Harmônicos Causas & Efeitos

Harmônicos é definido como o conteúdo do sinal cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência do sistema de fundamentos. A corrente de harmônicos gerada por qualquer carga não linear flui da carga para o sistema de energia. Essas correntes harmônicas degradam o desempenho e a confiabilidade do sistema de energia e também podem causar problemas de segurança. Os harmônicos precisam estar claramente localizados, fontes identificadas e medidas corretivas tomadas para evitá-los.

a carga elétrica é categorizada em duas categorias

1. carga Linear: essa carga extrai tensão e corrente em forma de onda senoidal, mas em mudança de fase variada (fator de potência). Exemplo: resistores, indutores, capacitores e suas combinações são classificados como carga linear. As cargas lineares têm uma resposta suave, reta e previsível.
2. carga não linear: fontes de alimentação em corrente de tração de carga não linear em pulsos abruptos em vez de em onda sinusoidal lisa. Indica uma resposta distorcida ou que muda repentinamente. Exemplo – modernos equipamentos eletrônicos / elétricos que consistem em retificar, carregar /descarregar e circuitos de controle de fase.Harmônicos: a distorção em uma onda sinusoidal é geralmente definida em termos de vários componentes harmônicos. Harmônicos são definidos como o conteúdo do sinal cuja frequência é um múltiplo integral da frequência do sistema do fundamental. Harmônicos típicos para um sistema de 50 Hz (frequência fundamental) são o 5º (250 Hz), 7º (350 Hz), 9º (450 Hz).

   harmônicos de uma onda periódica pode ser representada por uma série de Fourier:
   f(wt) = AO + A1coswt + A2 cos2wt + B1sinwt + B2 sin2wt + —
   f(wt) = Dado não senoidal onda periódica formulário com velocidade angular w = 2 Σ f
   A0 = Const.
   A1, A2, A3 —- um coeficiente de termos de cosseno, enésimo é a ordem do harmônico.
   B1, B2, B3, — BN coeficiente de termos senoidais, nth é a ordem do harmônico.

   efeitos dos harmônicos: a corrente dos harmônicos gerada por qualquer carga não linear flui da carga para o sistema de energia. Essas correntes harmônicas degradam o desempenho e a confiabilidade do sistema de energia e também podem causar problemas de segurança. Os harmônicos precisam estar claramente localizados, fontes identificadas e medidas corretivas tomadas para evitar esses problemas. THD (Distorção Harmônica Total) pode ser calculado de acordo com o padrão IEE-519 como:

   

   onde hn é os harmônicos individuais da enésima ordem.

   fonte de harmônicos: (1) transformadores sem carga e cargas leves (2) reatores saturados (3) acionamentos de motor controlados por Tirister (4) fornos a arco (5) soldadores a arco (6) Fornos de condução (7) iluminação de descarga de gás-lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão/ alta pressão (8) lâmpadas de vapor de mercúrio de alta pressão (9) CFL/Luzes de tubo fluorescente (10) dispositivos de conservação) conversão de energia solar.

   por que se preocupar com harmônicos: A distorção de tensão é geralmente muito prejudicial porque pode aumentar o valor de pico efetivo e também a corrente RMS em alguns dispositivos conectados à rede. Para um capacitor, a impedância diminui drasticamente, pois é inversamente proporcional à frequência. Em circunstâncias normais, a distorção de tensão na rede de distribuição elétrica primária é mínima e geralmente pode ser ignorada do ponto de vista prático. Por outro lado, a distorção da forma de onda atual é comum particularmente quando o equipamento eletrônico é conectado à rede ou quando cargas não lineares são conectadas. A distorção atual, em geral, causa superaquecimento devido ao aumento das perdas e afeta todas as máquinas elétricas, transformadores etc. Isso causa derating do equipamento. A quantidade de derating dependerá de quais harmônicos estão presentes e da magnitude da corrente e resistência individuais.

   

   o componente harmônico de sequência positiva geraria um campo magnético, que gira na mesma direção que o fundamental. Um harmônico de sequência negativa geraria o campo magnético rotativo na direção inversa. O harmônico de sequência zero não giraria o campo magnético em nenhuma direção.Limites de níveis harmônicos: dependendo da rede do sistema, vários países adotaram diferentes limites para decidir os níveis de tolerância de distorção harmônica. Os intervalos de limites geralmente adotados são indicados abaixo.

   

   é necessário fixar os limites dos níveis de geração de harmônicos e tornar obrigatório para os usuários. No entanto, em nosso país ainda não foram feitas regulamentações a esse respeito. O regulamento é somente para a variação da tensão avaliado que é ± 10% e ± 2% da frequência.

   corrente Harmônica

   valor Teórico da corrente harmônica = I/h
   I = valor fundamental da atual
   h = Ordem dos harmônicos

   

   Elétrica de forma de onda com distorção harmônica…

   

   Harmônica efeitos em vários componentes

   1. Transformadores:Harmônicos em transformadores de causar um aumento na de ferro e de cobre perdas. A distorção de tensão aumenta as perdas devido à histerese e correntes parasitas e causa sobrecarga do material de isolamento utilizado. O efeito primário dos harmônicos da linha de energia no transformador é, portanto, o calor adicional gerado. Outros problemas incluem possível ressonância entre a indutância do transformador e a capacitância do sistema, fadiga térmica devido ao ciclo de temperatura e possíveis vibrações do núcleo.
   2. motor e geradores: tensão harmônica e corrente causam aumento do aquecimento em máquinas rotativas devido a perdas adicionais de ferro e cobre em frequências harmônicas. Isso reduz a eficiência da máquina e afeta o torque desenvolvido. O fluxo de correntes harmônicas no estator induz o fluxo de corrente no rotor. Isso resulta em aquecimento do rotor e torque pulsante ou reduzido. O aquecimento do Rotor reduz a eficiência e a vida útil do maquinário, enquanto o torque pulsante ou reduzido resulta em oscilação mecânica, causando fadiga do eixo e aumento do envelhecimento das peças mecânicas.

   III. movimentações de Thyrister: movimentações variáveis da frequência da C. A. Com conversor de thyrister quando operado na velocidade lenta, conduz geralmente no fator de poder pobre.

   1. Cabo De Alimentação: o nível Normal de correntes harmônicas causa aquecimento nos cabos. No entanto, os cabos envolvidos sob condição de ressonância do sistema podem ser submetidos a tensão de tensão e corona, o que pode levar à falha de isolamento.
   2. Equipamentos de medição: em geral, os harmônicos que fluem no equipamento de medição do tipo indução gerarão caminhos de acoplamento adicionais, aumentando assim a velocidade do disco e, portanto, um aparente aumento de custos.
   3. aparelhagem e relé:A corrente dos harmônicos aumenta o aquecimento e as perdas no switchgear lá abaixando sua capacidade atual normal e encurtando a vida devido aos fusíveis do esforço da tensão exigem derating devido ao calor gerado pelos harmônicos.

   VII. sistema de aterramento e desempenho do computador: em um sistema de 3 fases e neutro – quando 3º harmônicos e múltiplos são esperados, o tamanho do condutor neutro deve ser do mesmo tamanho que o tamanho do condutor de fase.Computador pendurado, perdendo instruções, dados ou mau comportamento pode ser tanto atribuído à má qualidade de energia. O earthing do equipamento informático deve ser independente e ser fixado na ligação à terra dos canos principais em um ponto – preferivelmente no ponto de entrada somente. O aterramento multiponto introduz o acoplamento a vários outros equipamentos.Rede de comunicação: o acoplamento de indução entre as linhas de transmissão de energia CA contendo harmônicos e a rede de comunicação vizinha causando altos níveis de ruído.

   1. Capacitor: capacitores para correção de fator de potência estão sempre presentes em Instalações Industriais e são mais afetados se harmônicos estiverem presentes. Capacitores não geram harmônicos, mas fornecem loop de rede para a possível ressonância. A reatância capacitiva diminui com a frequência, enquanto a reatância indutiva aumenta diretamente com a frequência. Na frequência ressonante de qualquer circuito de capacitância indutiva (LC), a reatância indutiva será igual à reatância capacitiva. Em um sistema elétrico real que utiliza o capacitor de correção do fator de potência, podem ocorrer ressonância em série e parrelel e uma combinação dos dois. No caso de um circuito em série, A impedância total na frequência ressonante reduz-se apenas ao componente resistivo do sistema. Se este componente for pequeno, altas magnitudes de corrente resultarão na frequência ressonante. No caso de um circuito paralelo, a impedância total na frequência ressonante é muito alta (aproximando-se hipoteticamente do infinito) assim, quando excitada mesmo de uma pequena fonte na frequência ressonante; uma alta corrente circulante fluirá entre o capacitor paralelo e o indutor. A tensão através da combinação paralela pode ser bastante alta. Consequentemente, se o ponto de ressonância de um ou ambos esses tipos de circuitos acontece de ser perto de uma das frequências geradas pelas harmônicas de fontes no sistema, o resultado pode o fluxo de quantidade excessiva de harmônicas de corrente e/ ou o aparecimento de excesso de tensão harmônica. Essas ocorrências podem causar problemas como falhas no Banco do capacitor; operação excessiva do fusível do capacitor e quebra dielétrica de cabos isolados. Na maioria das instalações de baixa tensão, as seguintes diretrizes podem ser seguidas:
      1. Se o KVA das cargas geradoras harmônicas for inferior a 10% do capacitor de classificação KVA do transformador pode ser instalado sem preocupação com a ressonância.
      2. Se o KVA da carga geradora harmônica for inferior a 30% da classificação KVA e o capacitor KVAR for inferior a 20% da classificação KVA do transformador, o capacitor pode ser instalado sem preocupação com a ressonância.
      3. Se o KVA da carga geradora harmônica for superior a 30% dos capacitores de classificação KVA do transformador deve ser aplicado como filtros.
      as diretrizes acima são aplicáveis quando transformadores com impedância de 5 a 6% são usados e a impedância do sistema é inferior a 1% na base do transformador.

   Filtros para harmônicos

   Para o saudável funcionamento do sistema de alimentação, duas coisas servem como diretrizes:

   1. O consumidor é responsável por manter a atual distorção dentro do permitido/níveis aceitáveis.
      2. A placa de eletricidade é responsável por manter a distorção de tensão dentro dos níveis admissíveis/aceitáveis.
      existem diferentes tipos de filtros:
      – filtros sintonizados únicos.
      – passagem alta (primeira, segunda ou terceira ordem etc.)

   um capacitor com uma reatância em série pode ser projetado para sintonizar um determinado harmônico. Ele oferece quase um caminho paralelo de impedância zero e absorve um harmônico específico. Na frequência fundamental, também ajuda na correção do fator de potência. Assim, onde quer que os filtros sejam necessários, uma parte do banco de capacitores P. F. é convertida em um filtro ou filtros. Um banco de filtros aumenta o custo de instalação do capacitor por causa de disjuntores e reatores extras.

   a corrente harmônica indesejável é impedida de fluir para o sistema de energia usando impedância de alta série para bloqueá-los ou direcioná-los por meio do caminho de derivação de baixa impedância.Os filtros da série

   devem ser projetados para transportar corrente de carga total e devem ser isolados até a tensão nominal total do sistema, enquanto os filtros de derivação são menos caros e fornecem compensação reativa na frequência fundamental. Portanto, geralmente é preferível usar filtros de derivação.