A rede elétrica deve comportar-se como uma fonte de tensão ideal sem impedância interna, com saída sinusoidal e tensão constante em todos os pontos de fornecimento.
Na prática, veremos como estas condições nem sempre existem, devido basicamente a duas causas, internas e externas.
Os geradores e o sistema de distribuição possuem uma determinada impedância interna, o que origina quedas de tensão e perdas no sistema de distribuição.
As cargas absorvem:
- Correntes transitórias (arranques e conexões de cargas)
- Correntes não sinusoidais (cargas não lineares)
Noutras ocasiões as causas de perturbações são externas: atmosféricas, contribuindo todas elas negativamente para a qualidade do fornecimento.
Estas perturbações provocam:
- Um aumento das perdas com uma diminuição do rendimento.
- Problemas de compatibilidade eletromagnética (EMC): mau funcionamento ou paragens súbitas do sistema, que ocasionam diminuições consideráveis da eficácia nos sistemas de produção.
Os principais parâmetros alteráveis por alguma perturbação são (conforme definido na norma EN 50.160):
- Frequência
- Amplitude: transitórios, sobretensões, subtensões, etc.
- Forma de onda: harmónicos
- Simetria do sistema trifásico
Nos últimos anos progrediu-se muito na minimização dos efeitos das perturbações de rede nos equipamentos que alimenta.
Especialmente na Europa, o cumprimento obrigatório das Diretivas (Leis) de Compatibilidade Eletromagnética da Comunidade Europeia representou uma melhoria importante nos dois aspetos das perturbações:
- Por um lado, a limitação das emissões conduzidas e irradiadas dos aparelhos perturbadores, embora subsistam as devidas a Emissores de Telecomunicação, Descargas Atmosféricas e à Exploração das Redes Comerciais.
- Por outro, a diminuição da suscetibilidade dos equipamentos às perturbações.
Apesar das melhorias, haverá sempre perturbações que provocam funcionamentos incorretos e/ou avarias nos equipamentos. A seguir oferecemos uma lista dos efeitos mais correntes.
Picos (Spike) e Entalhes (Notch)
Dois tipos:
- Os produzidos por indução de descargas atmosféricas (raios) nas linhas aéreas
- Os produzidos por variações bruscas de correntes de carga, conexões-desconexões de cargas indutivas ou capacitivas
Efeito: Quando superam os limites previstos, provocam avarias nos isolamentos ou nos semicondutores.
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Microcortes (Dropout)
São quedas de tensão profundas ou totais que duram alguns milissegundos. Têm duas causas distintas:
- Curto-circuitos próximos do ponto de consumo, libertados posteriormente pela proteção correspondente.
- Interrupções no fornecimento produzidas pela comutação de linhas e pelo disparo de proteções com rearme automático.
Efeito: Em equipamentos com funções de memória ou lógica, um corte na alimentação (mesmo que seja de curta duração) provoca geralmente anomalias funcionais. Normalmente, os equipamentos informáticos são muito sensíveis a estas perturbações, que podem provocar perdas de informação de valor incalculável.
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Sobretensões: transitórias (Surges) / Longa duração
Sobretensões de curta/longa duração devido a diminuições de carga em redes com regulação medíocre (elevada impedância).
Efeito: originam diversos problemas em diversos equipamentos e instalações.
- Em instalações de iluminação diminui a vida útil das luminárias.
- Nos equipamentos de informática, ocorrem avarias nas alimentações e monitores.
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Subtensões: transitórias (Sags) / Longa duração
São quedas de tensão de curta duração devido a sobrecargas momentâneas ou permanentes na rede.
Efeito:
- Máquinas movidas a motores de indução diminuem a velocidade e aumentam o consumo.
- As instalações de iluminação com lâmpadas de descarga apresentam pontos obscuros.
- Paragens de sistemas por entrada na zona de trabalho de tensão mínima.
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Subtensões graduais e prolongadas (Brownout)
Queda progressiva durante vários segundos, que termina habitualmente com uma falha total do fornecimento.
Ocorrem quando existem fortes perturbações na exploração das redes e centrais produtoras de energia. (Falta de potência, perda de sincronismo, etc.).
Efeito: consequências iguais a um corte ou microcorte.
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Falha de fornecimento (Blackout)
Falha total devido geralmente ao acionamento intempestivo de uma proteção da rede de distribuição.
Efeito: Os cortes de fornecimento deixam inevitavelmente os equipamentos parados, exceto se tiverem um sistema de energia próprio, independente do exterior. Mas quando a paragem ocorre de forma repentina, podem surgir situações de perigo para a segurança das pessoas e bens, ou também perdas muito valiosas de informação (caso dos equipamentos informáticos).
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Harmónicos de corrente e/ou tensão
Certos recetores consomem cargas não lineares, ou seja, correntes harmónicas. Estas correntes produzem quedas de tensão harmónicas que modificam a onda de tensão sinusoidal produzida na origem (nos alternadores das centrais).
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Perturbações de alta frequência
São sinais de alta frequência sobrepostos à tensão de alimentação. Podem consistir em sinais de qualquer frequência definida ou de banda larga; estacionárias, em rajadas ou em impulsos repetitivos.
São o resultado de acoplamentos indesejados das linhas da rede comercial com aparelhos com tecnologias de alta frequência ou de comutação. Segundo o tipo de acoplamento podem surgir sob a forma de modo comum ou de modo diferencial.
Efeito: Estas perturbações podem provocar várias anomalias nos equipamentos: desde anomalias funcionais até avarias permanentes.
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Variações de frequência
As redes comerciais continentais interligadas (como a maioria das redes europeias) fornecem uma frequência praticamente invariável e muito próxima da frequência nominal. Isto deve-se ao facto de ser controlada num megassistema constituído por um número muito elevado de máquinas síncronas, com uma enorme potência global e uma inércia que tende para o infinito.
Em contrapartida, em muitas ilhas e outras zonas isoladas, ou em instalações autónomas com pequenas centrais elétricas (ou grupos eletrogéneos), as variações de frequência são frequentemente significativas. As variações são praticamente inevitáveis quando há conexões ou desconexões de potência comparáveis à potência total do sistema.
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