Medição de qualidade de energia

Costumava ser com grandes sistemas de energia AC que “qualidade de energia” era um conceito inédito, além do fator de potência.

Quase todas as cargas eram da variedade “linear”, o que significa que não distorciam a forma da onda senoidal de tensão, nem faziam com que correntes não senoidais fluíssem no circuito. Isso não é mais verdade.

Cargas controladas por componentes eletrônicos "não lineares" estão se tornando mais prevalentes em casa e na indústria, o que significa que as tensões e correntes no (s) sistema (s) de alimentação que alimentam essas cargas são ricas em harmônicos:o que deveria ser bom, tensões de onda senoidal limpas e as correntes estão se tornando altamente distorcidas, o que é equivalente à presença de uma série infinita de ondas senoidais de alta frequência em múltiplos da frequência fundamental da linha de alimentação.

Efeitos de harmônicos excessivos

Harmônicas excessivas em um sistema de energia CA podem superaquecer transformadores, causar correntes condutoras neutras excessivamente altas em sistemas trifásicos, criar "ruído" eletromagnético na forma de emissões de rádio que podem interferir em equipamentos eletrônicos sensíveis, reduzir a potência de saída do motor elétrico e pode ser difícil de identificar.

Com problemas como esses infestantes sistemas de energia, engenheiros e técnicos precisam de meios para detectar e medir com precisão essas condições.

Qualidade de energia

Qualidade de energia é o termo geral dado para representar a liberdade de conteúdo harmônico de um sistema de energia CA. Um medidor de “qualidade de energia” é aquele que fornece alguma forma de indicação de conteúdo harmônico.

Medindo a qualidade da energia

Uma maneira simples de um técnico determinar a qualidade da energia em seu sistema sem equipamento sofisticado é comparar as leituras de tensão entre dois voltímetros precisos que medem a mesma tensão do sistema:um medidor sendo um tipo de unidade de "média" (como um medidor de movimento eletromecânico) e o outro é um tipo de unidade “true-RMS” (como um medidor digital de alta qualidade).

Lembre-se de que os medidores do tipo “média” são calibrados de modo que suas escalas indiquem volts RMS, com base na suposição de que a tensão CA que está sendo medida é senoidal . Se a tensão for qualquer coisa menos a forma de onda senoidal, o medidor de média não registre o valor adequado, enquanto o medidor de RMS verdadeiro sempre o fará, independentemente da forma de onda.

A regra aqui é a seguinte:quanto maior a disparidade entre os dois medidores, pior é a qualidade da energia e maior seu conteúdo harmônico.

Um sistema de energia com energia de boa qualidade deve gerar leituras de tensão iguais entre os dois medidores, dentro da tolerância de erro nominal dos dois instrumentos.

Outra medida qualitativa da qualidade da energia é o teste do osciloscópio:conecte um osciloscópio (CRT) à tensão CA e observe a forma da onda. Qualquer coisa diferente de uma onda senoidal limpa pode ser uma indicação de problema:

Esta é uma onda “senoidal” moderadamente feia. Conteúdo harmônico definido aqui!



Ainda assim, se a análise quantitativa (números definidos, numéricos) é necessária, não há substituto para um instrumento projetado especificamente para esse fim.

Esse instrumento é chamado de medidor de qualidade de energia e às vezes é mais conhecido nos círculos eletrônicos como um analisador de espectro de baixa frequência . O que este instrumento faz é fornecer uma representação gráfica em um CRT ou tela de exibição digital do "espectro" de frequência da tensão CA.

Assim como um prisma divide um feixe de luz branca em seus componentes de cor constituintes (quanto vermelho, laranja, amarelo, verde e azul há nessa luz), o analisador de espectro divide um sinal de frequência mista em suas frequências constituintes e exibe o resultado na forma de um histograma:(Figura abaixo)

Medidor de qualidade de energia é um analisador de espectro de baixa frequência.



Cada número na escala horizontal deste medidor representa um harmônico da frequência fundamental. Para sistemas de energia americanos, o "1" representa 60 Hz (o primeiro harmônico, ou fundamental ), o “3” para 180 Hz (o 3º harmônico), o “5” para 300 Hz (o 5º harmônico) e assim por diante.

Os retângulos pretos representam as magnitudes relativas de cada um desses componentes harmônicos na tensão CA medida.

Uma onda senoidal pura de 60 Hz mostraria apenas uma barra preta alta sobre o “1”, sem nenhuma barra preta sobre os outros marcadores de frequência na escala, porque uma onda senoidal pura não tem conteúdo harmônico.

Medidores de qualidade de energia como este podem ser mais bem chamados de sobretom medidores porque eles são projetados para exibir apenas as frequências conhecidas por serem geradas pelo sistema de energia.

Em sistemas de energia CA trifásicos (predominante para grandes aplicações de energia), os harmônicos de números pares tendem a ser cancelados e, portanto, apenas os harmônicos existentes na medida significativa são os de números ímpares.