Universidade de Brasília - UnB Faculdade UnB Gama - FGA Curso de Engenharia de Energia

0 Universidade de Brasília - UnB Faculdade UnB Gama - FGA Curso de Engenharia de Energia ANÁLISE COMPARATIVA DAS DISTORÇÕES HARMÔNICAS GERADAS PELAS LÂMPADAS FLUORESCENTE E LED Autor: Allan Luis Augusto Redes de Oliveira Orientadora: Loana Nunes Velasco Brasília, DF 2016

1 Allan Luis Augusto Redes de Oliveira ANÁLISE COMPARATIVA DAS DISTORÇÕES HARMÔNICAS GERADAS PELAS LÂMPADAS FLUORESCENTE E LED Monografia submetida ao curso de graduação em Engenharia de Energia da Universidade de Brasília, como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia de Energia. Orientador: Dra. Loana Nunes Velasco Brasília, DF 2016

2 CIP Catalogação Internacional da Publicação* OLIVEIRA, Allan Luis Augusto Redes de. Análise Comparativa das Distorções Harmônicas Geradas Pelas Lâmpadas Fluorescente e LED/Allan Luis Augusto Redes de Oliveira. Brasília: UnB, 2016. 103 p.49: il.; 29,5 cm. Monografia (Graduação) Universidade de Brasília Faculdade do Gama, Brasília, 2016. Orientação: Loana Nunes Velasco 1. Eficiência energética. 2. Distorção harmônica. 3.ATPDraw I. Velasco, Loana Nunes. II. Análise Comparativa das Distorções Harmônicas Geradas Pelas Lâmpadas Fluorescente e LED. CDU Classificação

3 ANÁLISE COMPARATIVA DAS DISTORÇÕES HARMÔNICAS GERADAS PELAS LÂMPADAS FLUORESCENTE E LED Allan Oliveira Monografia submetida como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia de Energia da Faculdade UnB Gama - FGA, da Universidade de Brasília, em 24/11/16 apresentada e aprovada pela banca examinadora abaixo assinada: Prof. Dra.: Loana Nunes Velasco, UnB/ FGA Orientadora Prof. Dr.: Jorge Andrés Cormane Angarita, UnB/ FGA Membro Convidado Prof. Dr.: Alex Reis, UnB/ FGA Membro Convidado Brasília, DF 2016

Dedico este trabalho aos meus pais, Lourdes e Douglas, pelo apoio e dedicação. E aos meus irmãos, pelos momentos de descontração. 4

5 AGRADECIMENTOS Aos meus pais, Lourdes e Douglas, e aos meus irmãos, Aryadne e Douglas Júnior, por todo apoio, paciência e incentivo durante a minha graduação. A Professora Loana Nunes Velasco, por dedicar o seu tempo em função da minha aprendizagem. Ao Professor Alex Reis, por todo auxílio prestado e dúvidas sanadas. E a Professora Maria Vitória, que me acompanhou e me apoiou durante toda a minha graduação. Gostaria de agradecer também a todos os meus familiares, amigos e professores que contribuíram de alguma forma para minha formação. Aos Brothers (Alinne, Camila, Ícaro e João Paulo) um agradecimento especial por tornar os últimos anos do curso mais legais e fácil de aguentar.

A persistência é o caminho do êxito. Charles Chaplin. 6

7 RESUMO Com o crescimento do interesse pelo uso racional da energia elétrica através de programas de eficiência energética, vem se cada vez mais substituindo as cargas existentes por cargas mais eficientes, diminuindo as perdas e, consequentemente, o consumo de energia. Contudo, pouco se tem falado do impacto dessas cargas no sistema no que tange a qualidade da energia elétrica. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo analisar os harmônicos gerados pelas lâmpadas fluorescente e LED e simular dois sistemas de iluminação, um composto somente por lâmpadas fluorescente e outro pelas lâmpadas LED, para comparar a distorção harmônica gerada nesses dois cenários. Primeiramente, foram realizadas as medições em laboratório de algumas amostras de lâmpadas fluorescente e LED, para verificar o conteúdo harmônico produzido por essas cargas. Os dados dos conteúdos harmônicos obtidos por meio das medições das lâmpadas foram usados para modelar as cargas como fontes de correntes harmônicas, utilizando o software ATPDraw. Com os resultados das simulações foi possível avaliar a distorção harmônica gerada por esses dois cenários. Os valores de distorções harmônicas de tensão obtidos na simulação foram comparados com os limites máximos estipulado no módulo 8 do PRODIST, possibilitando conclusões acerca da qualidade da energia. Palavras-chave: Eficiência energética. Distorção harmônica. ATPDraw.

8 ABSTRACT With the growth of interest in the rational use of electricity through energy efficiency programs, has become increasingly replacing existing loads for more efficient loads, reducing losses and consequently energy consumption. However little has been said about the impact of these loads in the system regarding the power quality. Therefore, this work aims to analyze the harmonics generated by fluorescent and LED lamps and to simulate two lighting systems, one composed only by fluorescent lamps and the other by LED lamps, to compare the harmonic distortion generated in these two cases. Firstly, the laboratory measurements of some samples of fluorescent and LED lamps were carried out to verify the harmonic content produced by these loads. The data of the harmonic contents obtained through the measurements of the lamps were used to model the loads as sources of harmonic currents, using the software ATPDraw. With the results of the simulations, it was possible to evaluate the harmonic distortion generated by these two scenarios. The harmonic distortion values obtained in the simulation were compared to the maximum limits stipulated in module 8 of PRODIST, allowing conclusions about the power quality. Keywords: Energy efficiency. Harmonic distortion. ATPDraw.

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Exemplo de uma etiqueta. Fonte: (INMETRO, 2015)... 20 Figura 2: Bancada para a medição das lâmpadas fluorescente tubular.... 30 Figura 3: Bancada para a medição das lâmpadas LED tubular.... 30 Figura 4: Modelo do circuito simulado no ATPDraw... 31 Figura 5: Formas de onda da tensão da simulação do Cenário 1.... 39 Figura 6: Formas de onda da corrente da simulação do Cenário 1.... 40 Figura 7: Formas de onda da tensão da simulação do Cenário 2.... 41 Figura 8: Formas de onda da corrente da simulação do Cenário 2.... 42

10 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1: Espectro harmônico de corrente das lâmpadas fluorescente tubular 32 W e LED 20 W.... 34 Gráfico 2: Espectro harmônico de corrente das lâmpadas fluorescente tubular 16 W e LED 10 W.... 34 Gráfico 3: Espectro harmônico de corrente das lâmpadas LED de 10 W.... 36

11 LISTA DE TABELAS Tabela 1: Influência do DHTi no acréscimo de corrente e na redução do fator de potência. Fonte: (ELETROBRÁS/ PROCEL, 2006).... 24 Tabela 2: Limites das distorções harmônicas totais (em % da tensão fundamental). 25 Tabela 3: Equivalência entre as lâmpadas fluorescente e LED.... 28 Tabela 4: Relação de lâmpadas adquiridas.... 29 Tabela 5: Dados de curto-circuito.... 32 Tabela 6: Parâmetros do transformador simulado no ATPDraw... 32 Tabela 7: Distorções Harmônicas Totais das lâmpadas fluorescente e LED.... 33 Tabela 8: Conteúdo harmônico de corrente das lâmpadas LED de 10 W.... 35 Tabela 9: limites de correntes harmônicas para equipamentos classe C.... 37 Tabela 10: Levantamento das cargas da Faculdade UnB Gama.... 38 Tabela 11: Conteúdo harmônico das formas de onda da tensão e corrente da simulação do Cenário 1.... 40 Tabela 12: Conteúdo harmônico das formas de onda da tensão e corrente da simulação do Cenário 2.... 42 Tabela 13: Distorções harmônicas totais dos cenários 1 e 2.... 43

12 LISTA DE SIGLAS ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica ATP - Alternative Transients Program Eletrobrás - Centrais Elétricas Brasileiras S.A. INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial LED - Light Emitter Diode MME - Ministério de Minas e Energia PBE - Programa Brasileiro de Etiquetagem PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica PRODIST - Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional

13 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO... 14 1.1 OBJETIVOS... 16 1.1.1 Objetivos Específicos... 16 1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO... 16 2. REFERENCIAL TEÓRICO... 18 2.1 O USO RACIONAL DA ENERGIA ELÉTRICA... 18 2.1.1 Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica PROCEL... 19 2.1.2 Programa Brasileiro de Etiquetagem PBE... 20 2.2 CARACTERIZAÇÃO DOS DISTÚRBIOS DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA... 21 2.3 HARMÔNICO... 22 2.4 EFEITO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA... 23 2.5 GUIAS EXISTENTES SOBRE HARMÔNICOS... 24 2.5.1 PRODIST Módulo 8... 25 2.5.2 Guia IEEE Std 519-1992... 25 2.5.3 Norma IEC 61000... 25 3. METODOLOGIA... 27 3.1 AQUISIÇÃO DAS AMOSTRAS DE ESTUDO... 27 3.1.1. Determinação do objeto de estudo... 27 3.1.2. Determinação da quantidade de amostras a adquirir... 28 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL... 29 3.3 MODELAGEM COMPUTACIONAL... 31 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES... 33 4.1 RESULTADOS DAS MEDIÇÕES E ANÁLISE... 33 4.2 COMPARAÇÃO DE DOIS SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO... 37 4.2.1. Resultados esperados na redução do consumo... 38 4.2.2. Simulação dos cenários... 38 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS... 45 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 47

14 1. INTRODUÇÃO A evolução tecnológica dos equipamentos elétricos tem se mostrado eficaz em diversas áreas, propiciando um maior conforto para os usuários e também equipamentos mais eficientes do ponto de vista do consumo de energia. Muitos desses avanços são de responsabilidade da Eletrônica de Potência. Porém, é necessário levar em consideração como e quanto esse avanço tecnológico pode estar influenciando na geração, transmissão, distribuição e no consumo da energia elétrica (PIRES, 2006; VELASCO, 2007). A maioria dos equipamentos eletrônicos são providos de fontes chaveadas, mesmo sendo eles alimentados diretamente na rede elétrica de corrente alternada, no interior dos mesmos a corrente e a tensão que circulam são adaptadas às suas necessidades. Ao alterar a forma de onda da tensão e da corrente, esses equipamentos provocam na rede de corrente alternada distorções harmônicas de corrente e, em consequência, distorções harmônicas de tensões. Porém, os equipamentos responsáveis por tais distúrbios na rede são extremamente sensíveis aos mesmos, podendo atuar de forma indesejada, ou não funcionarem, caso a energia elétrica fornecida não seja de boa qualidade (VELASCO, 2007). A falta de energia ou sua qualidade inadequada ao funcionamento dos equipamentos elétricos pode ocasionar perdas, que podem gerar prejuízos econômicos para os consumidores e concessionárias. Cada um dos fenômenos tratados na qualidade da energia elétrica, sejam classificados como qualidade dos serviços prestados ou qualidade do produto (relacionado à forma de onda), provoca efeitos sobre equipamentos e consumidores (CRUZ, 2007; DUGAN et al., 2003). Devido às grandes transformações das cargas instaladas nos consumidores e a preocupação cada vez mais acentuada pela qualidade de energia elétrica, agências reguladoras no mundo inteiro vêm lançando normas e resoluções de forma a regulamentar os indicadores de qualidade deste produto. No Brasil, foi criado pela Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL, o Módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição PRODIST, responsável por estabelecer os procedimentos relativos à qualidade da energia elétrica, abordando a qualidade do produto e a qualidade do serviço. Há alguns anos atrás quando se falava em qualidade de energia preocupavase mais com a continuidade do serviço. Se a energia fosse entregue de forma que

15 os desligamentos fossem os menores possíveis, considerava-se uma distribuição de energia de qualidade, mas à medida que tais consumidores se tornam mais sofisticados sob o ponto de vista tecnológico, outros fatores começam a ser considerados. Atualmente, entende-se por energia elétrica de boa qualidade, uma energia entregue de forma ininterrupta, com frequência estável, formas de onda senoidais compatíveis com as instalações elétricas e sistemas elétricos de distribuição (MEHL, 2013; VELASCO, 2007). Segundo Dugan et al (2003), existem quatro razões principais que contribuem para a crescente preocupação com a qualidade da energia: Os novos equipamentos elétricos estão mais sensíveis às variações da qualidade da energia do que os equipamentos usados no passado. A crescente ênfase na melhoria da eficiência dos sistemas de potência com objetivo de obter ganhos de produtividade contribui com suas ações para aumentar os níveis de harmônicas nos sistemas de potência. A crescente conscientização dos usuários finais de energia elétrica a respeito dos problemas relacionados com a qualidade da energia. Muitos sistemas estão interconectados em rede. Uma falha em qualquer componente nestes processos integrados tem uma consequência muito mais importante do que nos sistemas isolados. No que tange ao uso racional de energia elétrica, para se combater os desperdícios pode-se atuar tanto na conscientização e educação do consumidor como na melhoria do rendimento de equipamento, sistemas e processos. A partir do racionamento de energia elétrica ocorrido em 2001, programas de conservação de energia passaram a ter um enfoque de maior destaque nas concessionárias de energia elétrica (PIRES, 2006; OLIVEIRA, 2009). Uma das iniciativas é o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica - PROCEL, que foi criado em 1985, mas se consolidou no Brasil durante o racionamento ocorrido nos anos de 2001-2002, que tem como objetivo principal promover o combate ao desperdício de energia elétrica, na produção e no consumo (ELETROBRÁS / PROCEL, 2006). A constante preocupação com o uso racional da energia elétrica afeta a qualidade desse produto, pois com um maior interesse na eficiência dos sistemas algumas cargas dadas como não eficientes são substituídas por cargas de menor

16 consumo com grande utilização de eletrônica, essas cargas podem gerar componentes harmônicas capazes de causar problemas de natureza diversa no sistema de distribuição de energia elétrica (NUNES, 2007). Esse crescimento de cargas não lineares, aliada às exigências do novo modelo do setor elétrico brasileiro, tem contribuído para tornar mais rígidos os requisitos de qualidade para fornecimento da energia elétrica (CRUZ, 2007). Devido ao potencial de prejuízos possíveis, fica evidente a importância de uma análise e de um diagnóstico da qualidade da energia elétrica, com o objetivo de determinar as causas e as consequências dos fenômenos que afetam a qualidade de energia do sistema, além de apresentar medidas técnicas e economicamente viáveis para solucionar o problema. 1.1 OBJETIVOS O objetivo deste trabalho é analisar as distorções harmônicas geradas pelas lâmpadas fluorescente e LED, por meio de medições de amostras dessas lâmpadas e por uma simulação dessas cargas utilizando o software ATP, considerando as instalações elétricas da Faculdade de Engenharia UnB Gama. 1.1.1 Objetivos Específicos Realizar medições para verificar o conteúdo harmônico de corrente em lâmpadas fluorescente tubular e LED. Comparar o desempenho das lâmpadas fluorescente e LED, com relação a distorção harmônica de corrente. Certificar se as lâmpadas LED dos principais fabricantes estão de acordo com as normas relacionadas a esses equipamentos. Apresentar e analisar os resultados de dois sistemas de iluminação, considerando as instalações elétricas da Faculdade UnB Gama FGA. 1.2 ESTRUTURA DO TRABALHO Introdução: apresenta uma visão geral do trabalho, onde se aborda as razões para o desenvolvimento da pesquisa e os objetivos gerais e específicos do trabalho. Referencial teórico: apresenta-se uma breve revisão da literatura sobre temas importantes para o desenvolvimento deste trabalho, tratando sobre

17 a conservação e racionalização da energia, alguns aspectos da qualidade da energia elétrica, conceituação de harmônicos, os efeitos da eficiência energética na qualidade da energia elétrica e os principais guias existentes sobre os harmônicos. Metodologia: trata dos procedimentos dos ensaios que foram realizados, apresentando as principais características dos equipamentos utilizados e também os procedimentos adotados na simulação. Resultados e Discussões: são apresentados os resultados das medições das lâmpadas fluorescente e LED, que foram realizadas no laboratório de eletricidade. São também apresentadas comparações entre as amostras, com relação ao seu conteúdo harmônico. E por fim são apresentados os resultados das simulações realizadas no ATP, onde se pode comparar os cenários e analisá-los em relação aos limites estipulados pela norma vigente. Considerações Finais: são apresentadas as conclusões referentes ao trabalho.

18 2. REFERENCIAL TEÓRICO No âmbito da engenharia, a eficiência energética e a qualidade da energia elétrica são dois temas muito recorrentes nos últimos anos. O uso eficiente da energia tem o objetivo de eliminar desperdício através do uso racional dos insumos energéticos, com alto rendimento dos diversos sistemas de uso final dos mesmos (OLIVEIRA, 2009). No intuito de se reduzir as perdas, as cargas existentes são substituídas por cargas mais eficientes, contudo, se torna importante analisar os impactos dessas cargas no sistema no que se refere à qualidade da energia elétrica. A qualidade da energia elétrica tem sido um assunto muito discutido, e essa crescente preocupação se deve, principalmente, por questões técnicas e econômicas. Em princípio, a questão da qualidade da energia aparece quando um equipamento alimentado pela rede elétrica deixa de funcionar como deveria (DECKMANN, 2010). Os equipamentos elétricos, que possuem alta tecnologia, utilizados nos diversos setores da economia, são extremamente sensíveis a qualquer tipo de perturbação, ou seja, qualquer problema manifestado na tensão, corrente ou na frequência (KAGAN, 2009). Caso haja uma falta de energia durante um pequeno intervalo de tempo, chegando a menos de um segundo, todo o processo industrial pode ser alterado, podendo gerar grandes prejuízos econômicos (CRUZ, 2007). 2.1 O USO RACIONAL DA ENERGIA ELÉTRICA Constata-se, atualmente, uma crescente preocupação com a racionalização e aumento da eficiência do uso da energia elétrica no Brasil. A eficiência no uso da energia entrou na agenda mundial a partir dos choques no preço do petróleo dos anos 1970, quando ficou claro que o uso das reservas de recursos fósseis teria custos crescentes. Com isso, reconheceu-se que um mesmo serviço poderia ser obtido com menor gasto de energia e, consequentemente com menores impactos econômicos, ambientais, sociais e culturais (EPE, 2010; OLIVEIRA, 2009). Os equipamentos e hábitos de consumo passaram a ser analisados em termos da conservação da energia, tendo sido demonstrado que, de fato, muitas iniciativas que resultam em maior eficiência energética são economicamente viáveis,

19 ou seja, o custo de sua implantação é menor do que o custo de produzir ou adquirir a energia cujo consumo é evitado (EPE, 2010). De acordo com Oliveira (2009), dentre os benefícios que são proporcionados com o aumento da eficiência no uso da energia, pode-se citar: Redução ou adiamento da necessidade de investimentos em geração, transmissão e distribuição; Contribuição para o aumento da confiabilidade do sistema; Redução de custo de energia para o consumidor final. As ações de Eficiência energética compreendem modificações ou aperfeiçoamentos tecnológicos ao longo da cadeia, mas podem também resultar de uma melhor organização, conservação e gestão energética por parte das entidades que a compõem. Em síntese, pode-se considerar que os ganhos em eficiência energética são provenientes da modernização de equipamento e processos e com os programas voltados para o consumo consciente (MME, 2011). Existem no Brasil diversos mecanismos de promoção à eficiência energética e conservação de energia oriundos do apoio e/ou incentivo do Ministério de Minas e Energia - MME, tanto do ponto de vista de leis e decretos, que regulamentam a matéria, quanto de programas (SOUZA, 2009). Neste cenário destacam-se o Programa Brasileiro de Etiquetagem - PBE, coordenado pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - INMETRO, e o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica - PROCEL, cuja coordenação executiva está a cargo das Centrais Elétricas Brasileiras S.A. Eletrobrás (EPE, 2010). 2.1.1 Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica PROCEL O PROCEL é um programa do governo, criado em 1985, e tem como objetivo promover o uso eficiente da energia elétrica e combater o seu desperdício (MME, 2011). As ações do PROCEL contribuem para o aumento da eficiência dos bens e serviços, para o desenvolvimento de hábitos e conhecimentos sobre o consumo eficiente da energia. Visto que o setor de edificações é de extrema importância no mercado de energia elétrica, representando cerca de 50% do consumo de eletricidade do País, em 2014 foi criado o PROCEL EDIFICA, que se trata de um instrumento de adesão voluntária que tem por objetivo principal identificar as edificações que apresentem as

20 melhores classificações de eficiência energética em uma dada categoria, motivando o mercado consumidor a adquirir e utilizar imóveis mais eficientes (PROCEL, 2015). 2.1.2 Programa Brasileiro de Etiquetagem PBE O Programa Brasileiro de Etiquetagem visa prover os consumidores de informações que lhes permitam avaliar o consumo de energia dos eletrodomésticos e selecionar na sua decisão de compra, aqueles de maior eficiência em relação ao consumo, possibilitando uma economia nos custos de energia (MME, 2011). Para isto, o PBE atua através de etiquetas informativas, com o objetivo de alertar o consumidor quanto à eficiência energética de alguns dos principais eletrodomésticos nacionais (SOUZA, 2009). O programa estimula a melhoria contínua do desempenho dos eletrodomésticos, buscando otimizar o processo de qualidade dos mesmos (FERREIRA, 2014). A Figura (1) mostra um exemplo de etiqueta e o significado de suas informações. Figura 1: Exemplo de uma etiqueta. Fonte: (INMETRO, 2015)

21 2.2 CARACTERIZAÇÃO DOS DISTÚRBIOS DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA Antes de se determinar os parâmetros para a qualidade da energia elétrica, com o objetivo de analisar os distúrbios que afetam a qualidade deste produto, é necessário verificar quais seriam as condições ideais de operação de um sistema elétrico. Com isso, pode-se comparar as condições reais de operação com as características de um sistema ideal. Segundo Deckmann et al. (2010), um sistema elétrico trifásico ideal deve satisfazer às seguintes condições de operação em regime permanente: Tensões e correntes alternadas, com formas senoidais; Amplitudes constantes, nos valores nominais; Frequência constante, no valor síncrono; Tensões trifásicas equilibradas; Em um sistema elétrico real dificilmente as condições de operação de um sistema ideal são satisfeitas, pois a rede e os equipamentos elétricos estão sempre sujeitos a falhas ou perturbações que deterioram de alguma maneira as condições que seriam desejáveis para a operação (OLIVEIRA, 2009). Entretanto, as condições de operação do sistema ideal podem ser utilizadas como referência. Assim, pode-se adotar como critério para avaliar a qualidade da energia elétrica o afastamento que o sistema real experimenta dessas condições ideais. Essa abordagem permite estabelecer índices que avaliam a deterioração das condições de operação, em função dos distúrbios que são impostos ao sistema (DECKMANN et al.,2010). A Agência Nacional de Energia elétrica (ANEEL), no módulo 8 do PRODIST, considera que os aspectos da qualidade do produto em regime permanente são: a) Tensão em regime permanente; b) Fator de potência; c) Harmônico; d) Desequilíbrio de tensão; e) Flutuação de tensão; f) Variações de tensão de curta duração; g) Variação de frequência;

22 Em geral, quando se fala em Qualidade da energia está se referindo à qualidade da tensão que está sendo suprida, pois as empresas concessionárias até o momento não têm meio para controlar a corrente que uma determinada carga absorve. Entretanto, as alterações na forma de onda das correntes que fluem pelo sistema podem causar diversos distúrbios na tensão (DUGAN, 2003). 2.3 HARMÔNICO Um harmônico é um componente de uma onda senoidal de tensão, ou corrente, de frequências múltiplas inteiras da frequência fundamental. As distorções harmônicas são fenômenos associados com deformações nas formas de onda das tensões e correntes, sendo causada pela instalação de equipamentos e cargas não lineares no sistema de distribuição (ANEEL, 2009; VELASCO, 2007). Uma carga não linear se caracteriza por uma relação não constante entre tensão e corrente. As cargas elétricas comandadas eletronicamente são exemplos de cargas não-lineares, que além de contribuírem para a distorção harmônica ainda são sensíveis ao fenômeno (MEHL, 2013). O grau de distorção harmônica pode ser quantificado matematicamente com base no estudo das ondas não senoidais periódicas, viabilizada por meio da série de Fourier. Conhecidos os valores de tensões ou correntes harmônicas presentes no sistema, utiliza-se de procedimentos quantitativos para expressar a influência do conteúdo harmônico em uma forma de onda (VELASCO, 2007). Um dos mais utilizados é a Distorção Harmônica Total, a qual pode ser empregada tanto para sinais de tensões como para correntes, conforme as equações abaixo, respectivamente: Distorção Harmônica de Tensão Total (DHTv) DHTv = hmax h>1 V h 2 V2 100% (1) 1 Distorção Harmônica de Corrente Total (DHTi) DHTi = hmax h>1 I h 2 I2 100% (2) 1 Onde:

23 o Vh: Tensão harmônica de ordem h; o V1 : Tensão fundamental medida; o Ih : Corrente harmônica de ordem h; o I1 : Corrente fundamental medida; o h : Ordem da componente harmônica; Normalmente, consideram-se as harmônicas até a 50º ordem, em relação à fundamental, a partir desse valor elas são consideradas, normalmente, desprezíveis na análise de sistemas elétricos de distribuição de energia. Também é difícil coletar dados suficientemente precisos para modelar os sistemas de energia nessas frequências (DUGAN, 2003). A presença de harmônicos em um sistema pode nem sempre causar danos imediatos, mas com o tempo, equipamentos expostos a correntes harmônicas podem vir a apresentar sérios problemas. Dentre os quais se podem citar (PIRES, 2006; VELASCO, 2007): O aumento de perdas de energia e redução da tensão de distribuição nos sistemas trifásicos a quatro fios, pode haver um aumento significativo da corrente de neutro em decorrência das harmônicas; Diminuição do tempo de vida útil dos transformadores de distribuição; Riscos aos bancos de capacitores do sistema; Interferências com sinais de comunicação. 2.4 EFEITOS DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA O desenvolvimento mundial da eletrônica de potência propiciou a criação de equipamentos eletrônicos cada vez mais eficientes. Estes equipamentos, apesar de permitirem uma economia de energia considerável, prejudicam a qualidade de energia no sistema elétrico (SILVA, 2008). A constante preocupação com o uso racional de energia, evidenciada com a criação do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica PROCEL, em 1985, incentivou a substituição de cargas dadas como não eficientes, na sua maioria

24 cargas de característica linear, por cargas de menor consumo com grande utilização de eletrônica. Com a crescente popularização destes equipamentos eletrônicos nos setores residenciais e comerciais, o problema da distorção harmônica tem se tornado cada vez mais significativo (ELETROBRÁS / PROCEL, 2006; NUNES, 2007) Na Tabela (1) é apresentada uma relação entre o aumento da corrente eficaz e a diminuição do fator de potência com o aumento da distorção harmônica total de corrente (DHTi), causadas por cargas não-lineares. Tabela 1: Influência do DHTi no acréscimo de corrente e na redução do fator de potência. Fonte: (ELETROBRÁS/ PROCEL, 2006). DHTi (%) Acréscimo de corrente (%) Fator de Potência 0 0,00 1,000 10 0,50 0,995 30 4,40 0,958 50 11,80 0,894 70 22,07 0,819 100 41,42 0,707 150 80,28 0,555 200 123,61 0,447 O aumento da distorção harmônica total implica em uma redução do fator de potência e um acréscimo na corrente eficaz e, consequentemente, o aumento das perdas nos equipamentos (NUNES, 2007). Apesar das cargas eletroeletrônicas diminuírem a qualidade do sistema elétrico, essas são sensíveis a variações provocadas pela má qualidade do mesmo, o que evidencia uma exigência maior em relação à qualidade deste produto (MEHL, 2013). 2.5 GUIAS EXISTENTES SOBRE HARMÔNICOS Diferentes países têm desenvolvido suas próprias normas relacionadas às distorções harmônicas e estipulado seus próprios limites de emissão de acordo com suas condições e requisito individuais. Contudo, com a crescente globalização, a necessidade de se utilizar equipamentos com limite de harmônicos projetado de acordo com as normas de um país em outro país, convergiu na formulação de normas internacionais quanto as distorções harmônicas (ARRUDA, 2008).

25 Os principais guias internacionais e as referências nacionais são: PRODIST Módulo 8 Guia IEEE Std 519-1992 Norma IEC 61000 2.5.1 PRODIST Módulo 8 Trata-se de um dos módulos dos procedimentos de distribuição, determinado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), onde estão contidos os critérios de distribuição de energia que englobam o nível máximo de distorção harmônica de tensão possível em um sistema brasileiro. Os limites para as distorções harmônicas totais são apresentados na Tab. (2). Tabela 2: Limites das distorções harmônicas totais (em % da tensão fundamental). Indicador Tensão Nominal Vn 1,0 kv 1,0 kv <Vn< 69 kv 69 kv Vn< 230 kv DHTv (%) 10,0 % 8,0 % 5,0 % DHTp (%) 2,5 % 2,0 % 1,0 % DHTi (%) 7,5 % 6,0 % 4,0 % DHT3 (%) 6,5% 5,0 % 3,0 % 2.5.2 Guia IEEE Std 519-1992 Este guia determina os valores máximos de distorção harmônica individual de tensão e os valores de distorção harmônica total presentes em uma barra. Em relação ao limite de distorção de corrente, o guia sugere valores máximos de harmônicos individuais em relação ao nível de tensão da carga. Outro fator determinante para a obtenção dos limites de harmônicos individuais é a relação entre a corrente de curto circuito da barra (Icc) e a corrente em demanda máxima da carga (Icarga). Quanto maior for Icc em relação a Icarga, maior será o valor máximo permitido do harmônico. 2.5.3 Norma IEC 61000 As normas da série IEC 61000 são subdivididas em várias partes. As normas IEC 61000-3-2 e IEC 61000-3-4 delimitam os limites de emissão dos equipamentos com corrente de alimentação menor que 16 A por fase e maior que 16 A por fase,

26 respectivamente. Seus propósitos são garantir que os harmônicos de corrente gerados e injetados na rede não sejam capazes de aumentar o nível de distorção harmônica de tensão nas barras do sistema. Na 61000-3-2, os equipamentos são classificados em quatro categorias: Classe A: Equipamentos trifásicos equilibrados e qualquer outro equipamento não pertencente às outras classes Classe B: Equipamentos portáteis Classe C: Equipamentos de iluminação, incluindo dimmerizados. Classe D: Equipamentos com formato da corrente de entrada incomum e com potência ativa inferior a 600W.

27 3. METODOLOGIA Para se avaliar o impacto das cargas não-lineares no sistema de distribuição, torna-se necessário identificar as cargas mais significativas. A Faculdade UnB Gama foi o local escolhido para avaliar a distorção harmônica em uma edificação eficiente, realizando uma comparação entre as cargas atuais e cargas a serem substituídas. Dessa forma, foi realizado um levantamento de cargas no local, onde se percebeu que a carga de maior impacto é proveniente do sistema de iluminação e do sistema de climatização. Pelo fato de no local não haver muitas unidades de ares condicionados munidos de uma tecnologia mais eficiente, por exemplo, os equipamentos dotados com a tecnologia Inverter, as medições das grandezas elétricas serão realizadas somente para o sistema de iluminação. Com isso, o desenvolvimento experimental deste estudo compreendeu uma análise comparativa entre dois sistemas de iluminação: um constituído por lâmpadas fluorescente e outro por lâmpadas LED. Neste tópico são descritos os procedimentos adotados no laboratório e no ambiente computacional para a simulação. Serão apresentados os equipamentos utilizados ao longo do experimento e os procedimentos para a aquisição das características elétricas e de distorção harmônica, necessárias para a análise, serão detalhados. 3.1 AQUISIÇÃO DAS AMOSTRAS DE ESTUDO Para a aquisição das amostras de estudo foram necessárias algumas etapas, que envolveram: Determinação do objeto de estudo; Determinação da quantidade amostras a adquirir; 3.1.1. Determinação do objeto de estudo Partindo de uma proposta de trabalho que consistiu em uma análise comparativa das distorções harmônicas geradas pelas lâmpadas fluorescente e LED, foi estabelecido que as lâmpadas a serem estudadas deveriam atender a três parâmetros:

28 Necessidade de alterações nas instalações elétricas: definiu-se que as lâmpadas a serem estudadas são as que permitem a substituição sem a realização de grandes modificações; Modelo da lâmpada (tubular, bulbo, etc.); Fluxo luminoso Após o levantamento de carga do sistema de iluminação, definiu-se que nesse estudo seriam consideradas as lâmpadas fluorescente tubular de 16 W e 32 W, devido a facilidade de substituição dessas pelas lâmpadas LED e da estrutura disponível no laboratório para a realização das medições das características elétricas das amostras. A Tabela (3) apresenta a equivalência das lâmpadas LED a serem utilizadas na troca das cargas atuais, considerando o fluxo luminoso das lâmpadas fornecido pelos fabricantes. Tabela 3: Equivalência entre as lâmpadas fluorescente e LED. Equivalência 1 Equivalência 2 Modelo Fluorescente LED Fluorescente LED Tubular -T8 Tubular Tubular -T8 Tubular Potência 16 w 10 w 32 w 20 w Eficiência Luminosa 75 Lm/w 110 Lm/w 77 Lm/w 105 Lm/w Fluxo Luminoso 1200 Lm 1320 Lm 2470 Lm 2520 Lm Comprimento 60 cm 60 cm 120 cm 120 cm 3.1.2. Determinação da quantidade de amostras a adquirir Para o ensaio com as lâmpadas fluorescentes tubulares foi necessário o uso de reatores eletrônicos. Atendo as especificações do fabricante dos reatores, as medições das lâmpadas fluorescente foram realizadas com duas lâmpadas ligadas, desta forma, foram adquiridas duas amostras de cada potência, especificada na Tab. (4). Portanto, um fabricante de lâmpadas LED também foi escolhido para adquirir duas amostras de cada potência. Como o presente trabalho também visa um estudo comparativo das características elétricas dos principais fabricantes de lâmpadas LED presentes no mercado, foi adquirida uma amostra de outros três fabricantes.

29 Tabela 4: Relação de lâmpadas adquiridas. LÂMPADAS QUANTIDADE POTÊNCIA PREÇO UNITÁRIO FLUORESCENTE Fabricante 1 2 16 W R$ 9,99 Fabricante 1 2 32 W R$ 11,00 Fabricante 1 1 10 W R$ 17,00 Fabricante 2 2 10 W R$ 22,00 LED Fabricante 3 1 10 W R$ 42,90 Fabricante 4 1 10 W R$ 27,90 Fabricante 2 2 20 W R$ 26,00 3.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL As medições das grandezas elétricas foram realizadas no Laboratório de Eletricidade da Faculdade UnB Gama. Para as medições foram construídas duas placas de teste para o laboratório, uma para as lâmpadas fluorescente de 16 W e para as LED de 10 W, e outra para as lâmpadas fluorescente de 32 W e para as LED de 20 W. A bancada experimental foi composta pela placa de teste das lâmpadas e de um analisador da qualidade de energia. O analisador utilizado é o ET-5060C da Minipa. As Figuras (2) e (3) apresentam a montagem utilizada nas medições do laboratório para as lâmpadas Fluorescentes e LED, respectivamente.

30 Figura 2: Bancada para a medição das lâmpadas fluorescente tubular. Figura 3: Bancada para a medição das lâmpadas LED tubular.

31 Durante as medições as lâmpadas foram submetidas à alimentação na Bancada Didática, utilizada no Laboratório de Eletricidade da FGA. O início das medições ocorreu depois de transcorrido o tempo de estabilização das lâmpadas. O período de coleta dos dados foi de uma hora para cada amostra. 3.3 MODELAGEM COMPUTACIONAL O programa escolhido para os estudos computacionais foi o ATP (Alternative Transients Program), que é uma ferramenta com boa aceitação no setor elétrico para análises no domínio do tempo de sistemas de potência. A modelagem computacional foi baseada na característica do espectro de frequências da corrente elétrica medida. A partir desses espectros de frequências, foram selecionadas as componentes harmônicas mais significativas, que apresentavam módulo acima de 1% em relação à fundamental. Como o ATPDraw já disponibiliza alguns modelos de elementos do sistema de distribuição e fontes de tensão e corrente que foram utilizados nas simulações, bastou então modelar as cargas não-lineares, as lâmpadas fluorescente e LED, e seus conjuntos. Assim, para atingir o objetivo desse estudo, utilizou-se um circuito equivalente ao apresentado na Fig. (4). Figura 4: Modelo do circuito simulado no ATPDraw. As instalações da FGA são alimentadas por uma linha de 13.8 kv. Os dados de impedância da linha (Tab. 5) foram obtidos por meio dos resultados de cálculos

32 do curto-circuito em um nó de entrada da unidade consumidora com a companhia de distribuição (CEB Distribuição S.A.). A unidade consumidora possui três transformadores de 500 kva, entretanto, para a simulação os cálculos do transformador foram realizados considerando um de 1500 kva, com a mesma configuração dos transformadores encontrados nas instalações, delta-estrela aterrado. Os parâmetros do transformador calculados são apresentados na Tab. (6). Tabela 5: Dados de curto-circuito. Sequência Impedância Positiva 0,49614 + j 0,82295 Zero 0,77715 + j 2,79599 Tabela 6: Parâmetros do transformador simulado no ATPDraw. Parâmetros elétricos Parâmetros do eixo de magnetização Informações sobre os enrolamentos Potência = 1500 kva Vprimário = 13,8 kv Vsecundário = 220 V Imag = 0,5124 A Rmag = 190,44 kω R = 1,9044 Ω Primário L = 29,885 mh R = 0,484 mω Secundário L = 7,5953 µh

33 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Primeiramente são abordados os resultados das medições das grandezas elétricas das amostras, realizadas no Laboratório de eletricidade da Universidade de Brasília, apresentando uma comparação entre as diferentes amostras analisadas, com relação às distorções harmônicas. No segundo tópico apresentam-se os resultados da simulação de dois sistemas de iluminação, um composto por lâmpadas fluorescentes tubulares e outro com lâmpadas LED com o intuito de também analisar a distorção harmônica nos diferentes cenários. 4.1 RESULTADOS DAS MEDIÇÕES E ANÁLISE Primeiramente, foi realizada uma comparação das distorções harmônicas geradas pelas lâmpadas fluorescente tubular e LED, levando em consideração as equivalências apresentadas na Tab. (3). Seguindo as recomendações dos fabricantes dos reatores, as medições das lâmpadas fluorescente foram realizadas sempre com duas lâmpadas conectadas. Desta forma, para que os resultados pudessem ser comparados foi escolhido um fabricante de lâmpadas LED para realizar as medições com duas lâmpadas conectadas em paralelo. Os resultados das distorções harmônicas totais, de tensão e de corrente, para as medições com duas lâmpadas, são apresentados na Tab. (7). Tabela 7: Distorções Harmônicas Totais das lâmpadas fluorescente e LED. LÂMPADAS POTÊNCIA DHTV DHTI FLUORESCENTE 16 W 2,6 33 32 W 3,5 34 LED 10 W 2,4 120 20 W 2,7 215 Pelo fato do fluxo de correntes harmônicas, provocado por cargas nãolineares, que fluem pelo sistema poderem causar distúrbios na tensão, primeiramente, o foco deste estudo será a análise das distorções harmônicas de corrente. Os Gráficos (1) e (2) apresentam uma comparação do espectro harmônico de corrente das lâmpadas fluorescente com a sua lâmpada LED equivalente, obtido por meio das medições das amostras no laboratório.

34 Gráfico 1: Espectro harmônico de corrente das lâmpadas fluorescente tubular 32 W e LED 20 W. Gráfico 2: Espectro harmônico de corrente das lâmpadas fluorescente tubular 16 W e LED 10 W.

35 As lâmpadas fluorescente, além de apresentarem valores mais baixos de distorção harmônica de corrente, apresentaram valores muito próximos para as amostras de diferentes potências, 33% e 34% para as lâmpadas de 16 W e 32 W, respectivamente. Já as lâmpadas LED apresentaram valores mais altos de distorção harmônica de corrente, sendo 120% para as lâmpadas de 10 W e 215% para as lâmpadas de 20 W, e também a presença de harmônicas de ordem mais elevadas que não foram encontradas no espectro harmônico das lâmpadas fluorescente. Em todas as medições notou-se que quase a totalidade da DHTi é ocasionada pelas harmônicas de ordem ímpar, que são as mais comuns e encontradas nas instalações elétricas em geral. Uma comparação entre as tecnologias analisadas, a partir dos valores medidos, mostra a lâmpada fluorescente já está consolidada em decorrência do tempo em que essa está presente no mercado, o que proporcionou o aprimoramento do circuito eletrônico do reator. Já os circuitos eletrônicos associados a lâmpadas LED ainda estão em fase de transição. Nesse sentido, do ponto de vista elétrico, nota-se que um sistema de iluminação com lâmpadas LED e tecnologias menos elaboradas podem proporcionar perda de qualidade na rede elétrica do lado do consumo, nesse caso, destacando-se a elevada taxa de distorção harmônica da corrente elétrica. Tendo em vista os problemas que podem ser ocasionados pelo uso simultâneo de uma grande quantidade dessas lâmpadas LED, foi realizado um estudo das distorções harmônicas geradas pelas lâmpadas das principais marcas presente no mercado, com o objetivo de conhecer quais fabricantes atendem aos limites de distorção harmônica estabelecidos pelas principais normas. A Tabela (8) apresenta algumas grandezas elétricas obtidas nas medições de uma amostra de cada fabricante escolhido e o Gráfico (3) apresenta uma comparação das distorções individuais de corrente na forma de espectro de frequências. Tabela 8: Conteúdo harmônico de corrente das lâmpadas LED de 10 W. Fabricante 1 Fabricante 2 Fabricante 3 Fabricante 4 Ordem Irms= 0,06 A Irms= 0,17 A Irms= 0,04 Irms= 0,05 Harmônica fp = 0,76 fp = 0,78 fp = 0,78 fp = 0,8 1 100 100 100 100 3 97 35 46 27

36 5 95 27 36 32 7 80 26 3 7 9 63 24 3 1 11 40 21 3-13 28 19 - - 15 10 16 - - 17 8 14 - - 19 12 11 - - 21 13 8 - - 23 20 5 - - 25 16 5 - - DHTI 180 % 68 % 59 % 42 % Gráfico 3: Espectro harmônico de corrente das lâmpadas LED de 10 W. Como pode ser observado, a lâmpada do Fabricante (1) além de possuir a maior distorção harmônica total de corrente, é a que apresenta as maiores distorções individuais em quase todas as ordens harmônicas, apenas as harmônicas de 15ª e 17ª ordem do Fabricante (2) são maiores. As lâmpadas dos Fabricantes (3) e (4) além de apresentarem uma DHTi mais baixa não apresentam a presença de harmônicas de ordem mais elevadas como encontradas nas lâmpadas dos Fabricantes (1) e (2).

37 Apesar de não existir uma norma nacional que oriente sobre os limites da distorção harmônica de corrente foi utilizada a norma IEC 61000-3-2, que trata sobre os equipamentos com alimentação menor que 16 A. Os limites permitidos para os equipamentos da classe C, equipamentos de iluminação incluindo dimmerizados, são apresentados na Tab. (9). Tabela 9: limites de correntes harmônicas para equipamentos classe C. Ordem Harmônica Máxima Corrente (%) 2 2 3 30%*fp 5 10 7 7 9 5 11-39 3 Para o cálculo da máxima corrente da 3ª harmônica utiliza-se o valor do fator de potência (fp) das amostras. A partir dos dados apresentados na Tab. (8) constatase que todas as marcas apresentam harmônicos individuais de corrente em desacordo com o estabelecido pela norma IEC 61000-3-2. As lâmpadas dos Fabricantes (1) e (2), além de apresentarem as maiores distorções harmônicas totais de corrente, possuem todas as harmônicas de ordem ímpar, compreendidas entre a 3ª e a 25ª, fora do limite estabelecido. Já as lâmpadas dos Fabricantes (3) e (4) apresentam apenas as harmônicas de 3ª e 5ª ordem em desacordo com a norma. 4.2 COMPARAÇÃO DE DOIS SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO Visando a implantação de um projeto de eficiência energética e um estudo da qualidade da energia elétrica, foi realizada uma análise de dois sistemas de iluminação, um composto por lâmpadas fluorescente tubular e outro por lâmpadas LED, considerando as instalações elétricas da Faculdade UnB Gama FGA. Inicialmente foi realizado um estudo com relação à redução no consumo, considerando apenas a substituição das lâmpadas apresentadas na Tab. (3). Depois serão apresentados os resultados das simulações das cargas para o estudo do impacto da distorção harmônica de corrente dos diferentes sistemas de iluminação.

38 4.2.1. Resultados esperados na redução do consumo Com relação à implantação de um sistema de iluminação eficiente, além da redução do consumo de energia elétrica, esse deve ser planejado levando em consideração as características técnicas das lâmpadas utilizadas para que as condições quanto à iluminação possam ser atendidas, sem que haja uma perda no conforto para as pessoas. Dessa forma, as lâmpadas LED foram escolhidas como uma carga mais eficiente, pois essas apresentam uma maior eficiência luminosa agregada a uma longa vida útil, quando comparadas com as lâmpadas fluorescente. Com as amostras definidas (Tab. 3) pode-se realizar um estudo prévio com relação à redução no consumo devido à substituição dessas lâmpadas, considerando que não há mudança nos hábitos de consumo. A Tabela (10) apresenta o levantamento das cargas realizado na Faculdade UnB Gama. Tabela 10: Levantamento das cargas da Faculdade UnB Gama. Equipamento Lâmpadas Especificação Potência (W) Quantidade Potência Instalada (KW) Lâmpada Fluorescente Tubular 16 1538 24,608 Lâmpada Fluorescente Tubular 32 1687 53,984 Lâmpada Fluorescente Compacta 36 305 10,98 Lâmpada de Magnésio 250 84 21 Lâmpada Mista 160 70 11,2 A partir do levantamento realizado encontrou-se que a potência instalada do sistema de iluminação da Faculdade é de, aproximadamente, 122 KW. Se as lâmpadas tubulares de 16 W e 32 W fossem substituídas pelas lâmpadas LED de 10 W e 20 W, respectivamente, a nova potência instalada seria de 92 KW, o que resultaria em uma redução de, aproximadamente, 24%. 4.2.2. Simulação dos cenários Como já mencionado anteriormente, o local em análise é a Faculdade de Engenharia UnB Gama, tendo como objeto de estudo o seu sistema de iluminação. Por não haver dados sobre a distorção harmônica das lâmpadas fluorescente compacta, de magnésio e da lâmpada mista, somente as lâmpadas tubulares foram

39 consideradas nas simulações, sendo essas responsáveis por, aproximadamente, 65% da potência instalada do sistema de iluminação. Desta forma, serão apresentados dois cenários, o primeiro composto por lâmpadas fluorescente tubular e o segundo por lâmpadas LED tubular. Foram simuladas as interações das correntes harmônicas das várias lâmpadas que compõem o sistema de iluminação do local para avaliar seu resultado no primário do transformador. Portanto, o objetivo dessa simulação era analisar a não-linearidade que essas diferentes cargas produzem na rede de distribuição. Na simulação foi considerado que todas as harmônicas tinham o mesmo ângulo de fase, pois o analisador da Qualidade da Energia Elétrica usado nas medições das cargas não fornecia esses valores, e que as cargas estavam equilibradas. 4.2.2.1. Cenário 1 A simulação do Cenário 1, onde foi considerado um sistema de iluminação composto por lâmpadas fluorescente tubular de 16 W e 32 W, tem as suas formas de onda de tensão e corrente representadas nas Figuras (5) e (6), respectivamente. Figura 5: Formas de onda da tensão da simulação do Cenário 1.

40 Figura 6: Formas de onda da corrente da simulação do Cenário 1. Os conteúdos harmônicos das formas de onda de tensão e de corrente são apresentados na Tab. (11). Como o circuito analisado é equilibrado, serão apresentados os resultados apenas da fase A, sendo que os resultados das demais fases são semelhantes. Tabela 11: Conteúdo harmônico das formas de onda da tensão e corrente da simulação do Cenário 1. Ordem Harmônica Distorção Harmônica Individual Tensão (%) Corrente (%) 1 100 100 2 0,009331 0,010237 3 0,003499 0,007716 4 0,001870 0,012507 5 0,023181 14,89551 6 0,000783 0,007447 7 0,007098 3,479895 8 0,000440 0,005468 9 0,000345 0,003076 10 0,000278 0,001963 11 0,001341 0,364473 12 0,000189 0,001834 13 0,000160 0,001367 14 0,000138 0,001117 15 0,000119 0,000947 16 0,000104 0,000819

41 17 0,000091 0,000721 18 0,000081 0,000642 19 0,000072 0,000577 20 0,000064 0,000523 21 0,000058 0,000478 22 0,000052 0,000440 23 0,000047 0,000406 24 0,000043 0,000378 25 0,000039 0,000352 DHTv=0,026334% DHTi=15,301% A forma de onda da tensão se aproxima de uma senóide, enquanto a forma de onda da corrente apresenta uma maior distorção. Analisando os dados da Tab. (11), nota-se que as harmônicas impares não múltiplas de três apresentam os maiores percentuais, com relação à fundamental, que as outras harmônicas, portanto sendo essas as maiores responsáveis pelas distorções encontradas nas formas de onda. 4.2.2.2. Cenário 2 A simulação do cenário 2, onde foi considerado um sistema de iluminação composto por lâmpadas LED tubular de 10 W e 20 W, tem as suas formas de onda de tensão e corrente representadas nas Figuras (7) e (8), respectivamente. Figura 7: Formas de onda da tensão da simulação do Cenário 2.

42 Figura 8: Formas de onda da corrente da simulação do Cenário 2. Os conteúdos harmônicos das formas de onda de tensão e de corrente são apresentados na Tab. (12). O circuito analisado do cenário 2 também é equilibrado, dessa forma, será apresentado apenas os resultados de uma fase. Tabela 12: Conteúdo harmônico das formas de onda da tensão e corrente da simulação do Cenário 2. Distorção Harmônica Ordem Individual Harmônica Tensão (%) Corrente (%) 1 100 100 2 0,009341 0,077722 3 0,003515 0,092205 4 0,001910 0,120886 5 0,126796 69,43697 6 0,000713 0,092268 7 0,159013 62,85583 8 0,000516 0,032453 9 0,000454 0,063305 10 0,000572 0,117601 11 0,201647 50,73315 12 0,000255 0,088456 13 0,225342 48,03253 14 0,000379 0,055607 15 0,000304 0,039931 16 0,000705 0,114282 17 0,300820 49,03488 18 0,000692 0,117137

43 19 0,327439 47,77192 20 0,001190 0,162870 21 0,000708 0,092076 22 0,000530 0,065814 23 0,000434 0,051478 24 0,000371 0,042250 25 0,000327 0,035747 DHTv=0,575% DHTi=135,42% Verifica-se que a forma de onda da corrente está totalmente distorcida e não apresenta nenhuma similaridade com forma de onda da tensão, que se aproxima de uma senóide. Como ocorrido no Cenário 1, as harmônicas impares não múltiplas de três apresentam os maiores percentuais com relação a fundamental, portanto sendo essas as maiores responsáveis pelas distorções encontradas nas formas de onda. 4.2.2.3. Comparação dos resultados obtidos As simulações mostraram que em ambos os cenários o transformador promoveu uma diminuição na distorção de corrente, servindo como um bloqueio para alguns harmônicos. Esse fato é explicado pela configuração do transformador encontrado nas instalações e que foi adotada na simulação, que foi a configuração triângulo-estrela aterrado. O transformador nessa configuração, em um sistema equilibrado, eliminaria os harmônicos de ordem três, quando seus valores forem iguais nas três fases (DUGAN, 2003). Com base nos procedimentos estabelecidos no módulo 8 do PRODIST e nos dados apresentados nas Tabelas (11) e (12), foram calculadas as distorções harmônicas totais da tensão para os dois cenários estudados, apresentadas na Tab. (13). Neste trabalho foi considerada a versão mais atual do módulo 8, com início de vigência em 1º de janeiro de 2017, que contêm algumas alterações com relação à Qualidade do Produto. Tabela 13: Distorções harmônicas totais dos cenários 1 e 2. Indicador Cenários 1 2 DHTv (%) 0,026334 0,575 DHTp (%) 0,0095329 0,009686 DHTi (%) 0,0242807 0,574901 DHT3 (%) 0,0036107 0,003787