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:
v(t) = V1sin(omega t) + sumn=2^infty Vnsin(nomega t + phin)
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:
  • 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?
  1. Sobreaquecimento em cabos e transformadores
    • Devido à corrente de harmônicos, as correntes rms aumentam: Irms = raizI1^2 + I2^2 + I3^2 + cdots
    • Isso faz o condutor ou enrolamento esquentar mais, exigindo seção maior.
  2. 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: IN = I3 + I9 + I15 + dots
    • Então o neutro precisa ser superdimensionado.
  3. 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: k = raiz1 + sumn=2^infty l(InI1r)^2
  4. 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.
  5. 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.

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