influência de curvas de magnetização não lineares.

• Transformador: Quando o transformador trabalha na área saturada, também produzirá harmônicas.

Problemas com a própria rede

• Carga desequilibrada: Uma carga desequilibrada em um sistema trifásico pode causar a corrente neutra a conter harmônicas.

• Transmissão de longa distância: No processo de transmissão de longa distância, os efeitos de indutância e capacitância da linha podem levar à amplificação de harmônicas.

Outros fatores

• Envelhecimento do equipamento de energia: Equipamentos de energia mais antigos podem produzir harmônicas adicionais devido à degradação de componentes internos.

• Defeitos de projeto: Sistemas de energia mal projetados podem levar à amplificação ou geração de harmônicas.

Efeito harmônico

As harmônicas podem causar uma variedade de efeitos adversos nos sistemas de energia, incluindo, mas não limitado a:

• Aumento das perdas do equipamento: As harmônicas podem levar a perdas adicionais de motores, transformadores e outros equipamentos, encurtando a vida útil.

• Reduzir a eficiência do sistema: As harmônicas podem reduzir a eficiência do sistema e aumentar o consumo de energia.

• Afetar a precisão da medição: As harmônicas interferirão na precisão da medição do medidor de energia, resultando em cálculo incorreto das tarifas de eletricidade.

• Interferência no sistema de comunicação: As harmônicas causarão interferência no sistema de comunicação e afetarão a qualidade da transmissão de sinais.

• Disparar ressonância: Em alguns casos, as harmônicas podem ressoar com indutores e capacitores no sistema, causando sérios problemas de qualidade de energia.

Medidas de supressão de harmônicas

Para reduzir o impacto das harmônicas, geralmente são tomadas as seguintes medidas:

• Filtros: Instalar filtros passivos ou ativos para absorver ou contrabalançar harmônicas.

• Aumentar a indutância da carga: Aumentando a indutância da carga para suprimir harmônicas.

• Melhorar as características da carga: Usar uma carga com baixo conteúdo harmônico, como um retificador trifásico em vez de um retificador monofásico.

• Compensação reativa dinâmica: Usar equipamentos como SVG (gerador estático de potência reativa) para compensação reativa dinâmica.

Resumo

As harmônicas nos sistemas elétricos são principalmente causadas por cargas não lineares, como retificadores, fontes de alimentação comutadas, inversores, drivers de frequência variável, etc. As harmônicas podem afetar negativamente o desempenho e a confiabilidade do sistema de energia, portanto, é necessário tomar medidas apropriadas para suprimir ou eliminar as harmônicas.