Poluição Harmónica - Causas

A poluição harmónica numa rede eléctrica resulta da existência de cargas não lineares.
O que são cargas não lineares:

• Iluminação (balastros electrónicos)
• Televisores
• Microondas
• Computadores
• UPSs
• Impressoras
• Variadores de frequência
• Suavizadores de arranque
• Rectificadores / reguladores de tensão
• Fornos de arco
• Electroquímica
• Locomotivas eléctricas

O peso das cargas não lineares tem vindo a crescer e esta tendência mantém-se. Nos países desenvolvidos o peso deste tipo de cargas ultrapassa os 50%.
A poluição harmónica é um fator de degradação da qualidade da onda de tensão, tendo reflexos, imediatos ou a prazo, sobre equipamentos e sistemas.
Existem meios de controlo da poluição harmónica. A saber - Filtragem Passiva ou Ativa:

1. Filtragem Passiva (filtro clássico, circuito LC):

• Vantagens : circuito passivo e simples, custo relativamente baixo
• Inconvenientes : exige tantos filtros quantas as harmónicas a filtrar, eficácia variável no tempo, Anti-ressonante (amplifica as harmónicas de frequência inferior à frequência a filtrar), dificuldade de reforçar a potência, interação entre instalações vizinhas

1. Filtragem Ativa (controlo electrónico):

• Vantagens : Filtragem simultânea em algumas harmónicas, eficácia não variável no tempo, não tem o fenómeno de ressonância, sem interação com instalações vizinhas, possibilidade de compensar outros fenómenos (filcker, desequilíbrio)
• Inconvenientes : circuitos relativamente complexos, custo elevado

Problemas causados pelas Harmónicas

As harmónicas podem causar problemas nas instalações Industriais, Edifícios e Sistemas de Comunicação.

A poluição harmónica tem efeitos negativos sobre as redes eléctricas, afectando equipamentos e sistemas

Os problemas nas instalações Industriais e Serviços ( Edifícios) podem ser:

• Transformadores - sobreaquecimento, ressonância entre a indutância e as capacidades do sistema, saturação, vibrações nos enrolamentos e desgaste do isolamento entre laminas do circuito magnético
• Máquinas rotativas - sobreaquecimento, vibrações, binários pulsanres
• Rectificadores, reguladores de tensão e UPSs - múltipla detecção de cruzamento, valores elevados de dV/dt que podem levar ao disparo indevido de tiristores
• Sobreaquecimento excessivo do condutor neutro
• Vibrações dos quadros de distribuição de Baixa Tensão
• Funcionamento anormal nos circuitos de protecção e controle (actuação intempestiva das protecções, perturbação das suas características de interrupção)
• Erros de medida (Contadores de energia, Amperímetros, etc..) - diminuição da precisão
• Danos nas baterias de condensadores - aumento da dissipação térmica e deterioração do seu dieléctrico
• Aumento das quedas de tensão na rede de distribuição de Baixa Tensão
• Aumento das perdas nas redes e equipamentos (sobreaquecimentos) levando ao envelhecimento precoce da instalação
• Aumento das perdas nos cabos eléctricos (efeito pelicular)
• Equipamentos e instrumentos de medida (instrumentação) - funcionamento incorrecto

Os problemas nas instalações de Sistemas de Comunicação podem ser:

• Acoplamento indutivo e interferência nas linhas telefónicas - a proximidade entre linhas telefónicas e condutores
• Interferência nos sinais de radio e TV
• Danos nos dispositivos a semicondutor

Valores típicos do fator de potência

Eis os valores típcos do fator potência:

      Tipo de equipamento                                   fator Potência

• Sistemas de bombagem                                0,5 a 0,85
• Sistemas de Ventilação                                 0,3 a 0,5
• Sistemas de Ar Condicionado                       0,6 a 0,8
• Elevadores                                                   0,7 a 0,9
• Iluminação Fluor. não compendada               0,4 a 0,5
• Iluminação Fluor. compendada                     0,7 a 0,8

Comparação das secções relativas dos condutores para diversos valores do Factor Potência

Para manter perdas mínimas nos condutores; à medida que o factor potência 

diminui para a mesma carga activa, a secção tem que aumentar .

Efeitos da energia reactiva

- Aumentos das perdas na rede

- Redução da vida útil dos equipamentos 
  (dispositivos de comando)

- Penalizações tarifárias

- Substituição da capacidade instalada
     * transformador de maior potência
     * Aparelhagem sobredimensionada

- Cabos de maior secção

Fator Potência versus Carga num motor

Para se perceber como é que o fator potência é afectado pelo regime a que um motor eléctrico está sujeito, junta-se abaixo uma tabela demonstrativa.... 


Tabela - Fator de potência de motores eléctricos a diferentes cargas em percentagem do fator de potência a plena carga

Causas de um fator potência baixo

Numa instalação industrial as causas de um baixo fator de potência (cos phi) são as seguintes:

 - Motores a trabalhar em vazio por grandes periodos de tempo
 - Motores sobredimensionados para as máquinas a eles acoplados
 - Transformadores a operar em vazio ou em cargas baixas
 - Grande numero de arrancadores (balastros) em lampadas de descarga (flurescentes, vapor     de sódio,etc)
 - Fornos a arco
 - Fornos de indução electromagnética
 - Máquinas de soldar a transformador
 - Equipamentos electrónicos
 - Grande numero de motores de pequena potência a trabalhar durante um longo periodo.

Como Calcular os KVAr necessários?

TABELA PARA DETERMINAR A POTENCIA REACTIVA NECESSÁRIA PARA COMPENSAR 

Q = Energia Reactiva                   P = Energia Activa		MULTIPLICAR O COEFICIENTE DA TABELA PELA POTENCIA TOTAL EM KW PARA OBTER A POTENCIA REACTIVA NECESSÁRIA EM KVAR
		VALOR DE COSΦ DESEJADO
Tanφ=Q/P	Cosφ	0,90	0,91	0,92	0,93	0,94	0,95	0,96	0,97	0,98	0,99	1,00
4,90	0,20	4,41	4,44	4,47	4,50	4,54	4,57	4,61	4,65	4,70	4,76	4,90
3,87	0,25	3,39	3,42	3,45	3,48	3,51	3,54	3,58	3,62	3,67	3,73	3,87
3,18	0,30	2,70	2,72	2,75	2,78	2,82	2,85	2,89	2,93	2,98	3,04	3,18
2,68	0,35	2,19	2,22	2,25	2,28	2,31	2,35	2,38	2,43	2,47	2,53	2,80
2,29	0,40	1,81	1,84	1,87	1,90	1,93	1,96	2,00	2,04	2,09	2,15	2,29
1,98	0,45	1,50	1,53	1,56	1,59	1,62	1,66	1,69	1,73	1,78	1,84	1,98
1,73	0,50	1,25	1,28	1,31	1,34	1,37	1,40	1,44	1,48	1,53	1,59	1,73
1,52	0,55	1,03	1,06	1,09	1,12	1,16	1,19	1,23	1,27	1,32	1,38	1,52
1,33	0,60	0,85	0,88	0,91	0,94	0,97	1,00	1,04	1,08	1,13	1,19	1,33
1,17	0,65	0,68	0,71	0,74	0,77	0,81	0,84	0,88	0,92	0,97	1,03	1,17
1,02	0,70	0,54	0,56	0,59	0,62	0,66	0,69	0,73	0,77	0,82	0,88	1,02
0,99	0,71	0,51	0,54	0,57	0,60	0,63	0,66	0,70	0,74	0,79	0,85	0,99
0,96	0,72	0,48	0,51	0,54	0,57	0,60	0,64	0,67	0,71	0,76	0,82	0,96
0,94	0,73	0,45	0,48	0,51	0,54	0,57	0,61	0,64	0,69	0,73	0,79	0,94
0,91	0,74	0,42	0,45	0,48	0,51	0,55	0,58	0,62	0,66	0,71	0,77	0,91
0,88	0,75	0,40	0,43	0,46	0,49	0,52	0,55	0,59	0,63	0,68	0,74	0,88
0,86	0,76	0,37	0,40	0,43	0,46	0,49	0,53	0,56	0,60	0,65	0,71	0,86
0,83	0,77	0,34	0,37	0,40	0,43	0,47	0,50	0,54	0,58	0,63	0,69	0,83
0,80	0,78	0,32	0,35	0,38	0,41	0,44	0,47	0,51	0,55	0,60	0,60	0,80
0,78	0,79	0,29	0,32	0,35	0,38	0,41	0,45	0,48	0,53	0,57	0,63	0,78
0,75	0,80	0,27	0,29	0,32	0,35	0,39	0,42	0,46	0,50	0,55	0,61	0,75
0,72	0,81	0,24	0,27	0,30	0,33	0,36	0,40	0,43	0,47	0,52	0,58	0,72
0,70	0,82	0,21	0,24	0,27	0,30	0,34	0,37	0,41	0,45	0,49	0,56	0,70
0,67	0,83	0,19	0,22	0,25	0,28	0,31	0,34	0,38	0,42	0,47	0,53	0,67
0,65	0,84	0,16	0,19	0,22	0,25	0,28	0,32	0,35	0,40	0,44	0,50	0,65
0,62	0,85	0,14	0,16	0,19	0,22	0,26	0,29	0,33	0,37	0,42	0,48	0,62
0,59	0,86	0,11	0,14	0,17	0,20	0,23	0,26	0,30	0,34	0,39	0,45	0,59
0,57	0,87	0,08	0,11	0,14	0,17	0,20	0,24	0,28	0,32	0,36	0,42	0,57
0,54	0,88	0,06	0,08	0,11	0,14	0,18	0,21	0,25	0,29	0,34	0,40	0,54
0,50	0,89	0,03	0,06	0,09	0,12	0,15	0,18	0,22	0,26	0,31	0,37	0,51
0,48	0,90		0,03	0,06	0,09	0,12	0,16	0,19	0,23	0,28	0,34	0,48
0,46	0,91			0,03	0,06	0,09	0,13	0,16	0,20	0,25	0,31	0,46
0,43	0,92				0,03	0,06	0,10	0,13	0,18	0,22	0,28	0,43
0,40	0,93					0,03	0,07	0,10	0,14	0,19	0,25	0,40
0,36	0,94						0,03	0,07	0,11	0,16	0,22	0,36