Os sete tipos de problemas de alimentação eléctrica

Por isso mesmo, o objectivo deste artigo é descrever, de forma standard, os tipos mais comuns de perturbações de energia, bem como as suas causas e consequências.

O IEEE resume as perturbações eléctricas descritas neste artigo em 7 categorias baseadas na forma da onda.

1 – Transitório:
Este é, possivelmente, o tipo de perturbação energética que se dividem em duas categorias: Impulso e Oscilatório (ruído).

A perturbação de impulso transitória caracteriza-se por picos instantâneos (positivos ou negativos) que aumentam a tensão e/ou os níveis decorrentes, sendo categorizados pela velocidade a que ocorrem: podem ser muito rápidos (5 nanosegundos) ou de curta-duração (50 nanosegundos).

Podem acontecer devido a descargas atmosféricas, terra deficiente, comutação de cargas indutivas e descargas electroestáticas, causando perda ou corrupção de dados e danos físicos nos equipamentos.

A solução passa pela eliminação de potenciais descargas electroestáticas e a utilização de dispositivos de supressão de picos. Por isso, é que é muito importante que o ar seja condicionado, dado que isto não só ajuda a arrefecer a instalação como a controlar a humidade do ar, como forma de diminuir a possibilidade de descargas electroestáticas – o ideal é mantê-la entre os 40-55%. Importante é também a ligação à terra para garantir a segurança das pessoas.

Já o distúrbio transitório oscilatório pode ser descrito por um aumento ou uma diminuição repentina e drástica num sinal de tensão e/ou corrente constante. Acontece quando se desliga uma carga indutiva ou capacitiva e por esta resistir à mudança.

Um dos problemas associados a esta perturbação é a desregulação da velocidade em drives de variação de velocidade ajustável, levando-as à sobretensão. A melhor solução será a instalação de bobinas que regulem este distúrbio para níveis passíveis de serem geridos, podendo ser instalados a montante da drive ou no barramento dc. A instalação de um interruptor de passagem por zero para monitorizar a sinusóide pode também ser uma solução.

2 – Interrupções:
A causa mais comum para a ocorrência de interrupções são os danos na rede de fornecimento de energia causados por descargas atmosféricas, animais, árvores, falhas de equipamento ou curto-circuitos.

Contudo, as interrupções podem também ter origem nos dispositivos de protecção destas instalações, tais como reguladores automáticos de circuitos. São utilizados pelas companhias eléctricas para desfazer o incremento de corrente resultante de um curto-circuito, estando preparados para cortar a corrente quando isto sucede.

Em primeiro lugar, é necessário eliminar ou reduzir a possibilidade de existirem problemas, através de uma boa manutenção e do desenho dos sistemas, sendo depois preciso equipamento adicional para que se mantenha uma operação constante evitando os problemas no abastecimento energético. As UPSs são as soluções mais comuns, tal como as técnicas de desenho de sistemas, que aproveitam a redundância dos sistemas e o armazenamento de energia.

3 – Depressão/ Subtensão:
Uma depressão é a redução da tensão AC numa dada frequência, com uma duração de 0,5 ciclo até 1 minuto, causados por falhas no sistema, podendo também ser o resultado de comutação nas cargas.

As causas comuns são, por exemplo, o arranque de cargas demasiado elevadas ou eliminação remota de falhas por equipamentos eléctricos. Além disso, o arranque do trabalho de grandes motores pode provocar uma queda abrupta na tensão, por exigirem de até seis vezes mais a corrente nominal.

A melhor solução para este problema será acrescentar equipamentos de arranque suave, para ajudar as máquinas a iniciarem a sua actividade, embora esta nem sempre seja a solução mais prática ou sequer mais económica. Uma alternativa poderá ser fontes de energia alternativas, que não puxem pelo resto da infra-estrutura eléctrica, como arrancadoras de tensão reduzida com auto-transformadores ou configurações estrela-triângulo. Também os variadores de velocidade podem ser usados para controlar a energia gasta no arranque da actividade.

Tal como no caso das Interrupções, também neste caso o facto de o sistema tentar reparar danos por si próprio pode causar danos aos utilizadores. As soluções são semelhantes às do capítulo anterior.

As subtensões são o resultado de tensões abaixo do nominal que se forem de longa duração criam depressões (brownout). Podem criar sobreaquecimento dos motores e falha de cargas não lineares, tais como as fontes de equipamentos informáticos. As soluções para depressões aplicam-se também neste caso.

4 – Dilatação/ Sobretensão
A dilatação consiste num aumento da tensão com uma duração de 0,5 ciclo até 1 minuto. As causas costumam estar relacionadas com ligações de neutro de alta impedância, reduções abruptas de carga, e falha de uma fase num sistema de trifásico.

O resultado pode ser erros de dados, luzes cintilantes, maus contactos eléctricos, danos nos semicondutores, e degradação do isolamento. E a solução passa por utilizar estabilizadores de tensão, UPSs e transformadores de controlo com ferroressonantes.

As dilatações podem também não ser detectadas até que sejam evidentes os seus resultados. Ter uma UPS e/ou dispositivos de estabilização de energia que façam monitorização de eventos energéticos ajudarão a medir a frequência de ocorrência.

A sobretensão pode ser o resultado de problemas de longa-duração que acabam por criar dilatações. Pode ser devido à definição incorrecta do transformador de alimentação ou redução de cargas. É comum em regiões onde os níveis de utilização de energia variam de acordo com a época do ano.

Dado que a sobretensão é, basicamente, uma dilatação constante, uma UPS ou estabilizadores de tensões resolvem esta perturbação. Porém, se a energia que entra para a instalação estiver sempre em sobretensão, torna-se necessário também corrigi-la.

5 – Distorção da forma da Onda:
Existem cinco tipos de distorção em onda: DC Offset, harmónicos, inter-harmónicos, Notching e Ruído.

A corrente contínua pode ser induzida num sistema de distribuição AC devido a falhas dos rectificadores utilizados nas muitas conversões de AC para DC, podendo adicionar corrente indesejada nos equipamentos. O sobreaquecimento e saturação dos transformadores podem ser um dos resultados da circulação de corrente DC. A saturação de um transformador implica não só o seu (sobre)aquecimento, como o impede de trabalhar na sua máxima capacidade, e a consequente distorção da forma da onda pode ainda criar instabilidade nas cargas electrónicas.

A solução passa pela substituição dos equipamentos danificados na origem do problema; equipamentos modulares, substituíveis pelo utilizador, ajudam a facilitar a resolução destes problemas com corrente contínua, com menos custos do que com mão-de-obra qualificada.

A distorção harmónica é a corrupção da sinusóide em frequências que são múltiplos da fundamental. Os seus sintomas podem passar por transformadores em sobreaquecimento, problemas com os neutros e disjuntores e perdas de sincronização em circuitos temporizados que dependem de uma onda sinusoidal limpa.

A distorção harmónica tem-se constituído como um problema relevante nas TIC (Tecnologias de Informação e Comunicação) dada a natureza das fontes de alimentação dos equipamentos. Este tipo de cargas não lineares, retiram energia a cada pico positivo e negativo ao invés de passar em todo o ciclo. Uma elevada corrente de neutro pode provocar tensões extremamente elevadas na distribuição de energia e grandes danos no equipamento, bem como a saturação dos transformadores e sobreaquecimento. Recomenda-se o aumento da secção do condutor de neutro através da instalação de transformadores tipo K e filtros harmónicos.

Já a Inter-Harmónica é um tipo de distorção em forma de onda que resulta de um sinal imposto no fornecimento da tensão pelos equipamentos eléctricos, tais como os conversores de frequência estática e motores de indução, sendo os conversores de frequência os responsáveis pela maior parte deste tipo de problemas. Causam oscilações nos monitores, incandescência, aquecimento e interferência nas comunicações. A sua solução encontra-se na utilização de filtros, UPSs e estabilizadores.

O notching é uma perturbação periódica na tensão causada por dispositivos electrónicos, tais como variadores de velocidade e welders. As suas principais consequências são as paragens de sistema, perda de dados e problemas na transmissão destes últimos. A sua solução passa pela remoção da carga para longe do equipamento, se possível, embora a utilização de UPSs e de equipamentos de filtro possam ser equacionados.

Por sua vez, o Ruído é a tensão/corrente indesejada na forma de onda. Pode ser gerado por dispositivos electrónicos, circuitos de controlo, fontes switching, etc. As consequências são falhas de dados, mau funcionamento do equipamento, falha de componentes a longo-prazo, falha do disco e monitores com imagem distorcida.

O controlo do ruído pode passar por isolar a carga com uma UPS, instalar um transformador de isolamento, relocalizar a carga para outro sítio e instalar filtros de ruído ou a cablagem blindada.

A corrupção de dados é uma das principais consequências do ruído, através de interferências electromagnéticas e de frequências de rádio. Uma vez que os dados fluem em formato digital, excesso de tensão pode adulterá-los. A solução passa por mover os dispositivos dos dados (ou a sua cablagem) para um sítio diferente destas, ou criar isolamento para os dispositivos/ cabos, que anulem o efeito destas interferências.

6 – Flutuação de Tensão:
Uma flutuação de tensão é uma variação sistemática da forma de onda de, ou uma série de variações de tensão de pequena dimensão.

Qualquer carga com variações significantes em corrente pode causar flutuações de tensão. Arcos eléctricos são as principais causas para esta flutuação nos sistemas de transmissão e distribuição. Um dos sintomas é o aparecimento de extinção nas lâmpadas incandescentes, e a solução passa por retirar a carga causadora do problema e relocalizar o equipamento em causa, ou instalar UPSs e estabilizadores.

7 – Variações de Frequência
As variações de frequência são extremamente raras em sistemas estáveis, acontecendo sobretudo se o gerador estiver demasiado sobrecarregado. Os equipamentos de TI são tolerantes à frequência, pelo que os dispositivos que podem ser afectados são os motores ou os sensíveis que necessitem de um ciclo de energia constante.

Se assim for, estes dispositivos poderão sofrer um aumento da temperatura e degradação. Para corrigir este problema, todas as fontes de energia cuja frequência varia devem ser identificadas e reparadas (ou substituídas).

O desequilíbrio de tensão consiste no facto de as tensões fornecidas não serem iguais. Pode ser causado pelo fornecedor de energia, mas é, muitas vezes, originário do interior dos equipamentos, nomeadamente em sistemas de distribuição de energia trifásicas que forneçam energia a equipamentos numa só fase em simultâneo.

Normalmente a consequência é a produção de calor, embora, a uma escala maior, possa causar sobreaquecimento e falhas intermitentes por parte dos controladores motores. Para descobrir desequilíbrios é preciso encontrar a diferença entre a voltagem mais elevada e mais baixa. Este número não deve exceder em mais de 4% a tensão mais baixa.

Conclusão:
A generalização do uso de dispositivos electrónicos criou a questão da importância da qualidade da energia e os seus efeitos nos equipamentos utilizados pelas empresas.

Existem soluções económicas para limitar ou eliminar os efeitos das perturbações eléctricas. Porém, e para que a indústria perceba que perturbações existem e qual a melhor forma de os resolver torna-se imperativa a criação de standards para descrever os vários episódios existentes.

A perseguição deste objectivo reduzirá o tempo em que as máquinas ficam paradas, aumentando, desta forma, o lucro, que é objectivo de todas as empresas. Criar uma comunicação fluida entre os intervenientes do ambiente eléctrico será benéfico para todos.

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