PROJETO DE FILTRO HARMÔNICO

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1 PROJETO DE FILTRO HARMÔNICO Joaquim Eloir Rocha 1

2 Introdução Banco de capacitores são usados para a correção do fator de deslocamento e assim diminuir perdas, melhorar a tensão e evitar multas. Pode haver ressonância harmônica entre o banco de capacitores e a indutância do sistema. Isso amplifica os harmônicos existentes na instalação. Filtros de dessintoniaou filtros sintonizados podem resolver o problema da ressonância harmônica. Joaquim Eloir Rocha 2

3 Circuito Simplificado Joaquim Eloir Rocha 3

4 Comportamento da Impedância Joaquim Eloir Rocha 4

5 Exemplo de Ressonância Joaquim Eloir Rocha 5

6 Ressonância Havendo ressonância, pode-se ter as seguintes ocorrências: Sobrecarga nos capacitores; Sobrecarga no transformador; Aumento nos níveis da distorção harmônica da corrente; Aumento na distorção da tensão. Joaquim Eloir Rocha 6

7 Ressonância O fenômeno da ressonância pode ser evitado através da instalação de Indutores de Dessintonia em série com os capacitores. Além disso, faz com que se mantenha a expectativa de vida dos capacitores pelo aumento da impedância dos mesmos contra as correntes harmônicas. Joaquim Eloir Rocha 7

8 Indutor de Dessintonia Joaquim Eloir Rocha 8

9 Indutor de Dessintonia Um dos efeitosdo indutorde dessintoniaé restringiro fluxoharmônicoparao capacitor devido ao aumento da reatância equivalente relativa a frequências harmônicas. Joaquim Eloir Rocha 9

10 Sobretensão no capacitor A tensão de saída do indutor de bloqueio é superior à tensão nominal da rede. Desta forma, os capacitores instalados na saída do indutor devem ter sua tensão sobretensionada. Se desejarmos um estágio de 8 kvar 220VAC com proteção a partir da 3th harmônica (Fator de dessintonia= 14%) devemos utilizar um capacitor de 20 kvar 380VAC em sua saída. Joaquim Eloir Rocha 10

11 Fator de Dessintonia Joaquim Eloir Rocha 11

12 Fator de Dessintonia Para calcular o valor do indutor a ser colocado em série com o capacitor, utiliza-se a seguinte equação: f r frequência de ressonância p fator de dessintonia Joaquim Eloir Rocha 12

13 Fator de Dessintonia Os valores típicos utilizados para o fator de dessintoniasão 7% (226 Hz) e 14% (160 Hz). X L reatância indutiva X C reatância capacitiva Joaquim Eloir Rocha 13

14 Fator de Dessintonia Um indutor de dessintoniadeve ser utilizado onde exista uma considerável distorção harmônica. O capacitor e o indutor devem formar um circuito série ressonante em uma frequência f r abaixo da menor harmônica presente. Se existir terceiro harmônico, 160 Hz, se não existir, 226 Hz. Joaquim Eloir Rocha 14

15 Fator de Dessintonia Resposta em frequência da instalação com o indutor. Joaquim Eloir Rocha 15

16 Capacitores Auto-regenerativos São desenvolvidos a base de filme de polipropileno metalizado auto-regenerativo. As propriedades elétricas são rapidamente restabelecidas após uma perfuração local do dielétrico. A ruptura do dielétrico pode ocorrer através de sobrecarga devido aos harmônicos. Isso diminui a capacitância. Joaquim Eloir Rocha 16

17 Filtros Passivos Filtros para harmônicos são recomendados se o problema com a distorção harmônica existe mesmo sem a presença de banco de capacitores, ou ainda, em havendo regulamentação, o limite desta ser ultrapassado. Filtros sintonizados são os mais utilizados para atenuar o problema. Joaquim Eloir Rocha 17

18 Filtros Passivos Os filtros para harmônicos são projetados para corrigir os harmônicos e o fator de deslocamento. Cada planta industrial é única e exige um estudo específico para a melhor solução técnica. Joaquim Eloir Rocha 18

19 Filtros Passivos Os reatores são projetados obedecendo critérios como fator de qualidade e tolerância quanto a variação da indutância. Para manter o valor da indutância constante, na média tensão, costuma-se construir o reator de um filtro sintonizado com núcleo de ar. Joaquim Eloir Rocha 19

20 Filtros Passivos Joaquim Eloir Rocha 20

21 Filtros Passivos Os valores típicos para o fator de qualidade (Q f ) variam entre 15 e 80 para os filtros que utilizam núcleo de ar. A seguinte relação define o Q f. Joaquim Eloir Rocha 21

22 Filtros Passivos Os filtros sintonizados promovem um caminho de baixa impedância para a ordem harmônica sintonizada. Também, podem atenuar harmônicas adjacentes dependendo do comportamento da resposta em frequência. Joaquim Eloir Rocha 22

23 Filtros Passivos O projeto do filtro necessita do conhecimento dos harmônicos existentes na instalação e de alguns parâmetros da instalação elétrica. Com esses dados é possível simular o comportamento e o desempenho do filtro para determinada planta industrial. Deve-se atentar para não se criar uma ressonância com a indutância da instalação. Joaquim Eloir Rocha 23

24 Filtros Passivos Mesmo que não haja a introdução de uma resistência física em série no filtro sintonizado, deve-se lembrar que existe uma resistência intrínseca ao indutor do filtro. A resistência pode ser utilizada para limitar a amplitude da corrente que circula pelo filtro, evitando-se uma sobrecarga. Joaquim Eloir Rocha 24

25 Filtros Passivos Filtros para harmônicos em baixa tensão usam núcleos de ferro com entreferros (gaps). O gap lineariza o circuito magnético, mas o fato de se utilizar ferro, aumenta as perdas, reduzindo o fator de qualidade do filtro. Para esses casos o fator de qualidade costuma variar entre 3 e 7. Joaquim Eloir Rocha 25

26 Filtros Passivos A frequência de ressonância série do filtro é expressa pela seguinte expressão: f 0 = frequência ressonante L = indutância do filtro C = capacitância do filtro Joaquim Eloir Rocha 26

27 Filtros Passivos O primeiro passo para se dimensionar um filtro para harmônicos é calcular o valor da capacitância necessária para corrigir o fator de deslocamento da instalação. Em seguida, define-se qual harmônico será corrigido. Assim, pode-se calcular o indutor necessário para a ressonância série. Joaquim Eloir Rocha 27

28 Filtros Passivos A ordem do harmônico [h] que será corrigido é: Joaquim Eloir Rocha 28

29 Filtros Passivos Resposta em frequência para o filtro e para o conjunto filtro mais planta industrial. Joaquim Eloir Rocha 29

30 Filtros Passivos Os filtros não são sintonizados exatamente na frequência do harmônico que se deseja atenuar e sim um pouco abaixo. Por exemplo, valores típicos encontrados na literatura técnica são: h = 4,7 ou h=4,8. A razão é a variação dos parâmetros L e C com o passar do tempo. Joaquim Eloir Rocha 30

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