36O Setor Elétrico / Abril de 2010

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Harm

ônic

os p

rovo

cado

s po

r el

etro

elet

rôni

cos

Capacitores A maior preocupação a respeito do tema que

tem sido abordado nesses fascículos em relação a

capacitoreséopossível surgimentode ressonâncias

comosistemaelétrico.Esteefeitocausasobretensões

esobrecorrentesqueafetamtantoosistemaelétrico

como os capacitores. A reatância de um capacitor

diminui com o crescimento da frequência, fazendo

ocapacitorserumcaminhopreferencialdecorrentes

harmônicas.Este fenômenoaumentaoaquecimento

eoestressedoseudielétrico.Oresultadodoaumento

do aquecimento e do estresse no dielétrico é a

diminuiçãodavidaútildocapacitor.

Algumasdiretrizesparainstalaçõesdecapacitores

podemseraplicadasemcasodeinstalaçõeselétricas

embaixatensão:

• Se apotênciaharmônicadas cargasnão-lineares,

emkVA,formenorque10%dapotêncianominaldo

transformador,capacitorespodemserutilizadossem

preocupaçãoderessonância;

• Se apotênciaharmônicadas cargasnão-lineares,

emkVA,formenorque30%dapotêncianominaldo

transformador e a potência reativa dos capacitores

for menor que 20% da potência nominal do

transformador,capacitorespodemserutilizadossem

preocupaçãoderessonância.

•Seapotênciaharmônicadascargasnão-linearesfor

maiorque30%dapotêncianominaldotransformador,

devemserempregadosfiltrosnoscapacitores.

Conforme a norma ANSI/IEEE st. 18-2002, os

capacitoresdepotênciadevemsuportarosseguintes

valoresdesobretensãoesobrecorrente:

•110%da tensãonominal, e fatorde cristamenor

Igor Amariz Pires*

Capítulo IV

Efeitos de harmônicos no sistema de distribuição e limites segundo as principais normas nacionais e internacionais – Parte III

que1,41*√2,incluindoharmônicos.

•180%dacorrentenominal,incluindoafundamental

eharmônicos.

Outro dado que apresenta a imunidade de

capacitoresatensõesharmônicasédadopor:

∑h.Uh2≤44%

Foidescrito,porumgrupodepesquisadores,um

caso realde capacitores emumprédio comercial.A

quantidade de cargas não-lineares presentes neste

ambientefezumdosbancosqueestavamemparalelo

a um dos transformadores do sistema elétrico do

prédio sofrer uma queima. Por meio de medições,

foram constatados sobrecorrentes nos capacitores e

transformadoresdevidoaosharmônicos.Oscapacitores

tinham uma potência de 20% da potência nominal

dotransformador.Asoluçãopropostafoiainstalação

de filtros de harmônicos ou sobredimensionamento

doscomponentesdainstalação,visandominimizaro

problemadeharmônicos.

Relés de proteção Formasdeondadistorcidasafetamodesempenho

derelésdeproteção,causandoumaoperaçãoindevida

oumesmoanãooperaçãodelesquandonecessário.

Umaondasenoidalacrescidadeharmônicosalterao

picodecorrente,diferenciandodoqueoreléesperaria

porpresumirquetrabalharácomumaondasenoidal.

Oângulodasharmônicasem relaçãoà fundamental

influenciatambémnodesempenhodorelé,queéalgo

difícildedefinir,devidoaumaondadistorcida,pois

cadarelétemumarespostadiferenteaestefenômeno.

37O Setor Elétrico / Abril de 2010

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Relés de diferentes fabricantes têm respostas diferentes, assim

como,emalgumasvezes,relésdomesmofabricanteemodelo.

Em um ambiente distorcido, os relés podem falhar quando

ocorrer uma falta no sistema elétrico ou,mesmo, podemoperar

quandonãohouvernenhumafalta.Relésdependentesdepicode

corrente ou passagem por zero não irão operar adequadamente

com uma onda distorcida. A presença de 3º harmônico, por

corresponderàscorrentesetensõesdesequênciazero,podecausar

operaçãoindevidadasproteçõesdeterra.

Osreléstendemaoperarmaislentamenteoucomvaloresde

correntemaisaltosnapresençadeharmônicos.Emgeral,onível

deharmônicosrequeridosparacausarosproblemasanteriormente

citados está entre 10% a 20% de THD de corrente. Como

alternativa aos relés eletromecânicos e eletromagnéticos, que

sãomaissusceptíveisaestesproblemas,utilizam-serelésdigitais

que computem valores RMS em ondas com grande conteúdo

harmônico.

Síntese dos efeitos dos harmônicos e grau de imunidade

ATabela 1 traz uma síntese dos efeitos que os harmônicos

causamnos elementos anteriormente citados, bem comoo grau

de imunidade que cada um tolera. Estes foram baseados nas

referênciasbibliográficasparacadaelementoapresentadonastrês

partesquecompõemessetema.

Tabela 1efeiTo de harmônicos em componenTes do sisTema eléTrico e graus de imunidade

Equipamento

Máquinasrotativas

Condutores

Medidoresdeenergia

Relésdeproteção

Capacitores

Transformadores

Equipamentoseletrônicos

Iluminação

Sistemasdetelefonia

EfeitosdevidoàpresençadeharmônicosTorquepulsanteRuídoaudível

SobreaquecimentoPerdadevidaútilnoisolamento

SobreaquecimentoDiminuiçãonacapacidadede

conduçãodecorrenteErronatarifação

OperaçãoindevidaInoperânciaRessonância

Perdadevidaútildodielétrico

Aumentonasperdasnosenrolamentos,ferroecomponentes

SobreaquecimentoMaiorsusceptibilidadeasagsPerdadesincronismoem

contadoresdigitaisImagensdistorcidasnostubos

catódicosDiminuiçãodavidaútilemlâmpadasincandescentes

Ruídosaudíveisemlâmpadasfluorescentes

FlickerRuídosaudíveis

Graudeimunidade

∑(UhI h)2≤1,3a2,4%

(máquinassíncronas)

∑(UhI h)2≤1,5a3,5%

(máquinasassíncronas)

∑Uh2≤10%

THDv≤20%

THDi≤10%

∑h.Uh2≤44%

Vh≤115%Vh≤180%

∑Uh2≤5%cargaplena

≤10%avazio

∑Uh2≤5%

(paracomputadores)

IT≤10000

38O Setor Elétrico / Abril de 2010

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Limites de harmônicos segundo normas nacionais e internacionais

Segundo padrões do Operador Nacional do Sistema Elétrico

(ONS),oslimitesdeharmônicosparafaixasacimaeabaixode69

kVsãodescritosnaTabela2.OTHDvparatensõesabaixode69kVé

limitadoem6%enquantoparatensõesacimade69kVestáem3%.

OsvaloresrecomendadossegundoanormaIEEEstd.519/1992

sãoapresentadosnaTabela3.

Tabela 2limiTes globais de harmônicos expressos em porcenTagem da Tensão fundamenTal

V<69kV V≥69kVÍmpares Pares Ímpares Pares

Ordem

3,5,79,11,1315a25≥27

Valorporharm.(%)

5Ordem

3,5,79,11,1315a25≥27

Valorporharm.(%)

21,510,5

Ordem

2,4,6

≥8

Valorporharm.(%)

2

1

Ordem

2,4,6

≥8

Valorporharm.(%)

1

0,5

THDV=6% THDV=3%

Tabela 3limiTes de disTorção de Tensão

Tabela 4limiTes de harmônicos individuais em sisTemas públicos de baixa Tensão

(240 v e 415 v) conforme norma iec 61000-2-2

Faixadetensão

V≤69kV69kV<V<161kV

V≥161kV

Ordemímpar

57111317192325>25

Ordemímpar–múltiplo

de3

391521>21

Ordempar

246810>12

Tensãoharmônica

(%)*

6,05,03,53,02,01,51,51,5

0,2+1,3x25/h

Tensãoharmônica

(%)*

5,01,50,30,20,2

Tensãoharmônica

(%)*

210,50,50,20,2

Distorçãototaldetensão–THDV(%)

5,02,01,5

Distorçãoindividualporharmônico(%)

3,01,51,0

NasTabelas2e3,oslimitesestabelecidossãobempróximos,

sendo a tabela do ONS mais detalhada em relação aos limites

estabelecidosparacadaharmônico.

Alguns pesquisadores transcreveram os limites das tensões

harmônicas sugeridas pela norma IEC 61000-2-2 para sistemas

públicos debaixa tensão (240V e 415V).ATabela 4 apresenta

esteslimites.

THDV(atéo40ºharmônico)<8%

* Valores em relação à tensão fundamental

NaTabela4,percebe-sequeanormaIECémenosrígidapara

sistemasdebaixatensão(THDv=8%).AnormaIEEEstd.519/1992

define limitesdedistorçãodecorrenteemumpontodo sistema

elétricoconformesuacorrentedecurto-circuitoeníveisdetensão.

JáasTabelas5,6e7trazemestasrecomendações,diferenciadas

pelonível de tensão.Háum termoutilizadonestanormaqueé

o TDD (Total Demand Distortion). Tendo a mesma formulação

matemáticaqueoTHD,diferenciandonotermododividendoque,

enquanto noTHD será a fundamental da tensão ou corrente do

sinal analisado, oTDD usará a tensão ou corrente de demanda

nominalnobarramentoanalisado.Emoutraspalavras,oTDDseria

oTHDnasituaçãoemquea fundamentalda tensãooucorrente

estivessememseusvaloresnominaisdedemanda.

Tabela 5limiTes de disTorção de correnTe para sisTemas de disTribuição (v ≤ 69 kv)

ICC/Icarga<20

20<50

50<100

100<1000

>1000

11≤h<17

2,0

3,5

4,5

5,5

7,0

23≤h<35

0,6

1,0

1,5

2,0

2,5

<11

4,0

7,0

10,0

12,0

15,0

17≤h<23

1,5

2,5

4,0

5,0

6,0

H≤35

0,3

0,5

0,7

1,0

1,4

TDD

5,0

8,0

12,0

15,0

20,0

Harmônicosparessãolimitadosa25%doslimitesdosharmônicosimparesICC=correntemáximadecurto-circuitoIcarga=demandamáximadecorrentedecarga(somentefundamental)

DistorçãodecorrenteempercentuaisdeIcarga

Harmônicosindividuais

Tabela 6limiTes de disTorção de correnTe para sisTemas de subTransmissão

(69 kv < v ≤ 161 kv)

ICC/Icarga<20

20<50

50<100

100<1000

>1000

11≤h<17

1,0

1,75

2,25

2,75

3,5

23≤h<35

0,3

0,5

0,75

1,0

1,25

<11

2,0

3,5

5,0

6,0

7,5

17≤h<23

1,75

1,25

2,0

2,5

3,0

h≥35

0,2

0,25

0,35

0,5

0,5

TDD

2,5

4,0

6,0

7,5

10,0

Harmônicosparessãolimitadosa25%doslimitesdosharmônicosimparesICC=correntemáximadecurto-circuitoIcarga=demandamáximadecorrentedecarga(somentefundamental)

DistorçãodecorrenteempercentuaisdeIcarga

Harmônicosindividuais

Tabela 7 limiTes de disTorção de correnTe para sisTemas de Transmissão (v > 161 kv)

ICC/Icarga<50

≥50

11≤h<17

1,0

1,5

23≤h<35

0,3

0,45

<11

2,0

3,0

17≤h<23

0,75

1,15

h≥35

0,15

0,22

TDD

2,5

3,75

Harmônicosparessãolimitadosa25%doslimitesdosharmônicosimparesICC=correntemáximadecurto-circuitoIcarga=demandamáximadecorrentedecarga(somentefundamental)

DistorçãodecorrenteempercentuaisdeIcarga

Harmônicosindividuais

A IEC61000-3-2define limitesdecorrentesharmônicasque

podemseremitidosporaparelhosquetrabalhamcomumacorrente

40O Setor Elétrico / Abril de 2010

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eficazmenorque16Apor fase.Osaparelhos sãodivididos em

quatroclasses:

•ClasseA:Equipamentoscomalimentaçãotrifásicaequilibradae

todososdemaisquenãoseenquadramnasoutrasclasses.

•ClasseB:Equipamentosportáteis.

•ClasseC:Equipamentosparailuminaçãoincluindodispositivos

dimmer.

• Classe D: Equipamentos contendo uma forma de onda de

correntedeentrada“especial”comumapotênciaativadeentrada

menorque600W.

Os limites para os equipamentos classeA estão expostos na

Tabela8.ParaosequipamentosdeclasseB,bastautilizarosíndices

daTabela8emultiplicá-lospor1,5.ATabela9apresentaoslimites

paraequipamentosclasseCenquantoaTabela10mostraoslimites

paraosequipamentosclasseD.

Tabela 8limiTes de correnTes harmônicas para equipamenTos classe a

conforme norma iec 61000-3-2

Ordemharmônica

(h)

3

5

7

9

11

13

15-39

C

2

4

6

01/08/40

Máximacorrente

(A)

2,3

1,14

0,77

0,4

0,33

0,21

0,15x15/h

Máximacorrente

(A)

1,08

0,43

0,3

0,23x8/h

Tabela 9limiTes de correnTes harmônicas para equipamenTos classe c

conforme norma iec 61000-3-2

Ordemharmônica(h)

2

3

5

7

9

01/11/39

Máximacorrente(%)*

2

30%xfatordepotência

10

7

5

3

* Em relação à corrente fundamental

Tabela 10 limiTes de correnTes harmônicas para equipamenTos classe d

conforme norma iec 61000-3-2

Ordemharmônica(h)

2

5

7

9

11

13

15-39

Máximacorrente(%)*

Porwatt(mA/W)

3,4

1,9

1,0

0,50

0,35

0,3

3,86/h

(A)

2,3

1,14

0,77

0,40

0,33

0,21

2,25/h

Paraequipamentoscomcorrentesacimade16Aeabaixode

75Aporfase,anormaIEC61000-3-4fixaoslimitesdecorrentes

harmônicasparaestesequipamentos.OslimitesestãonaTabela11.

Tabela 11limiTes de correnTes harmônicas para equipamenTos com

correnTes enTre 16 a e 75 a conforme norma iec 61000-3-4

Ordem

harmônica(h)

3

5

7

9

11

13

15

17

Ordem

harmônica(h)

19

21

23

25

27

29

31

33

Máxima

corrente(%)*

21,6

10,7

7,2

3,8

3,1

2

0,7

1,2

Máxima

corrente(A)

1,1

0,6

0,9

0,8

0,6

0,7

0,7

0,6

* Em relação à corrente fundamental

Conclusões gerais Nestes três últimos capítulos (do II ao IV), procurou-se

mostrar os principais efeitos que os harmônicos causam nos

seguintescomponentesdosistemaelétrico:medidoresdeenergia,

condutores, iluminação, máquinas rotativas, equipamentos

eletrônicos,interferênciatelefônica,transformadores,capacitores,

relés de proteção. Além destes efeitos, foram mostrados os

limitesdeharmônicos segundoasprincipaisnormasnacionaise

internacionais.

Os harmônicos causam perdas para o consumidor e para a

concessionáriadeenergia.Apesardestasperdas,osequipamentos

mencionadostêmumníveldesusceptibilidadeaharmônicos.Nos

limites relacionados pelas normas, a norma brasileira estabelece

6%deTHDde tensãoparao sistemadebaixa tensão. Jáo IEEE

limitaem5%enquantoaIECadmite8%deTHDdetensão.

Paracorrentesharmônicas,oIEEEapresentalimitesdadistorção

que a corrente poderá ter de acordo com a relação (divisão)

corrente de curto-circuito e corrente nominal.Quantomais alta

estarelação,olimitededistorçãodecorrentetambémserámais

alto, tendo um limite de 20%de distorção de corrente nominal

(TDDde20%).

A IEC tem várias normas que limitam a produção de

harmônicosporpartedeequipamentoseletrônicos,dependendo

desuafinalidadeepotência.Osefeitosdeharmônicosnosistema

de distribuição, em conjunto com os limites determinados

por normas nacionais e internacionais, mostram que se pode

convivercomharmônicos,desdequeelesestejamdevidamente

controlados.

Referências(Para os capítulos II, III e IV)

IEEE std. 519-1992, IEEE Recommended Practices and Requirements for

Harmonic Control in Electrical Power Systems.

OLIVEIRA, M. et al. Efeito das distorções harmônicas nas medições de energia

elétrica. III SBQEE – Seminário Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica, ST 1 –

IT 7, 8-12 de agosto de 1999, Brasília – DF.

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SBQEE – Seminário Brasileiro de Qualidade de Energia Elétrica, 17-20 de agosto

de 2003, Aracaju – SE.

VASCONCELOS, F. H. et al. Calibração de medidores de energia elétrica

Harm

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41O Setor Elétrico / Abril de 2010

Apoio

*IGOR AMARIZ PIRES é engenheiro eletricista, mestre e doutorando em

engenharia elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG),

com ênfase em qualidade da energia elétrica. CONTINUA NA PRÓXIMA EDIÇÃO

Confira todos os artigos deste fascículo em www.osetoreletrico.com.brDúvidas, sugestões e comentários podem ser encaminhados para o

e-mail redacao@atitudeeditorial.com.br

ativa em condições não senoidais. Metrologia 2003, Sociedade Brasileira de

Metrologia, 01 a 05 de setembro de 2003, Recife – PE.

SILVA, R.V. R. et al. Análise de desempenho de medidores de watt-hora sob

condições não senoidais. III SBQEE – Seminário Brasileiro de Qualidade de

Energia Elétrica, ST 8 – IT 61, 8-12 de agosto de 1999, Brasília – DF.

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