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Detectando Harmônicas em Sinais AC (INS144)

A qualidade da energia fornecida a um equipamento ou uma instalação elétrica é de fundamental importância tanto para seu bom funcionamento como também para a própria integridade da instalação. Deformações da forma de onda AC pela presença de harmônicas podem causar sérios problemas. Neste artigo, baseado em Application Note da Agilent Technologies (www.agilent.com) o problema é focalizado de uma forma bastante compreensiva.

Normalmente a tensão e a corrente de uma forma de onda de corrente alternada são perfeitamente senoidais. No entanto, na prática isso não ocorre, dado o fato de que muitos equipamentos alimentados pelas redes são do tipo chaveado criando pulsos de corrente que causam distorções tanto na forma de onda da corrente como a tensão. A presença destas distorções pode afetar o funcionamento dos equipamentos conectados a esta rede. A maioria da distorção ocorre pela presença de harmônicas. A seguir veremos como detectar a presença destas harmônicas numa corrente ou tensão senoidal, conforme sugere a figura 1.

 

Presença de harmônicas numa forma de onda senoidal.
Presença de harmônicas numa forma de onda senoidal.

 

Os Problemas

A seguir, alguns dos problemas que podem ocorre quando harmônicas estão presentes num sistema de distribuição elétrica.

 

Grandes Correntes de Cargas nos Fios Neutros de Sistemas Trifásicos

A corrente neutra pode ser a soma das três fases e com isso causar o sobreaquecimento dos cabos de neutro. Como apenas os cabos de fases são protegidos por fusíveis, isso pode resultar num potencial perigo de acidente.

 

Sobreaquecimento Perigoso de Transformadores Padronizados de Fornecimento de Energia

O sobreaquecimento pode encurtar a vida de um transformador e eventualmente destruí-lo. Quando um transformador falha, o custo da produtividade perdida durante o reparo de emergência pode ser maior do que o próprio custo de substituição do transformador em si.

 

Operação em Falso de Protetores de Circuitos

As freqüências elevadas que as harmônicas produzem faz com que os circuitos sensores de picos de corrente entrem em ação, interrompendo os circuitos, mesmo quando a sua corrente nominal não é superada. Os valores de pico de correntes harmônicas podem ser muitas vezes maiores do que a amplitude da própria corrente senoidal no circuito.

 

Queima de Fusíveis e Dano a Supressores de Transientes

A ressonância produz surtos de sobrecorrente. Estes surtos destroem capacitores, fusíveis e danifica supressores de transientes, fazendo com que o sistema elétrico sofra uma interrupção de funcionamento.

 

Barras de Barramentos e Painéis Elétricos em Vibração

Os painéis elétricos são projetados para operar com corrente de 60 Hz. Estes painéis se tornam mecanicamente ressonantes aos campos magnéticos gerados por freqüências mais altas das harmônicas. Nestas condições eles entram em vibração e emitem ruído audível na freqüência correspondente.

 

Solução

No passado, os usuários precisavam de instrumentação cara como um osciloscópio ou um analisador de espectro para detectar e medir a presença de harmônicas. Agora, com a utilização do multímetro digital Agilent U1242A é possível contar com a função HARMONIC RATIO (Relação Harmônica) para medir estas harmônicas de modo eficiente.

A Função de Relação Harmônica calcula o valor de 0% a 100% para indicar o desvio de uma forma de onda não senoidal e senoidal, o que significa a indicação da harmônicas. Abaixo a equação para a função Harmonic Ratio:

 

Relação Harmônica
Relação Harmônica

 

Uma forma de onda senoidal pura tem uma relação harmônica (harmonic ratio) de 0%. Medidas com relações harmônicas mais altas mostram que mais harmônicas estão presentes no sinal. A tabela abaixo mostra alguns exemplos da precisão obtida para diversas formas de onda, do True RMS à média, correspondente ao DMM e a leitura da Relação Harmônica.

 

Forma de onda True RMSResposta ao valor médioRelação harmônica
Forma de onda senoidal pura Preciso Preciso 0%
Onda quadrada Preciso 10% alto -10%
Diodo retificador - uma fase Preciso 40% baixo 40%
Diodo retificador trifásico Preciso 5 - 30% baixo 5 - 30%
Dente de serra

 

Preciso 13,3% alto -13,3%

 

Conclusão

Com a função Harmonic Ratio (Relação Harmônica) embutida, o DMM U1242A da Agilent ajuda os técnicos e engenheiros verificar rapidamente a presença de harmônicas em sinais AC. Isto reduz o tempo de acesso e os custos de reparação.

 

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