RESUMO BÁSICO SOBRE FILTROS SUPRESSORES EMC-EMI -PARTE 7

 TECNOLOGIA

SÍNTESE SONORA & ELETRÔNICA ARTESANAL 

RESUMO BÁSICO SOBRE FILTROS SUPRESSORES EMC-EMI -PARTE 7

Ø      Lâmpadas fluorescentes e IEM  (interferência eletromagnética)  :

Já sabemos que o ruído  provoca distúrbios de varias intensidades ; desde insignificantes ate os mais graves .O ruído pode ser de origem natural (relâmpago, descarga eletrostática) e também de origem artificial (interruptores, reatores, semicondutor comutando , osciladores, fontes de alimentação chaveadas,etc). Ambos produzem indesejado distúrbio , influenciando  negativamente dispositivos eletrônicos .

Com esta breve recordação , iniciamos um estudo simples sobre as cargas não lineares mais difundidas hoje no Brasil , o uso de lâmpadas econômicas ou fluorescentes .O principal vilão desde dispositivos grosseiramente falando sem dúvida é o seu alto nível de distorção harmônica total (DHT)e baixo fator de potência (FT).

Obs :Não se esqueça que todas as lâmpadas fluorescentes atualmente usam reatores eletrônicos , em outras palavras usam uma fonte chaveada com semi condutores e transformadores que operam em alta freqüência .Antigamente se usava um reator simples ou seja uma indutor ou transformadores  que criam uma reatância indutiva que mantém a tensão em um nível que a lâmpada possa ionizar o gás do seu interior , apos ter se acionado um interruptor de pressão ou start automático por um instante para iniciar o ciclo  .

OBSERVE :

• alto fator (FT) / baixo(DHT) - Baixo índice harmônico (3,5,7 ordens )
• baixo fator (FT) / alto(DHT) - Alto índice harmônico (estendesse por dezenas de níveis  do espectro harmônico )

A combinação  disto gera o aumento de potência   reativa , resultando  a  degradação da energia elétrica .

Deste modo quando você utilizar uma lâmpada ou outro produto que utilize um sistema não linear , verifique os índices (FT/ DHT) , é claro que os que possuem melhor (FT) são mais caros pois possuem uma tecnologia melhorada .Para uma residência isto é aparentemente dispensável , mas uma empresa isto pode acumular o pagamento de energia reativa ou pior se o numero de usuários de produtos com alto (DHT)  subir o prejuízo aparentemente é da empresa de fornecimento de energia que ira repassar as perdas na tarifa de energia  de todos os usuários .

§         Conceitos básicos  (fator de potência ) :

Grande parte das cargas atreladas na rede elétrica criam energia reativa  . Estas cargas são indutivas , necessitando de um campo eletromagnético para  funcionar , exemplos como: motores, transformadores, reatores para lâmpadas , enfim todo equipamento com algum tipo de dispositivo eletromagnético .

Para funcionar basicamente necessitam de dois tipos de potência:

1.      Potência ativa: Potência(Kw) que realmente realiza o trabalho de gerar calor, luz, movimento, etc...

2.      Potência reativa: Potência(kvar) é criada  e se mantém nos campos eletromagnéticos das cargas indutivas ou eletromagnéticas quando  os dispositivos estão funcionando para mantê-los .

O RESULTADO DISTO É :

1.      Potência Aparente (kVA): Soma vetorial das potências ativa e reativa, ou seja, é a potência total absorvida pela instalação.

2.     Fator de Potência (Cos j): é a razão entre Potência Ativa e Potência Aparente.

O fator de potência é um índice que deve estar sempre próximo á (1) ou eficiência de (100%) .

Deste modo , se a potência ativa é sempre convertida em trabalho, a potência reativa só ocupa espaço , circula entre a carga e a fonte de alimentação que poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa ou eficaz .

  04/02/07  (textos ainda em revisão ) 2014

RESUMO BÁSICO SOBRE FILTROS SUPRESSORES EMC-EMI -PARTE 6

 TECNOLOGIA 

SÍNTESE SONORA & ELETRÔNICA ARTESANAL 

RESUMO BÁSICO SOBRE FILTROS SUPRESSORES EMC-EMI -PARTE 6

DPS - DISPOSITIVO PROTETOR CONTRA SURTOS

 TIPOS DE CONFIGURAÇÃO PARA PROTEÇÃO DA REDE ELÉTRICA :

Pode ser utilizado tanto  em redes residências , comerciais e industriais . Basta dimensionar o tipo de configuração do sistema e os pontos de inserção do dps para que exista o efeito desejado de desvio e absorção do surto sem danificar o próprio dispositivo .

1.     Utilizado entre (fase / neutro) , (fase / terra ) , (neutro / terra) ou todas as formas juntas .

2.     Deve ser observada sua capacidade de absorção em um determinado tempo em joules ou KiloAmperes(KA) e segundo a classe .Assim um dps classe I é indicado para a entrada da rede , pois tem  robustez maior nos surtos diretos .

3.     Observando também ;

§         Tensão de trabalho (Vac) - até que ponto o dps fica invisível a passagem de energia no circuito .

§         Corrente max. de trabalho (A) - qual a corrente que será absorvida pelas cargas do circuitro.

§         Potência Máxima (kW) - podemos também calcular o consumo das cargas através de suas potências .

obs: o dps trabalha em paralelo com o terra !

 CLASSES (testes e ensaios de acordo com IEC):

classe I - Aplicado normalmente em descargas de impacto direto , possui geralmente centelhador controlados e varistores combinados .

classe II - Usado principalmente em descargas indiretas , conduzidas pela rede ou malha elétrica , possui geralmente diodo de avalanche ( BIG zener ) , centelhadores e varistores combinados .

classe I + II - Podem ser  usado em descargas de impacto direto ou indireto , possui as qualidades das classes anteriores  . Estes dispositivos tem um alto nível de proteção , alguns possuem sistema de elementos internos DISPOSTOS EM CONFIGURAÇÕES ESPECIAIS  para evitar falha na proteção .

classe III - Uso individual em equipamentos , usa os mesmos elementos de proteção anterior , é comumente usado com aparelhos sensíveis e tem menor tolerância a impactos de alto valor .

*veja também SURTOS .

04/02/2007 - atualização 2014

RESUMO BÁSICO SOBRE FILTROS SUPRESSORES EMC-EMI -PARTE 5

 TECNOLOGIA 

SÍNTESE SONORA & ELETRÔNICA ARTESANAL 

RESUMO BÁSICO SOBRE FILTROS SUPRESSORES EMC-EMI -PARTE 5

Distorções Harmônicas :

São correntes ou tensões com frequências múltiplas da freqüência da energia fundamental.

Assim, se a freqüência fundamental é 60Hz, então a segunda harmônica é 120Hz, a terceira é 180Hz e sucessivamente .Os dispositivos que causam este desajuste geralmente produzem harmônicos impares de grande intensidade ,que se somam a senóide fundamental.Com menor ocorrência também os harmônicos pares seguidos de componentes DC sobrepostos a forma de onda original .Existe também os inter - harmônicos que possuem freqüências múltiplas como os harmônicos , mas que não são inteiros da onda fundamentas .

A intensificação das distorções causadas é dependente do aumento de impedância .As correntes harmônicas geradas  têm que passar através da impedância da fonte e passam para a da rede elétrica. Como resultado, tensões harmônicas aparecem através da impedância da fonte e fluíram  ao longo da instalação elétrica .
Para se analisar os efeitos da distorção harmônica devemos usar formas gráficas do espectro da freqüência fundamental ,que decompõe os componentes harmônicos  (serie de FOURIER) e mostra suas amplitudes , através deste parâmetro  encontramos  os níveis de distorção em relação a onda fundamental como o THD (distorção harmônica total).

Principais causadores :
Cargas não-lineares atreladas  a rede elétrica  são fontes de contaminação  harmônica. Componentes harmônicas fluindo pelos ramais e derivações do sistema resultam em  energia elétrica degradada e distorcidas . Fontes chaveadas e conversores são grandes produtores de distorções harmônicas por possuírem  em seu circuitos  eletrônico ;  transistores,  diodos,  tiristores ou simplesmente semicondutores que manipulam ou drenam grande e rápida quantidade de energia.

Exemplos de causadores de harmônicos na indústria e no ambiente doméstico :

• controladores de motores  , fontes de energia ininterruptas(UPS). (cargas não-lineares )
• Equipamentos  como transformadores , reatores ,máquinas de solda.
• Cargas de menor potência (domésticas e comerciais) :

1.     Televisores e equipamentos de áudio; cargas não-lineares

2.     Dimmers,Lâmpadas fluorescentes e seus reatores eletrônicos; cargas não-lineares

3.     Computadores, estabilizadores de tensão,no-breaks; cargas não-lineares

4.     Forno de microondas .

Cargas não-lineares :

os dispositivos semicondutores, alternam entre os estados de corte e condução rapidamente, provocando cortes abruptos na condução de corrente ou provocam uma drenagem de energia não compatível com o ciclo linear da energia absorvida. O resultado  é uma onda distorcida, carregada de  componentes harmônicos.

As Fontes chaveadas são grandes vilãs :

As fontes chaveadas mantém constante a tensão de sua saída independentemente do consumo da carga .O circuito retificador transforma a tensão alternada da rede elétrica (monofásica ou trifásica) em tensão contínua regulada e estabilizada. A tensão de saída depende do tempo em que seus componentes semicondutores (normalmente transistores, tiristores e etc) permanecem em condução (chaveamento). O bloco de controle utiliza um comparador que mantém  a tensão de saída com um valor pré-estabelecido abrindo ou fechando a chave (semicondutor) com tempos longos ou curtos dependente da necessidade da carga , entre os tipos de  pulsos que controlam o funcionamento das chaves colocando-as em condução ou não, o mais conhecido é a Modulação por Largura de Pulso (PWM).

Problemas Causados Por Tensões Harmônicas

A Causa de Tensões Harmônicas :

A distorção na forma de onda fundamental  da tensão se propaga quando a impedância da fonte de alimentação não é nula.Elementos que influenciam esta impedância:

•       Cabos de transmissão da energia desde o barramento até as cargas.Solução básica : separar as linhas que alimentam as cargas geradoras de harmônicos ou  cargas não lineares daquelas que são sensíveis a estes harmônicos ou cargas lineares.
•         Impedância interna dos geradores ou transformadores da rede de distribuição. Solução básica :transformadores sobre dimensionados.Os transformadores, devem apresentar impedância de saída baixa ou que suportem aquecimento adicional.

Problemas resultantes da ação de harmônicos :

Sobreaquecimento do Condutor Neutro

Num sistema trifásico a forma de onda da tensão de cada fase é defasada de 120º com o neutro. Assim, quando as cargas são equilibradas, a soma das correntes no neutro é zero. Mesmo quando as cargas não são equilibradas, a corrente que flui pelo neutro é pequena, fato este explorado pelos projetistas de instalações, que às vezes especificam condutores com capacidade menor de condução de corrente. No entanto, embora as correntes fundamentais se cancelem, as correntes harmônicas não -  múltiplas ímpares  a freqüência fundamental especificamente (3º, 9º, 15º harmônicos) se somam no neutro. Neste efeito, as correntes de fase são introduzidas com um defasamento de 120º. As terceira harmônica de todas as fases são idênticas, com amplitude de 70% da fundamental, resultando numa corrente de neutro maior que o valor da amplitude da corrente fundamental.

Uma soluçâo para este efeito é o sobredimensionamento dos condutores de neutro, o que implica no aumento do custo da instalação.

Efeitos em transformadores

Transformadores são afetados de duas maneiras pelos harmônicos. Primeiramente, as correntes de magnetização, que representam cerca de 10% das perdas do transformador a carga plena, crescem com o quadrado do número do harmônico. O resultado é o sobreaquecimento e a perda da vida útil do transformador. Felizmente, poucos transformadores operam a carga plena, mas os efeitos devem ser levados em conta na especificação da planta.

Sobrecorrente em capacitores corretores de fator de potência

Capacitores para correção de fator de potência são utilizados para drenar corrente com ângulo de fase adiantado para contrabalançar corrente atrasadas drenadas por cargas indutivas como motores de indução e reatores.

A impedância destes capacitores diminui com o aumento da freqüência, enquanto que a impedância da fonte que geralmente é indutiva aumenta. O capacitor é levado então, a conduzir correntes harmônicas bem mais altas do que a sua especificação, resultando em danificações nestes dispositivos.

Um problema mais sério é no caso do capacitor juntamente com a indutância da fonte entrarem em ressonância numa das freqüências harmônicas. Isto pode ser evitado adicionando-se uma indutância em série com o capacitor tal que a combinação é puramente indutiva na freqüência do harmônico menos significante. Esta solução também limita as correntes harmônicas no capacitor. O tamanho físico do indutor pode ser um problema, especialmente quando harmônicos de baixa ordem estão presentes.

• Interferências ou ruídos em equipamentos sensíveis (como radares e computadores);
• Falhas na operação da proteção;
• Ressonâncias indesejáveis;
• Falsa interpretação de sistemas de medição, podendo trazer reflexos para a medição de consumo de energia ,aumento do valor monetário  na conta de energia sem efetivamente ter usado ou consumido ;

Filtros para atenuação de harmônicas podem ser classificadas em:

1.      Passivos .

2.      Ativos.

Filtros passivos

Filtros passivos criam um desvio ou baixa impedância para correntes harmônicas , que fluem pelo filtro e não chegam a fonte de alimentação.O filtro pode ser para uma única freqüência , é a solução mais usada para a redução harmônica em sistemas elétricos .

 Os filtros sintonizados (LC  em série) utilizando apenas componentes passivos (indutores e capacitores).São sintonizados na freqüência que se quer atenuar , geralmente são as freqüência próximas a fundamental , em freqüências mais altas só o capacitor resolve .

Em alguns casos projetar um filtro é complexo .O filtros como os rejeita banda  geralmente instalados no neutro ou na fase em série com a carga ,  bloqueia as correntes harmônicas , promove altas quedas de tensão , em alguns equipamentos  sensíveis pode causar distúrbios , mas em outros não .Outras vezes se pode aumentar o problema de harmônicos quando ao tentar atenuar um determinada freqüência criamos ressonância em outra aumentando seu ganho ou amplitude .

Filtros ativos ,condicionadores ou regeneradores

A casos em que o conteúdo harmônico varia muito ao longo do tempo de operação. Os filtros passivos não são soluções eficazes , pois são projetados para freqüências pré definidas de harmônicos (sintonizados).A solução nestes casos é o emprego de filtros ativos ou regenerador.É uma maneira de recriar a energia que vem da rede , através da decomposição da onda fundamental em um inversor (AC/DC/AC) que depois é reconstituído e compensa as distorções .

(08/04/06) revisão 2014