O que são harmônicos nos sistemas elétricos e o que os causa?

Em um sistema elétrico, harmônicos referem-se aos componentes com frequências que são múltiplos inteiros maiores da frequência fundamental, obtidos pela decomposição de uma quantidade alternada periódica não-sinusoidal através da série de Fourier, e geralmente são chamados de harmônicos superiores.

As principais causas de harmônicos são as seguintes:

• Existência de Cargas Não Lineares: Esta é a principal causa de geração de harmônicos. Por exemplo, dispositivos eletrônicos de potência, incluindo retificadores, inversores e conversores de frequência, os dispositivos semicondutores internos distorcerão as formas de onda de corrente e tensão durante a operação, gerando harmônicos. Tomemos como exemplo um retificador. Ele converte corrente alternada em corrente contínua. Durante o processo de conversão, a corrente de entrada mostrará uma forma de onda não sinusoidal e conterá um grande número de componentes harmônicos. Além disso, equipamentos como fornos de arco e lâmpadas fluorescentes também são cargas não lineares comuns. No processo de produção de aço em um forno de arco, a instabilidade do arco levará a flutuações de corrente e geração de harmônicos. Devido à função do reator na lâmpada fluorescente, a forma de onda da corrente também será distorcida, gerando harmônicos.

• Corrente de Excitação dos Transformadores: Quando um transformador está em operação, ocorrerá saturação magnética em seu núcleo de ferro, resultando na corrente de excitação não sendo mais uma onda sinusoidal, gerando assim harmônicos. Especialmente quando o transformador é ligado sem carga ou operando sob carga leve, os componentes harmônicos na corrente de excitação serão mais evidentes.

• Desequilíbrio do Sistema de Fornecimento de Energia: Quando as cargas de cada fase em um sistema de fornecimento de energia trifásico estão desequilibradas, isso levará à assimetria da corrente e tensão, gerando harmônicos. Por exemplo, em alguns locais industriais, devido ao equipamento diferente conectado a cada fase, pode ocorrer a situação de desequilíbrio de carga trifásica, causando a aparição de harmônicos no sistema de fornecimento de energia.

Os harmônicos podem causar aumento do aquecimento e maiores perdas em equipamentos elétricos, afetando a operação normal e a vida útil do equipamento. Eles também podem interferir nos sistemas de comunicação e desencadear ressonâncias no sistema de energia e outros problemas. Portanto, medidas correspondentes precisam ser tomadas para tratamento.