A importância da qualidade da energia elétrica

Desde que a eletricidade começou a movimentar os primeiros motores elétricos ou a acender as primeiras lâmpadas, o tema da qualidade de energia é estudado, pois a luminosidade das lâmpadas dependia, e ainda depende, de um determinado nível de tensão, ou seja, uma tensão com certa qualidade. Se procurarmos a importância da qualidade da energia elétrica vamos encontrar várias, mas entendemos que a melhor descrição é:

Qualidade da energia elétrica é o que permite a um equipamento elétrico funcionar corretamente sem alterar seu desempenho quanto à performance esperada.

A energia elétrica na automação

Com o advento da automação, a qualidade da energia elétrica passou a ficar mais em evidência, pois o objetivo da automação é aumentar a eficiência de processos, reduzir os riscos de acidentes, limitar custos e garantir a qualidade de produtos e serviços. Desta forma, serviços que eram realizados manualmente passaram a ser realizados por “robôs” ou conjuntos de dispositivos que possam realizar tal tarefa e que eliminam a variação inerente ao ser humano, garantindo que ela seja executada sempre da mesma forma ou dentro dos mesmos parâmetros.

Entretanto, o conceito de qualidade de energia, quando aplicado à automação, é uma via de mão dupla. Primeiro, a mão que conhecemos, e já falamos, que é a de garantir parâmetros e limites de energia para que os equipamentos possam apresentar a performance esperada. A outra é a participação dos sistemas de automação na alteração da qualidade da energia elétrica, ou seja, o mesmo sistema de automação que depende de energia com qualidade também pode comprometê-la. Isto acontece devido às interações entre as cargas e as instalações.

A qualidade de energia influencia a confiabilidade da automação.

Distúrbios que afetam a qualidade energética

Listamos os tipos de problemas, chamados aqui de distúrbios, que podem ocorrer na energia e que afetam a sua qualidade. Já vimos que a qualidade da energia corresponde a um sinal com parâmetros definidos, alimentando uma carga. Então, se levarmos em consideração que a forma de onda que é gerada, transmitida, distribuída e consumida nos equipamentos é uma senoide, com uma determinada frequência e amplitude, podemos considerar que, se alterarmos a frequência e amplitude original, estamos alterando a qualidade da energia, certo? Vale dizer que estamos variando a forma de onda. Esta é uma das maneiras de alterar qualitativamente a energia elétrica, ou seja, “variação da forma de onda”.

Outro jeito de modificar a qualidade energética é modificar a forma de onda, ou seja, considerando a senoide como forma de onda fornecida, se não for mais uma senoide, teremos problemas com a qualidade da energia elétrica. Então podemos dizer que “alterar a forma de onda” é a outra divisão. Assim, temos duas divisões macro criando problemas de qualidade da energia elétrica: alteração da forma de onda e variação da forma de onda.

Dentro destas macro divisões, temos os “distúrbios” que causam problemas e podemos dividi-los em:

• Variação da forma de onda:
  • Variação de tensão;
  • Deslocamento de nível CC;
  • Variação de frequência;
  • Desequilíbrio de tensão.

• Alteração da forma de onda:
  • Surtos e transitórios;
  • Flutuação de tensão / flicker;
  • Notching;
  • Ruído;
  • Interferência por rádio frequência;
  • Interferência eletromagnética;
  • Harmônicos e inter-harmônicos.

Como foi dito anteriormente, cada um destes distúrbios pode afetar a instalação e criar problemas, mas, como já se apontou também, alguns deles são gerados pelo próprio equipamento, como é o caso de harmônicos, gerados por equipamentos que possuem circuitos de controle usando técnicas não lineares, como, por exemplo: Triac, SCR, Diac etc. Se avaliarmos os equipamentos que temos hoje, chegaremos à conclusão de que um número bem pequeno deles têm características lineares, e, portanto, a instalação elétrica atual tem vários dispositivos instalados que alteram a forma de onda, o que compromete a qualidade da energia.

Mas não são só os controles eletrônicos não lineares que afetam a qualidade. Outras situações podem ser motivo da má qualidade da energia elétrica. Os surtos de tensão, por exemplo, gerados por manobras nas instalações ou mesmo descargas atmosféricas, podem criar alteração da forma de onda, aumentando o valor nominal da tensão em um pequeno espaço de tempo, que pode ser o suficiente para queimar os equipamentos. As interferências, sejam por rádio frequência ou eletromagnética, são outros distúrbios causados por condições da instalação e que afetam o funcionamento dos equipamentos.

Já sabemos que temos várias situações que podem causar danos na qualidade da instalação elétrica, mas como isso afeta os equipamentos de automação? A resposta é relativamente simples. Os sistemas de automação são constituídos, na maioria dos casos, de equipamentos eletroeletrônicos e dependem de sensores para que possam realizar a tarefa de forma adequada. Imagine um sensor que tenha uma alimentação de energia de má qualidade ou sofra com algum distúrbio, enviando uma informação errada para o processador. Ou até mesmo o processador que vai tratar a informação do sensor, tendo uma alimentação elétrica de má qualidade, que o impossibilita de compreender corretamente a informação. Certamente, a ação será tratada de forma errada e a tarefa não será realizada adequadamente. Claramente, este não é o objetivo da automação. Agora imagine a queima de um equipamento de automação pelo surto de tensão ou mesmo a variação de tensão. O tempo e o custo para o reparo deste problema, além do transtorno, é algo a ser considerado.

Atuadores elétricos permitem controlar processos de forma mais segura e precisa.

Conclusão

A automação faz parte do mundo há algum tempo e cada vez mais é inserida na indústria, no comércio e nas nossas vidas. Os termos “Indústria 4.0”, “IoT – Internet das coisas”, “realidade aumentada”⁶ e “manufatura aditiva”, entre outros, já fazem parte de nossas rotinas e vão depender cada vez mais da disponibilidade da energia, portanto cuidar da qualidade da energia elétrica é uma necessidade e não mais uma opção.

Avaliar a qualidade da energia e da instalação elétrica frequentemente é algo que todo produtor deve considerar em seu planejamento. Para a análise, é recomendável que sejam usados equipamentos de alta performance e equipes experientes que, além de entregar um relatório de medições, devem fornecer o relatório completo com a análise da qualidade da energia elétrica, apontando os possíveis problemas e indicando as prováveis soluções. Um diferencial é sempre obter a consultoria na escolha e implantação da solução.

Artigo por Edson Martinho e Renato Sperlongo