apresentação harmônicas

QUALIDADE DA

ENERGIA ELTRICA

HARMNICAS NOS SISTEMAS HARMNICAS NOS SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA

Elaborao: Professor MSc: Volpiano

HARMNICAS NOS SISTEMA ELTRICOS DE POTNCIA

So deformaes que ocorrem na onda da corrente quando a redeeltrica alimenta cargas no lineares (Carga Eletrnica).

As principais fontes geradoras de harmnicas so:

Drives de motores (conversores, inversores, soft start e servo-acionamento). Nobreaks sem filtroNobreaks sem filtroRetificadores comutados pela rede de alimentaoMquinas de soldaFornos a arcoMquinas de alta frequnciaFontes chaveadas presentes em todos os equipamentos eletrnicos.Reatores eletrnicos sem filtro

Principais conseqncias geradas pelas correntes harmnicas nas redes de alimentao industrial.

Sobreaquecimento e queda de tenso nos condutores fase e principalmente no condutor neutroPresena de sobre tenses e sobre correntes nas instalaes eltricas.Queima de capacitores em bancos de correo do fator de potncia em funo da alta ressonncia.Acionamento anormal de dispositivos de proteo disjuntores, reles e chaves magnticas.Funcionamento intermitente de computadores.Funcionamento intermitente de computadores.Queda do fator de potncia gerando multas e baixo aproveitamento da energia eltrica.Interferncia nos sistemas de telecomunicaes e transferncia de dados.Alto ndice de queima de motores eltricos em funo das harmnicas de sequncia negativa e aumento das perdas do motor.Queima e falha nos transformadores em funo da 3 harmnicaQueima de instrumentos de medidas conectados em painis eltricos

TIPOS DE CARGAS INDUSTRIAIS Carga Passivas : Cargas RLC

TIPOS DE CARGAS INDUSTRIAIS Carga Ativa : Cargas Eletrnicas

REPRESENTAO DAS HARMNICAS ....

Eletricamente as correntes harmnicas podem ser representadaspelo circuito abaixo, a carga resistiva conduz a correntefundamental e as fontes de corrente representam as componentesharmnicas que se somam para gerar a forma de onda distorcida narede de alimentao.

ESPECTRO HARMNICO

O espectro harmnico da onda da corrente esta relacionado com as caractersticas da carga, por exemplo, cargas monofsicas possuem espectro harmnico completo. A ordem e a sequncia das harmnicas sero representada na tabela abaixo

Ordem Frequncia Sequncia

1h 60 Hz Positiva

3h 180 Hz Zero

5h 300 Hz Negativa5h 300 Hz Negativa

7h 420 Hz Positiva

9h 540 Hz Zero

11h 660 Hz Negativa

13h 780 Hz Positiva

15h 900 Hz Zero

17h 1020 Hz Negativa

As harmnicas so definidas em funo de sua ordem e sua sequncia, asharmnicas de sequncia positivas quando aplicadas em um motor geramtorque no sentido horrio, as harmnicas de sequncia negativas quandoaplicadas ao mesmo motor geram torque no sentido anti-horrio este efeitocausa um sobre aquecimento no motor sendo a principal razo da queimade motores eltricos em redes com problemas harmnicos.

As harmnicas de sequncia zero chamadas de homopolares nogerammovimento pelo contrrio circulam na rede de alimentaoe sesomamno

ESPECTRO HARMNICO CARGAS TRIFSICAS

movimento pelo contrrio circulam na rede de alimentaoe sesomamnocondutor neutro das instalaes eltricas gerando sobre aquecimento eperdas.

As cargas trifsicas no utilizam o neutro em sua alimentao, portanto asharmnicas de sequncia zero no esto presentes as figurasa seguirrepresentam a forma de onda da corrente na entrada de um inversor defrequncia sem filtro, e seu respectivo espectro harmnicoobserve que asharmnicas de sequncia zero (3h, 9h e 15h) no esto presentes.

ESPECTRO HARMNICO CARGAS TRIFSICASINVERSOR DE FREQUNCIA SEM FILTRO DE LINHA

ESPECTRO HARMNICO DO INVERSOR SEM FILTRO DE LINHA

CORRENTE NA

ENTRADA

ESPECTRO HARMNICO

ONDA DA CORRENTE


1h 60 Hz Positiva

5h 300 Hz Negativa

7h 420 Hz Positiva

11h 660 Hz Negativa

TABELA DAS FREQUNCIAS HARMNICAS DO INVERSOR

13h 780 Hz Positiva


19h 1140 Hz Positiva


Observe que as harmnicas de sequncia zero (3h, 9h e 15h) no esto presentes.

RETIFICADOR TRIFSICO DE 12 PULSOS SRIE

Espectro harmnico do Retificador de 12 pulsos srie

ESPECTRO HARMNICO RETIFICADOR DE 12 PULSOS


1h 60 Hz Positiva

11h 660 Hz Negativa

13h 780 Hz Positiva

23h 1380Hz Negativa

25h 1500 Hz Positiva25h 1500 Hz Positiva


37h 2220 Hz Positiva


CLCULO DAS CORRENTES HARMNICAS

Pior situao para o sistema eltrico

Rede Trifsica alimentando um conjunto de cargas

monofsicas equilibradas

FORMAS DE ONDA DAS CORRENTES NA REDE DE ALIMENTAO E NO NEUTRO DO SISTEMA ELTRICO

Apesar das cargas serem balanceadas a corrente no neutro no igual a zero, a mesma e formada pelas correntes de sequnciazero.

Como as correntes de sequncia zero se somam no neutro dasinstalaes,o valor destascorrentessermultiplicado por trs.

OBSERVAES IMPORTANTES

instalaes,o valor destascorrentessermultiplicado por trs.

Se a corrente da terceira harmnica (3h) da fase (R) for igual a(21A) por exemplo, a corrente da terceira harmnica (3h) noneutro ser igual a (63A) porque existe a contribuio dascorrentes da fase (S) e da fase (T).

ESPECTRO HARMNICO DAS ONDAS DAS CORRENTES DE LINHA E NO NEUTRO DA INSTALO

TABELA COM OS VALORES SIMULADOS

CLCULO DA SOMATRIA DAS CORRENTES HARMNICAS NA REDE DE ALIMENTAO

+

+

+

+

=2

2

hIn....

2

2

hI72

2

hI52

2

hI32

2

hI1Ih

2

0,77

2

0,8

2

1,9

2

2

2

9

2

21

2

30 2222222 ++++

++++

++++

++++

++++

++++

++++

26,75AIh

2

0,3

2

0,4

2

0,5

2222222 Ih

222

====

++++

++++

====

CLCULO DA SOMATRIA DAS CORRENTES HARMNICAS NO CONDUTOR NEUTRO

2

2

hIn....

2

2

hI212

2

hI152

2

hI92

2

hI3IN

++++

++++

++++

++++

====

21,525,4263 IN

++++++++====

44,72A IN

222 IN

====

++++

++++

====

O condutor neutro severamente danificado principalmentese sua seotransversal tiver sido reduzida, neste exemplo a corrente no neutro 67%superior a corrente na rede de alimentao.

O clculo confirma os dados prticos onde o valor de IN sempre maiorque o valor da corrente na linha de alimentao quando o sistema trifsicoalimenta cargas monofsicas no lineares.

Portanto os condutores neutros devem ter sua seo transversal

CONCLUSES IMPORTANTES

Portanto os condutores neutros devem ter sua seo transversalaumentada para suportar a elevao da corrente devido s componentesharmnicas de terceira ordem.

Sendo este um dos muitos motivos que as normas para projetos eltricosforam atualizadas para levar em considerao a influncia dascomponentes harmnicas no dimensionamento das instalaes eltricasresidenciais, comerciais e industriais.

CLCULO DO FATOR DE POTNCIA

(((( )))) (((( ))))

hI

hI1 Fd

cos . hI

hI1 FP

hI . VL . 3

.cosh I1 . VL . 3 FP

S

P FP

====

====

========

Para redes com problemas harmnicos a potncia ativa calculada emPara redes com problemas harmnicos a potncia ativa calculada emfuno da corrente fundamental, pois apenas esta gera trabalho, a potnciaaparente calculada em funo da somatria das correntes harmnicas.

A diviso da corrente fundamental pela somatria de todas ascorrentesharmnicas fornece o valor do fator de deformao (Fd) da onda dacorrente.

CALCULO DO FATOR DE DEFORMAO

0,793 Fd 26,75

21,21 Fd

26,752

30

Fd hI

hI1 Fd ========

========

CALCULO DO FATOR DE POTNCIACALCULO DO FATOR DE POTNCIA

(((( )))) (((( )))) (((( )))) 0,793 Fp 1 . 0,793 FP cos . hIhI1

FP ============

TAXA DE DISTORO HARMNICA DA CORRENTE TAXA DE DISTORO HARMNICA DA CORRENTE TAXA DE DISTORO HARMNICA DA CORRENTE TAXA DE DISTORO HARMNICA DA CORRENTE (TDHI).(TDHI).(TDHI).(TDHI).

A taxa de distoro harmnica da corrente determina adistoro harmnica total em relao componentefundamental, a equao abaixo permite calcular o valor daTDHI.

2hIn2hI92hI72hI52hI3 2

2

hI1

2

hIn..

2

2

hI92

2

hI72

2

hI52

2

hI3

TDHI

++++

++++

++++

++++

====

CALCULO DA TAXA DE DISTORO HARMNICA TOTAL

2

2

hI1

2

hIn..

2

2

hI92

2

hI72

2

hI52

2

hI3

TDHI

++++

++++

++++

++++

====

2

2

0,772

2

0,82

2

1,92

2

22

2

92

2

21 ++++

++++

++++

++++

++++

++++

0,768 TDHI 21,2116,29

TDHI

2

30

2

2

0,32

2

0,42

2

0,5

222222

TDHI

========

++++

++++

====

CALCULO DO FATOR DE POTNCIA UTILIZANDO A TDHI

(((( )))) (((( ))))++++==== cos.TDHI11

FP2

(((( )))) (((( ))))11(((( )))) (((( )))) (((( )))) (((( )))) 0,793 FP 1 . 0,76811

FP cos.TDHI1

1FP

22====

++++====

++++====

REDUO DAS HARMNICAS

INDUTORES DE LINHA.

A funo do indutor de linha no eliminar uma harmnica especfica, oque o filtro indutivo faz uma atenuao das amplitudes das correntesem todo espectro harmnico reduzindo sua influncia no sistema eltricode alimentao.

FORMA DE ONDA DA CORRENTE NA ENTRADA DO INVERSOR DE FREQUNCIA SEM O FILTRO DE LINHA E SEU ESPECTRO HARMNICO

FORMA DE ONDA DA CORRENTE NA ENTRADA DO INVERSOR DE FREQUNCIA E SEU ESPECTRO HARMNICO UTILIZANDO O FILTRO DE LINHA.

ANLISE DOS RESULTADOS

FILTROS HARMNICOS PASSIVOS

Os Filtros harmnicos passivos so construdos utilizando resistores, indutores ecapacitores, so colocados em paralelo com a rede de alimentao e funcionamnafrequncia de ressonncia da harmnica a ser eliminada.Na frequncia de ressonncia a reatncia indutiva anula a reatncia capacitiva ondeXL igual a XC isto faz com que a impedncia do circuito diminua para valoresprximos a zero.

L.C

1 w

C . w

1 L . w XC XL 2 ============

Como os filtros passivos trabalham nafrequncia de ressonncia um filtro paraeliminar uma harmnica de 3ordemdeveressonarem 180Hz os filtros de 5 e

(((( ))))

L.C2.

1 f

.L.C4.

1 f

L.C

1 .f4.

L.C

1 .f2.

L.CC . w

2222

====

============

deveressonarem 180Hz os filtros de 5 e7 ordem devem ressonar em 300 Hz e em420 Hz para eliminar estas componentesharmnicas da rede de alimentao.A grande dificuldade da aplicao dosfiltros passivos e que os mesmos no souma soluo de prateleira, devem serconfeccionados de acordo com cadaaplicao.

As principais vantagens dos filtros passivos so:

Simplicidade e confiabilidadeApresenta alto desempenho na frequncia sintonizadaAumento do fator de potncia em funo da reduo das harmnicas e daintroduo de mais capacitores que so utilizados na construo dos filtros.

As principais desvantagens dos filtros passivos so:

Deve-se utilizar um filtro para cada frequncia harmnica.Seu dimensionamento depende das impedncias da fonte e da carga instalada.Seu dimensionamento depende das impedncias da fonte e da carga instalada.Depois de sintonizados funcionam adequadamente desde que no ocorram ampliaes na carga instalada, pois a introduo de novas impedncias altera o espectro harmnico da instalao modificando a sintonia preestabelecida do filtro.Provoca aumento de consumo, os filtros so construdos com indutores e capacitores.

EXEMPLO DA APLICAO DOS FILTROA PASSIVOS

FILTROS HARMNICOS ATIVOS

FILTROS ATIVOSEMPRESA

RTA

Material retirado da apresentao da empresa RTA Material retirado da apresentao da empresa RTA Material retirado da apresentao da empresa RTA Material retirado da apresentao da empresa RTA

Material retirado da apresentao da empresa RTA

FILTROS HARMNICOS ATIVOS

Material retirado da apresentao da empresa RTAMaterial retirado da apresentao da empresa RTAMaterial retirado da apresentao da empresa RTAMaterial retirado da apresentao da empresa RTA

Material retirado da apresentao da empresa RTAMaterial retirado da apresentao da empresa RTAMaterial retirado da apresentao da empresa RTAMaterial retirado da apresentao da empresa RTA

apresentação harmônicas

Documents