Cargas não lineares, como equipamentos à base de eletrónica de potência e fornos elétricos, são fontes de correntes harmónicas que conduzem a distorções harmónicas, este é um dos parâmetros mais importantes para a definição da qualidade energética. A maioria das cargas comerciais, tais como computadores pessoais, fotocopiadoras, fontes de alimentação e lâmpadas fluorescentes compactas; e cargas industriais como os motores CA e DC injetam correntes harmónicas na rede à qual estão ligadas.
A distorção harmónica numa rede causa:
- Aumento da temperatura do equipamento
- Falha no isolamento devido a picos de sobreaquecimento e tensão superiores à tensão nominal fundamental (50Hz ou 60Hz)
- Avaria do equipamento (deteção falsa de cruzamento zero em dispositivos eletrónicos)
- Interferência nas comunicações
- Funcionamento incorreto dos fusíveis e interruptores
Os filtros harmónicos passivos são os dispositivos mais utilizados para reduzir a distorção harmónica numa rede. Estes filtros são construídos a partir de componentes passivos de RLC, isto é, resistências, indutores e condensadores.
Em baixa tensão, os reatores do núcleo de ferro são geralmente usados como indutores de filtro harmónico. Também podem ser utilizados em média tensão em algumas aplicações.
Os indutores (reatores) nestes filtros são utilizados para criar, em conjunto com os condensadores existentes no filtro harmónico, um circuito de ressonância. Ao ajustar adequadamente a frequência de ressonância do filtro harmónico, as correntes harmónicas indesejadas, injetadas por cargas não lineares, podem ser impedidas de entrar na rede.
Na fase de conceção, são importantes os cálculos da ressonância em série (a frequência em que a impedância do filtro se torna mínima) como a ressonância paralela (a frequência em que a rede equivalente e a impedância do filtro se tornam máximas). Na prática, o tipo de filtro mais utilizado é o filtro de tom único que consiste na ligação em série de um condensador e reator. Para esta configuração, a frequência de ressonância em série é calculada da seguinte forma:
onde L é a indutância do reator em Henry e C é a capacidade de fase equivalente do banco do condensador em Farad. Por outro lado, a relação da reação do reator à reação do condensador à frequência fundamental chama-se fator p.
fr = 134 Hz for p = 14%
fr = 189 Hz for p = 7%
fr = 210 Hz for p = 5.64%
São os valores-padrão nas redes industriais de 50Hz para filtros de tom único, onde a frequência de ressonância em série não é sintonizada para um múltiplo inteiro da frequência fundamental, ou seja, qualquer componente harmónico, mas é sintonizado com um múltiplo não inteiro da frequência fundamental, ou seja, um interarmónico. Esta definição é então chamada de filtro desafinado. A desfinação é efetuada para evitar qualquer filtração harmoniosa, e apenas para compensar a potência do reator, eliminando o risco de ressonância paralela com quaisquer componentes harmónicos ou interarmónicos existentes na rede e reduzindo também as correntes de arranque do filtro harmónico. No entanto, a fim de fornecer uma 5ª frequência de ressonância em série afinada em harmónica para uma rede de 50 Hz.
É aqui claro que a ligação em série do reator e do condensador aumentará a tensão no condensador acima da tensão da rede. Este aumento está relacionado com o valor p de acordo com a seguinte fórmula:
onde Urt é a tensão da rede Uc é a tensão do condensador. É importante considerar este aumento de tensão ao definir as classificações de tensão do banco do condensador.
Os reatores de filtro harmónico podem também ser utilizados em filtros de ordem única, de segunda ordem e tipo C, dependendo do tipo de carga e finalidade. Além disso, podem ser utilizados em série com dispositivos de transmissão CA flexíveis (FACTOS), tais como O Compensador Estático VAr (SVC), Compensadores Estáticos Sincronizados (STATCOM) e Sistemas de Transmissão DC de Alta Tensão (HVDC), para reduzir a quantidade de harmónicas que estes sistemas poderiam injetar na rede elétrica.
Além disso, os clientes industriais são obrigados a seguir as indicações relativas aos limites de corrente harmónica e de tensão harmónica, no que diz respeito ao nível de tensão e à relação entre a potência de curto-circuito e a potência de carga, todas incluídas no IEEE 519.92 e outros. Por conseguinte, é importante conceber cuidadosamente os reatores e a frequência de afinação, tendo em conta uma banda de grande frequência que inclui tanto harmónicas como interarmónicas.
Todos os reatores de filtro harmónico de núcleo de ferro Hilkar são especificamente concebidos para diferentes aplicações, tendo em conta a tensão, a corrente, a indução, o tipo de aplicação (ou tipo de filtro), a harmónica, o interarmónico, o tamanho, os eventos transitórios, tais como as características de comutação e perda, que são necessárias para fornecer o design mais eficiente aos preços mais económicos. Todos os testes de rotina são realizados de acordo com a EN 60289, ou outras normas, dependendo do pedido do cliente. Os relatórios de teste do protótipo estão disponíveis mediante solicitação. Todos os relatórios de teste são enviados ao cliente. O programa de testes básicos inclui alguns ou todos os seguintes testes:
- Ensaios de rotina (medição de indutância e resistência, teste potencial aplicado (1 min) e teste de impulso)
- Teste de resistência a curto-circuito
- Teste de aumento de temperatura
- Teste de nível do ruído
- Teste sísmico
