Harmônicos em Sistemas Elétricos

Harmônicos em Sistemas Elétricos Silvana Julia da Silveira Diniz 231 1 httpswwwyoutubecomwatchv72gelIKLKiEt24s Interação entre carga e fonte Ao sistema supridor ou fonte estão relacionadas distorções na forma de onda da tensão A natureza da carga pode levar a distorções na forma de onda da corrente e tensão 2 Interação entre carga e fonte A Qualidade de Energia Elétrica QEE é uma via de mão dupla visto que a qualidade da tensão de suprimento tem influência no perfil da corrente que circula na instalação e a natureza da carga pode influenciar o perfil de tensão 3 Interação entre carga e fonte Quando energizadas por fonte não distorcida senoidal Cargas lineares produzem correntes não distorcidas Cargas não lineares produzem correntes distorcidas não senoidais Distorcem VZ quando as correntes fluem através de Z podendo alterar a conformidade da tensão no PCC Ponto Comum de Conexão 4 Harmônicos A palavra harmônico tem origem na área de acús7ca e de instrumentos musicais com significado de múl7plo inteiro ou componentes de um tom subtons e sobretons Na engenharia o termo harmônico ou harmônica é usado indis7ntamente Uma onda periódica distorcida é o resultado da sobreposição de uma série de ondas senoidais que possui uma componente fundamental 60 Hz e um conjunto de ondas denominadas harmônicas 5 Harmônicos Cada múltiplo inteiro da comp fundamental cuja ordem é 1 define a ordem do harmônico Termos derivados são interharmônico e sub harmônico 6 Harmônicos Exemplo de formas de onda distorcidas em cargas eletrônicas 7 Harmônicos Tipos de estudo de harmônicos Estudos de fluxo de carga harmônicos servem para calcular a componente fundamental e as harmônicas das correntes de linha e tensões harmônicas de barra Os valores calculados são comparados aos valores limites estabelecidos em normas Estudos do efeito da penetração de harmônicos são de grande importância que os componentes do sistema sejam modelados corretamente para garanCr a precisão dos resultados obCdos O Método para caracterização de harmônicos mais uClizado é a Transformada de Fourier 8 Indicador da distorção harmônica total Um indicador importante rela5vo as distorções harmônicas considera a porcentagem de cada conteúdo harmônico da grandeza em relação à fundamental Outro indicador importante que agrega os conteúdos harmônicos individuais é a distorção harmônica total dada pela expressão Onde Vh é o Valor eficaz da grandeza harmônica de frequência h mul5plicada pela da rede harmônica de ordem h V1 é o Valor eficaz da grandeza na frequência da rede DHTv é o índice de distorção harmônica total da tensão 9 Medição de Harmônicos Para medição de caracterís4cas de um sinal elétrico é recomendado uso de equipamentos que opera segundo o princípio da amostragem digital PRODIST Módulo 8 Os instrumentos de medição devem observar os protocolos de medição e às normas técnicas vigentes que definem os requisitos necessários ao processamento do sinal amostrado 10 Medição de Harmônicos O processamento de medição de grandezas elétricas é iniciado com a leitura de sinais analógicos de tensão e corrente do sistema elétrico prosseguindo com o processamento do sinal 11 Medição de Harmônicos Na medição de sinais elétricos alguns procedimentos e métodos denominados protocolo de medição devem ser considerados taxa ou frequência de amostragem fs resolução da conversão analógicadigital incerteza janela de integração ou intervalo de tempo de medição 12 Medição de Harmônicos Frequência de Amostragem fs Define o número de amostras por unidade de tempo segundo ou ciclo tomado de um sinal connuo para construir um sinal discreto No domínio do tempo é medida em amostrass ou Hz O inverso de fs é o período de amostragem Ts Devese cerHficar que fs seja suficientemente alta para que todas as variações do sinal possam ser reconstruídas 13 Medição de Harmônicos Frequência de Amostragem fs O Teorema de amostragem de Nyquist estabelece que a reconstrução perfeita de um sinal quando fs 2fmáx Se este teorema não é satisfeito então o sinal resultante terá aliasing distorção 14 Medição de Harmônicos Frequência de Amostragem fs O fenômeno aliasing referese à incapacidade do sinal amostrado em baixas frequências de representar senoides condas no sinal original com frequências acima da frequência de Nyquist 15 Medição de Harmônicos Frequência de Amostragem fs Para prevenir o aliasing o sinal antes de amostrado deve passar por um filtro passabaixa cuja frequência de corte é igual à frequência de Nyquist 16 Medição de Harmônicos Frequência de Amostragem fs Para o PRODIST 2012 os instrumentos de medição de harmônicos devem considerar para fins de cálculo da distorção total uma faixa de frequência que considere desde a componente fundamental até no mínimo a harmônica de 25a ordem Já a IEC 61000430 2008 considerase a medição até a harmônica 50 ou 3kHz 60Hz para equipamentos classe A e 40a ordem para equipamentos classe S 24kHz 17 Medição de Harmônicos Resolução da conversão analógicodigital CAD CAD converte entrada analógica tensão ou corrente em um número digital binário A resolução é dada pelo número de bits 18 Medição de Harmônicos Resolução da conversão analógicodigital CAD A resolução é dada pelo número de bits 3 bits 23 8 níveis n 12 bits 4096 níveis etc Maior n menor o intervalo e mais próxima a amostra digital estará do sinal analógico 19 Medição de Harmônicos Janela de Integralização Harmônico é considerado um fenômeno de regime permanente apesar de muitos estudos atuais envolvendo o transitório dos mesmos Assim devem ser calculados a partir das amostras de janelas fixas e consecutivas No PRODIST cada janela deverá compreender uma sequência de 12 ciclos 200ms em 60Hz a 15 ciclos 250 ms em 60Hz 20 Medição de Harmônicos Sistema de Medição segundo a ANEEL Para acompanhamento da tensão em regime permanente os equipamentos de medição devem atender aos seguintes requisitos mínimos PRODIST Módulo 8 Taxa amostral 16 amostrasciclo Conversor AD 12 bits Precisão até 1 da leitura 21 Medição de Harmônicos Sistema de Medição segundo a ANEEL O processo de apuração dos valores indicados deve ser realizado normalmente em campanhas de medição com duração de no mínimo 7 dias completos e consecutivos considerando os valores integralizados em intervalos de 10 minutos Muitas vezes utilizase os níveis de percentis diário e semanal de 95 para mensurar a severidade dos fenômenos quando comparados aos valores limites estabelecidos Assim temse 95 dos valores medidos abaixo da posição correspondente e 5 acima 22 Bibliografia Aula baseada no conteúdo do material elaborado pelos professores Prof Heverton Augusto Pereira Prof Mauro de Oliveira Prates Universidade Federal de Viçosa UFV Departamento de Engenharia Elétrica DEL Gerência de Especialistas em Sistemas Elétricos de Potência Gesep 23