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Harmônicas
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Ano XII Edição 124 Abril’16
Microgeração
distribuída
H
á muitos anos, a literatura de eletrotécnica e as normas técnicas relacionadas às instalações elétricas tratam do problema da presença de harmônicos, sendo este, portanto, um assunto bastante conhecido e antigo da engenharia elétrica. Para entendimento do fenômeno, consideremos uma analogia com um sistema hidráulico, constituído por um tanque de água na saída, do qual tenhamos uma válvula. É intuitivo que se esta válvula for linear e operada vagarosamente, o nível do vaso irá variar quase sem nenhuma perturbação, ainda que o mesmo suba ou desça. No entanto, se no lugar da válvula linear tivermos uma válvula de abertura e fechamento rápido, e esta válvula for operada em ciclos rápidos, aparecerão perturbações na lamina d’água, na forma de oscilações. Além disso, quanto maior for a válvula em relação à capacidade do vaso, maiores serão as perturbações observadas. No sistema elétrico ocorre algo bastante similar. Se somente estivéssemos alimentando cargas lineares como as cargas resistivas representadas por chuveiros e lâmpadas incandescentes, nossa tensão se manteria puramente senoidal. Mas as cargas resistivas estão se tornando pro-
Preocupação quanto às harmônicas em instalações elétricas prediais, com microgeração distribuída. porcionalmente menos representativas nas instalações. Com a proibição das lâmpadas incandescentes, a iluminação tende a ser feita com lâmpadas fluorescentes ou lâmpadas LED, que utilizam reatores e fontes de alimentação. Do mesmo modo, os eletrodomésticos como TVs, aparelhos de som, computadores, etc, incorporam fontes de alimentação embutidas. Como consequência, a tensão de alimentação é afetada e distorcida por estas cargas, deixando de ser senoidal. Do mesmo modo que na analogia hidráulica utilizada anteriormente, quanto maior a potência das cargas em relação à capacidade da fonte, maior será o nível das distorções. No sistema elétrico, a capacidade da fonte é avaliada em termos da sua potência de curto-circuito. Quanto mais a capacidade da fonte se aproximar do infinito, maior será sua potência de curto-circuito e, consequentemente, somente cargas expressivamente grandes conseguirão pro-
Effects of harmonics over the electrical systems of buildings with distributed microgeneration must be closely monitored and, where needed, preventive and corrective measures should be taken.
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duzir alguma perturbação na tensão de alimentação. A rede de distribuição elétrica tem uma capacidade de curto-circuito relativamente elevada, portanto, pequenas cargas consumidoras produzem pequenas distorções. De acordo com as bases matemáticas atribuídas a J.B.J. Fourier, qualquer sinal periódico pode ser decomposto na soma de senóides com frequências variadas. No sistema elétrico brasileiro, a onda senoidal de 60 Hz é denominada de onda fundamental. As senóides de frequências múltiplas inteiras da fundamental são denominadas de harmônicas, enquanto as senóides com frequências múltiplas não inteiras da fundamental são denominadas de Inter harmônicas. Portanto, a presença de harmônicas e inter harmônicas em uma instalação elétrica é uma consequência natural das cargas não lineares cada vez mais frequentes. No entanto esta presença é indesejável e prejudicial.
Efectos de los armónicos en instalaciones eléctricas de edificaciones con micro generación distribuida deben ser estrechamente monitorizados y, cuando necesario, deben ser tomadas medidas preventivas y correctivas.
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As harmônicas provocam aquecimento dos condutores elétricos e causam interferência eletromagnética. Além disso, cada harmônica tem um efeito notavelmente diferente. Por exemplo, as harmônicas múltiplas de 2 tendem a deslocar a onda fundamental como se a ela fosse somado um nível de corrente contínua. Já as harmônicas de terceira ordem e suas múltiplas tendem a causar uma corrente de neutro mesmo em sistemas perfeitamente equilibrados. Desta forma, para se estabelecer medidas mitigadoras, faz-se necessário um diagnóstico das harmônicas presentes na instalação. Uma das técnicas empregadas para isto, utiliza equipamentos que decompõem o espectro harmônico em diversos níveis, apresentando a contribuição percentual de cada um destes níveis em relação à onda fundamental. A análise harmônica espectral de um local pode ser complicada, pois na grande maioria dos casos, os sinais distorcidos variam bastante de acordo com a demanda da instalação. Já que cada análise representa uma espécie de fotografia de um instante, quando existe grande variação, a análise tende a ficar complexa. Uma maneira mais pratica de avaliação consiste na medição da distorção harmônica total (DHT ou THD, em inglês). A DHT pode estar relacionada à onda de tensão (DHTV) ou à onda de corrente (DHTI). Ambas podem ser medidas continuamente por longos períodos. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) estabelece para a faixa de tensão até 1.000 V uma distorção máxima em tensão de 10% (ref. PRODIST módulo 8). No entanto, a referência técnica mais utilizada é a publicação IEEE std. 519 (IEEE = Institute of Electrical and Electronics En-
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Realidade sustentável
A microgeração distribuída é uma realidade alinhada com a busca do desenvolvimento sustentável e deve ser apoiada. No entanto, ela também irá fazer com que problemas antigos, cujos efeitos eram mais sentidos nas instalações elétricas industriais, passem a ser mais notados nas instalações prediais. Ainda não existem muitos estudos e artigos relacionados a este assunto, mas podemos afirmar com certeza que as instalações elétricas prediais terão que ser repensadas e ajustadas à realidade em um futuro bastante próximo. Já há algum tempo o ensino de instalações elétricas vem sendo tratado mais como especialização do que como disciplina de graduação. Com o problema apresentado, será exigido mais um aprofundamento no conhecimento de projetistas instaladores e mantenedores em geral, pois as técnicas atuais terão que ser reavaliadas. gineers), que estabelece para este nível de tensão o valor de 5%.
Microgeração distribuída Entendidos os aspectos relacionados às harmônicas, abordemos a microgeração distribuída. A resolução normativa ANEEL 482/2012, estabeleceu as condições gerais para a micro e minigeração distribuídas de energia elétrica, sendo definido como microgeração as centrais produtoras de energia elétrica com potência instalada menor ou igual a 100 kW, que utilizem fontes hidráulicas, solar, eólica, biomassa ou cogeração. Nesta opção tecnológica, os microgeradores de energia podem dispensar os sistemas de armazenamento com base em baterias, relativamente caros, com pequena vida útil e elevado impacto ambiental. A interligação à concessionária de energia garante o fornecimento durante os períodos nos quais a geração interna for insuficiente e os medidores bidirecionais possibilitam o processo de compensação das contas entre concessionária e gerador. A microgeração é uma tendência mundial e, no Brasil, o número de instalações
prediais com esta opção vem crescendo rapidamente, já existindo vários artigos relacionados, nas áreas de arquitetura e engenharia civil, debatendo aspectos da harmonização dos equipamentos envolvidos com as edificações. Muita coisa também está sendo escrita, relativa à instalação de placas solares e microturbinas eólicas. Poucos artigos, no entanto, alertam para a necessária atenção às instalações elétricas da edificação, bem como para o comportamento das cargas alimentadas nesta topologia. Em uma instalação de microgeração, as cargas associadas à instalação elétrica ficarão sujeitas a duas fontes com capacidades bastante diferentes: a rede de distribuição da concessionária e os geradores internos. Nos períodos nos quais a alimentação se der através dos geradores, o DHTV deverá se elevar consideravelmente. Esta elevação no teor de distorção harmônica irá intensificar os problemas nas cargas alimentadas, provocando a queima de componentes, o sobreaquecimento de partes da instalação e o aumento nas interferências eletromagnéticas.
Celso Lásaro de Sousa Filho
Engenheiro eletricista e professor EBTT Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - IFBA potência
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