Explique detalhadamente os impactos da presença de harmônicos na elaboração de um projeto elétrico. ( 2,0 pontos)
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra explicar detalhadamente quais são os impactos da presença de harmônicos na hora de elaborar um projeto elétrico. O conteúdo aqui é Qualidade de Energia, mais especificamente Distúrbios Harmônicos. Pra resolver isso, a gente vai precisar:
- Entender o que são harmônicos e de onde vêm.
- Ver como eles atrapalham cabos, transformadores, neutro, filtros, proteção etc.
- Trazer algumas fórmulas básicas (por exemplo, THD) em LaTeX.
Passo 2
Primeiro, o que são harmônicos?
Quando a forma de onda de tensão ou corrente não é perfeitamente senoidal, ela pode ser descrita como soma de uma senoidal fundamental (50 Hz ou 60 Hz) mais senoidais de frequências múltiplas – esses são os harmônicos. Em LaTeX, a fórmula da decomposição de Fourier é:
Quando a forma de onda de tensão ou corrente não é perfeitamente senoidal, ela pode ser descrita como soma de uma senoidal fundamental (50 Hz ou 60 Hz) mais senoidais de frequências múltiplas – esses são os harmônicos. Em LaTeX, a fórmula da decomposição de Fourier é:
Aqui,
é a amplitude da fundamental e
das demais “rachadinhas” da forma de onda.
Passo 3
De onde vêm esses harmônicos?
Em um projeto elétrico tipicamente aparecem quando usamos:
Em um projeto elétrico tipicamente aparecem quando usamos:
- Fontes chaveadas (inversores, retificadores).
- Loads não lineares, como fornos de indução, fontes de PC, LEDs, inversores de frequência.
Esses equipamentos puxam corrente “picotada” e isso distorce a forma de onda.
Passo 4
Quais são os impactos diretos no projeto elétrico?
-
Sobreaquecimento em cabos e transformadores
- Devido à corrente de harmônicos, as correntes rms aumentam:
- Isso faz o condutor ou enrolamento esquentar mais, exigindo seção maior.
- Devido à corrente de harmônicos, as correntes rms aumentam:
-
Corrente no neutro em sistemas trifásicos
- Harmônicos de ordem tripla (3, 9, 15…) somam-se em fase no neutro.
- A corrente do neutro pode ficar maior que a de fase:
- Então o neutro precisa ser superdimensionado.
-
Perdas extras e derating de transformadores
- O núcleo sofre perdas elevadas por correntes de Foucault geradas pelos harmônicos.
- O transformador pode ter de ser escolhido com fator de derating:
-
Rendimento e falhas em filtros e capacitores
- Capacitores em bancos de PF podem ressoar com indutâncias da rede na frequência de algum harmônico, amplificando a distorção ou provocando sobretensão.
-
Disparo indevido de proteções e interferência em equipamentos
- Relés de proteção podem confundir pico de harmônicos com falha de curto.
- Medidores, CLPs e sensores podem ler valores errados.
Passo 5
Como medir e controlar?
- Índice de Distorção Harmônica Total (THD):
THD = raizsumn=2^infty Vn^2V1times 100% - Normas (IEEE 519, IEC 61000-3-6) definem limites de THD aceitáveis.
- Mitigação no projeto:
• Filtros passivos/ativos de harmônicos
• Seções maiores para cabos/neutro
• Escolher transformadores “robustos”
• Manter a relação carga-capacidade dentro dos limites
Resposta
A presença de harmônicos num projeto elétrico provoca aumento de correntes rms, superaquecimento de cabos e transformadores, sobrecarga do neutro por harmônicos triplos, risco de ressonância em bancos de capacitores, disparo indevido de proteções e erros de medição. Para lidar com isso, é preciso calcular o THD, seguir normas (IEEE 519/IEC 61000), superdimensionar condutores e neutro, usar filtros de harmonicos e escolher equipamentos com taxa de distorção baixa.