ARTIGO TÉCNICO-COMERCIAL
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o electricista Norcete - Engenharia Eléctrica, Lda
CYDESA
{QUANDO COMPENSA A ENERGIA REACTIVA, UTILIZA UMA BATERIA DE CONDENSADORES, OU UM FILTRO DE HARMÓNICOS?}
Uma das perguntas mais habituais com que se deparam os técnicos quando necessitam corrigir o factor de potência de uma instalação, é se uma bateria de condensadores poderá dar problemas devido a harmónicos e, por esse motivo, se será conveniente instalar condensadores de maior tensão nominal (que alguns fabricantes denominam de reforçados), ou então, conectar filtros apropriados. Com este artigo, pensamos contribuir para esclarecer esta dúvida. Para isso, depois de fazermos uma breve revisão aos conceitos sobre harmónicos e seus efeitos, analisar-se-á critérios de selecção em função de conceitos e dados simples disponíveis. Embora possamos assim, parecer pouco rigorosos, ganharemos claramente uma ferramenta prática de eleição.
HARMÓNICOS DE TENSÃO E CORRENTE Os harmónicos importados manifestam-se sob a forma de tensões harmónicas provenientes da rede e, portanto, todos os receptores da instalação serão submetidos a elas, absorvendo correntes harmónicas. Contrariamente, os harmónicos exportados, quer dizer os gerados pelos receptores anteriormente citados, manifestam-se sob a forma de correntes. Estas, ao circular pela rede, produzem tensões, que por sua vez produzem correntes harmónicas no resto dos receptores, injectando ou exportando também correntes para a rede de distribuição. Deste modo, linhas, motores, transformadores, e muito especialmente condensadores para correcção do factor de potência, sofrerão o efeito dos harmónicos.
HARMÓNICOS EM REDES ELÉCTRICAS Se se efectuarem medições de harmónicos numa instalação eléctrica, é natural que estes apareçam, tanto em tensão como em corrente. Habitualmente, estes harmónicos denominam-se harmónicos característicos, que é o mesmo que dizer, que são de ordem 5, 7, 11, 13, etc, cuja origem está, entre outras, nos conversores electrónicos trifásicos de potência ou em variadores de velocidade. Para além destes, é natural que apareçam harmónicos de 3ª ordem, com origem em receptores monofásicos, tais como PC's e iluminarias fluorescentes. Mas, supondo a inexistência de receptores dos tipos mencionados na instalação, caso harmónicos deste tipo apareçam, serão quase certamente, provenientes da rede de distribuição, seja ela em baixa ou média tensão. Visto que os harmónicos são algo de inevitável na rede ou instalações eléctricas, a pergunta que se poderá colocar será: "Que nível de harmónicos poderá considerar-se admissível?"
EFEITOS PRODUZIDOS PELOS HARMÓNICOS As correntes harmónicas sobrecarregam linhas e receptores, podendo produzir inclusive, circuitos ressonantes na presença de condensadores. Na tabela seguinte, resumem-se os efeitos.
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e St = potência do transformador T em KVA; SCONV = potência dos equipamentos de electrónica de potência CONV em KVA; QC = potência da bateria de condensadores C, para correcção do factor de potência, em Kvar. Figura 2
O mesmo será dizer que, quanto maior for a relação
,
O que quer dizer que nos situaríamos mesmo abaixo da linha tracejada. Neste caso, poderia instalar-se uma bateria convencional, mas para uma tensão de trabalho de 440V. Contudo, se existir a possibilidade de no futuro se aumentar a potência, seria mais razoável instalar directamente um equipamento dotado de filtros. O critério de selecção descrito, parte do principio - corroborado pela experiência -, de que os harmónicos acima do 7º, carecem de valor significativo. Se este não fosse o caso, deveria realizar-se um estudo particular de harmónicos.
maiores serão as tensões harmónicas e, quanto maior for a relação,
FILTROS PARA HARMÓNICOS segundo a expressão, menor será a frequência de ressonância, e portanto, maior será a possibilidade desta se aproximar dos harmónicos característicos de maior amplitude. Com esta clarificação, será possível compreender o gráfico seguinte (figura 3), útil para seleccionar o tipo mais adequado de equipamento, para a correcção do factor de potência.
Um filtro consiste num condensador ligado em série com uma reactância indutiva, sintonizados a uma determinada frequência. Nos filtros de baixa sintonização, também denominados de rejeição, esta frequência situa-se a 189 Hz abaixo do 5º harmónico de 250 Hz, que é o de ordem mais baixa com valor importante. Abaixo da frequência de sintonização, portanto a 50 Hz de frequência da rede, o filtro comporta-se como uma capacidade, corrigindo a energia reactiva como se de um condensador se tratasse. Acima da referida frequência, este comporta-se como uma indutância, evitando deste modo, ressonâncias com os harmónicos mais comuns.
Figura 3
Para casos cujos valores estejam situados abaixo da linha contínua, poderão instalar-se baterias de condensadores de tensão nominal igual à tensão nominal da rede. Para valores situados entre as linhas contínua e tracejada, será necessário aumentar a tensão nominal da bateria em cerca de 10%, por exemplo, 440V para uma tensão de rede de 400V. Para valores situados acima da linha tracejada, é recomendável instalar um equipamento com filtros de rejeição, ou de baixa sintonização. Por fim, para uma relação SCONV / ST acima dos 50%, será necessário realizar um estudo mais específico. Por exemplo, suponhamos os seguintes valores para a instalação da figura 2 : ST = 1000 KVA SCONV = 300 KVA QC = 190 Kvar
Vários destes circuitos ou filtros individuais, poderão formar escalões de uma bateria de condensadores. Simultaneamente, estes filtros reduzem até cerca de 25% as tensões harmónicas da rede. No caso de ser necessária uma redução maior, deverá recorrer-se a filtros de media ou alta sintonização. Por exemplo, um filtro de media sintonização para um 5º harmónico poderia possuir uma frequência de 225 Hz, e um de alta sintonização, 250 Hz.
para mais informações: NORCETE - ENGENHARIA ELÉCTRICA, LDA. Tel. +351 229 578 290 | Fax +351 229 578 299 E-mail: cydesa@norcete.pt www.norcete.pt
De onde se deduz: