NORMAS RELATIVAS À CORRENTE DE LINHA: FATOR DE POTÊNCIA E HARMÔNICAS DE BAIXA FREQÜÊNCIA

Fator de potência

A atual regulamentação brasileira do fator de potência [2.1] estabelece que o mínimo fator de potência (FP) das unidades consumidoras é de 0,92. A partir de abril de 1996 o cálculo do FP deve ser feito por média horária. O consumo de reativos além do permitido (0,425 VArh por cada Wh) é cobrado do consumidor. No intervalo entre 6 e 24 horas isto ocorre se a energia reativa absorvida for indutiva e das 0 às 6 horas, se for capacitiva.

Conforme foi visto anteriormente, as componentes harmônicas da corrente também contribuem para o aumento da corrente eficaz, de modo que elevam a potência aparente sem produzir potência ativa (supondo a tensão senoidal). Assim, uma correta medição do FP deve levar em conta a distorção da corrente, e não apenas a componente reativa (na freqüência fundamental).

Norma IEC 1000-3-2: Limites para emissão de harmônicas de corrente (<16 A por fase)

Esta norma [2.2] refere-se às limitações das harmônicas de corrente injetadas na rede pública de alimentação. Aplica-se a equipamentos elétricos e eletrônicos que tenham uma corrente de entrada de até 16 A por fase, conectado a uma rede pública de baixa tensão alternada, de 50 ou 60 Hz, com tensão fase-neutro entre 220 e 240 V. Para tensões inferiores, os limites não foram ainda estabelecidos (1996).

Os equipamentos são classificados em 4 classes:

Classe A: Equipamentos com alimentação trifásica equilibrada e todos os demais não incluídos nas classes seguintes.

Classe B: Ferramentas portáteis.

Classe C: Dispositivos de iluminação, incluindo reguladores de intensidade (dimmer).

Classe D: Equipamento que possua uma corrente de entrada com a forma mostrada na figura 2.1. A potência ativa de entrada deve ser inferior a 600W, medida esta feita obedecendo às condições de ensaio estabelecidas na norma (que variam de acordo com o tipo de equipamento). Um equipamento é incluído nesta classe se a corrente de entrada, em cada semi-período, se encontra dentro de um envelope como mostrado na fig. 1.2, num intervalo de pelo menos 95% da duração do semi-período. Isto significa que formas de onda com pequenos picos de corrente fora do envelope são consideradas dentro desta classe.

Figura 2.1. Envelope da corrente de entrada que define um equipamento como classe D.

Independentemente da forma da corrente de entrada, se um equipamento for enquadrado nas classes B ou C, ele não será considerado como de classe D. Isto também vale para aparelhos que contenham motor ca nos quais se faça ajuste de velocidade por controle de fase (SCR ou Triac).

Estes limites não se aplicam (ainda estão em estudo) a equipamentos de potência maior do que 1kW, utilizados profissionalmente.

Para as harmônicas de ordem superior a 19, observa-se globalmente o espectro. Se este estiver dentro de um envelope com decaimento monotônico, ou seja, se suas componentes diminuirem com o aumento da frequência, as medições podem ser restritas até a 19a harmônica. As correntes harmônicas com valor inferior a 0,6% da corrente de entrada (medida dentro das condições de ensaio), ou inferiores a 5 mA não são consideradas.

A Tabela II.1 indica os valores máximos para as harmônicas de corrente, com o equipamento operando em regime permanente. Para o regime transitório, as correntes harmônicas que surgem na partida de um aparelho e que tenham duração inferior a 10 s não devem ser consideradas.

Já para as harmônicas pares entre a 2a e a 10a e as ímpares entre a 3a e a 19a, valores até 1,5 vezes os dados pela tabela são admissíveis para cada harmônica, desde que apareçam em um intervalo máximo de 15 segundos (acumulado), em um período de observação de 2 minutos e meio.

Os valores limites para a classe B são os mesmos da classe A, acrescidos de 50%.

Para tensões menores sugere-se usar a seguinte expressão para encontrar o novo valor dos limites das harmônicas [2.3]:

(2.1)

Tabela II.1

Limites para as Harmônicas de Corrente

Ordem da Harmônica

n
Classe A

Máxima corrente [A]
Classe B

Máxima corrente[A]
Classe C (>25W)

% da fundamental
Classe D (>10W, <300W)

[mA/W]
Classe D

[A]


Harmônicas Ímpares
3
2,30
3,45
30.FP
3,4
2,3
5
1,14
1,71
10
1,9
1,14
7
0,77
1,155
7
1,0
0,77
9
0,40
0,60
5
0,5
0,40
11
0,33
0,495
3
0,35
0,33
13
0,21
0,315
3
0,296
0,21
15<n<39
3
3,85/n
2,25/n


Harmônicas Pares
2
1,08
1,62
2
4
0,43
0,645
6
0,3
0,45
8<n<40

FP: fator de potência

Recomendação IEEE para práticas e requisitos para controle de harmônicas no sistema elétrico de potência: IEEE-519

Esta recomendação (não é uma norma) produzida pelo IEEE [2.4] descreve os principais fenômenos causadores de distorção harmônica, indica métodos de medição e limites de distorção. Seu enfoque é diverso daquele da IEC, uma vez que os limites estabelecidos referem-se aos valores medidos no Ponto de Acoplamento Comum (PAC), e não em cada equipamento individual. A filosofia é que não interessa ao sistema o que ocorre dentro de uma instalação, mas sim o que ela reflete para o exterior, ou seja, para os outros consumidores conectados à mesma alimentação.

Os limites diferem de acordo com o nível de tensão e com o nível de curto-circuito do PAC. Obviamente, quanto maior for a corrente de curto-circuito (Icc) em relação à corrente de carga, maiores são as distorções de corrente admissíveis, uma vez que elas distorcerão em menor intensidade a tensão no PAC. À medida que se eleva o nível de tensão menores são os limites aceitáveis.

A grandeza TDD (Total Demand Distortion) é definida como a distorção harmônica da corrente, em % da máxima demanda da corrente de carga demanda de 15 ou 30 minutos. Isto significa que a medição da TDD deve ser feita no pico de consumo.

Harmônicas pares são limitadas a 25% dos valores acima. Distorções de corrente que resultem em nível cc não são admissíveis.

Tabela II.2

Limites de Distorção da Corrente para Sistemas de Distribuição (120V a 69kV)

Máxima corrente harmônica em % da corrente de carga (Io - valor da componente fundamental)
Harmônica ímpares:
Icc/Io
<11
11<n<17
17<n<23
23<n<35
35<n
TDD(%)
<20
4
2
1,5
0,6
0,3
5
20<50
7
3,5
2,5
1
0,5
8
50<100
10
4,5
4
1,5
0,7
12
100<1000
12
5,5
5
2
1
15
>1000
15
7
6
2,5
1,4
20

Tabela II.3

Limites de Distorção da Corrente para Sistemas de Sub-distribuição (69001V a 161kV)

Limites para harmônicas de corrente de cargas não-lineares no PAC com outras cargas
Harmônica ímpares:
Icc/Io
<11
11<n<17
17<n<23
23<n<35
35<n
TDD(%)
<20
2
1
0,75
0,3
0,15
2,5
20<50
3.5
1,75
1,25
0,5
0,25
4
50<100
5
2,25
2
0,75
0,35
6
100<1000
6
2,75
2,5
1
0,5
7,5
>1000
7.5
3,5
3
1,25
0,7
10

Tabela II.4

Limites de distorção de corrente para sistemas de alta tensão (>161kV) e sistemas de geração e co-geração isolados.

Harmônica ímpares:
Icc/Io
<11
11<n<17
17<n<23
23<n<35
35<n
THD(%)
<50
2
1
0,75
0,3
0,15
2,5
>50
3
1,5
1,15
0,45
0,22
3,75

Para os limites de tensão, os valores mais severos são para as tensões menores (nível de distribuição). Estabelece-se um limite individual por componente e um limite para a distorção harmônica total.

Tabela II.5

Limites de distorção de tensão

Distorção individual
THD
69kV e abaixo
3%
5%
69001V até 161kV
1,5%
2,5%
Acima de 161kV
1%
1,5%

Bibliografia:

[2.1] Mauro Crestani, "Com uma terceira portaria, o novo fator de potência já vale em Abril". Eletricidade Moderna, Ano XXII, n° 239, Fevereiro de 1994

[2.2] IEC 1000-3-2: "Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3: Limits - Section 2: Limits for Harmonic Current Emissions (Equipment input current < 16A per phase)". International Electrotechnical Commision,, First edition 1995-03.

[2.3] Ivo Barbi e Alexandre F. de Souza, Curso de "Correção de Fator de Potência de Fontes de Alimentação". Florianópolis, Julho de 1993.

[2.4] IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power System. Project IEEE-519. Outubro 1991.