Os efeitos dos harmónicos e como prevenir falhas em dispositivos

Com a crescente complexidade dos sistemas AVAC, cada vez mais capazes de gerar dados e comunicar esses mesmos dados, que por sua vez podem ser usados para otimizar as instalações e até para manutenção preditiva, é crescente a necessidade de manter a rede elétrica limpa.

Qualquer aparelho, componente ou dispositivo eletrónico com uma carga não-linear pode provocar harmónicos. Uma carga é considerada não-linear quando a corrente que esta absorve não é sinusoidal, mesmo que esteja ligada a tensão sinusoidal. Esta corrente não-linear é composta por múltiplos da frequência da fonte de alimentação. Estas correntes harmónicas interagem com a impedância da rede elétrica da instalação e distorcem a tensão da rede, bem como a das cargas integradas nesta rede. Num sistema de potência, uma carga não-linear é tipicamente gerada por um retificador, componente presente em fontes de alimentação, lâmpadas LED, variadores de frequência ou motores de comutação eletrónica – EC.

Numa típica instalação num edifício de serviços, os harmónicos podem ser visíveis nas trepidações da iluminação ou ser sentidas por falhas inexplicadas de componentes. Em instalações onde seja necessário o armazenamento de dados em quantidade e com qualidade, pode ser verificada corrupção dos dados e falhas nos sistemas de armazenamento. Outro efeito indesejado é o esforço extra que provoca na fonte de alimentação. Ao reduzir a potência útil e aumentar a potência reativa, obriga a fonte a entregar mais corrente para compensar o efeito da redução do fator de potência.

Até há bem pouco tempo, é reconhecido que o único tipo de edifício onde o controlo dos harmónicos era ponto de partida era o Data Centre ou Centro de Dados. No entanto, visto que a digitalização é uma necessidade transversal, hoje já discutimos o espectro de harmónicos na conceção das instalações de Hospitais, Aeroportos e Indústria. Existem vários desafios a ultrapassar para controlar os harmónicos, ainda mais quando queremos reduzir significativamente o THDi numa instalação já existente – THD Total Harmonic Distortion.

Felizmente atualmente existe não só um leque bastante completo de soluções, bem como diferentes opções no mercado. Nos equipamentos de AVAC, é possível conseguir soluções competitivas e compactas, com prestações testadas e comprovadas.

Nos equipamentos AVAC, os maiores geradores de harmónicos são os variadores de frequência e por conseguinte também os motores de comutação eletrónica – EC, que integram um tipo de variador de frequência na sua parte eletrónica. Estes motores EC incluem também já de série um sistema de correção de fator de potência, embora sendo muito mais eficiente nas versões monofásicas do que nas trifásicas. Recentemente a Ziehl-Abegg apresentou o seu motor ECblue aPFC, sendo que aPFC significa Active Power Factor Correction ou Correção Ativa do Fator de Potência.

Abaixo está representado um ventilador com este motor, sendo praticamente indistinguível da sua versão standard, sem aPFC:

Imagem 1 - ZAvblue2 com Motor ECblue-aPFC

Este tipo de solução, sendo ideal para novos projetos, pode também ser uma solução rápida e económica para redução de harmónicos em instalações existentes. Representa uma solução especialmente eficaz em instalações onde as fontes dos harmónicos estejam perfeitamente identificadas e sejam numerosas.

Em situações onde apenas exista um número reduzido de emissores, especificamente motores ECblue, é possível aplicar um filtro passivo de harmónicos para cada motor trifásico que irá mitigar a emissão deste motor. Este filtro passivo de harmónicos é um modelo único que apenas filtra a emissão de um único motor. Além disto, não tem possibilidade de configuração. Quer dizer que apenas é recomendado quando já se determinou que a fonte dos harmónicos é o motor ECblue trifásico. Também pode ser útil para despistar essa hipótese, tendo em conta que é uma solução relativamente económica.

Imagem 2 – Filtro Passivo de Harmónicos para Motor ECblue Trifásico

Em situações mais complexas, com várias fontes de harmónicos ou equipamentos de alta capacidade com múltiplos motores EC, poderá ser necessário recorrer a um filtro ativo de harmónicos. Este tipo de filtros consegue compensar mais corrente, está disponível numa ampla gama de capacidades e pode ser configurado para lidar com o sistema onde se integra. Este filtro ativo de harmónicos permite alguma flexibilidade ao sistema, sendo eficaz a mitigar a emissão de sistemas com vários motores EC.

Imagem 3 – Filtro Ativo de Harmónicos para Motores ECblue Trifásicos

Os harmónicos, podendo ser entendidos como ruído eletromagnético, podem ter efeitos devastadores numa instalação, especialmente se existirem ressonâncias. É o mesmo efeito que conhecemos das ressonâncias em vibrações mecânicas, que são capazes de romper com as ligações mecânicas mais sólidas.

Com a crescente complexidade dos sistemas AVAC, cada vez mais capazes de gerar dados e comunicar esses mesmos dados, que por sua vez podem ser usados para otimizar as instalações e até para manutenção preditiva, é crescente a necessidade de manter a rede elétrica limpa. Conhecer e avaliar a necessidade de uma determinada instalação em atingir um determinado nível de THD começa a fazer parte da discussão.

Imagem 4 – Sistema com Vários Motores ECblue Trifásico

No mercado globalizado, com a crescente especialização dos componentes, em que para cada situação tem de ser selecionado o produto adequado é importante saber complementar a correta seleção dos componentes com uma visão de sistema que permita evitar trabalhos extra a jusante. Não é só a seleção dos materiais e dos tratamentos de superfície, com a potência de reserva que nos permite estar seguros de que poderemos entregar as prestações contratadas. A segurança de que entregamos um equipamento com um Fator de Potência próximo da unidade será cada vez mais uma exigência, principalmente porque também é um fator de eficiência energética. Reduzir a exigência à fonte, à produção de energia pode e deve ser uma prioridade de todos os atores do mercado.

Imagem 5 – Controle os Harmónicos