Padrões Sazonais de Perturbações Harmônicas

Os "dias de cão" do verão, do final de julho ao final de agosto, são tradicionalmente associados ao calor intenso e ao ar pesado. O nome vem de Sirius, a Estrela do Cão, que nascia junto com o sol na Grécia Antiga. Embora o termo descreva o clima abafado, as redes elétricas também enfrentam seus próprios dias de cão.

Para as concessionárias, esse período não se resume apenas ao pico de demanda por refrigeração. Ele também coincide com níveis mais elevados de perturbações harmônicas. Harmônicas são componentes de tensão ou corrente em múltiplos inteiros da frequência fundamental (50 ou 60 Hz). Elas distorcem a forma de onda senoidal, reduzem a eficiência e diminuem a vida útil dos equipamentos.

Este artigo analisa como as harmônicas variam conforme as estações, por que o verão é especialmente desafiador e o que as concessionárias podem fazer para mitigar os efeitos.

Entendendo as Harmônicas

As harmônicas surgem de cargas não lineares. Em vez de consumir corrente em uma onda senoidal suave, esses dispositivos puxam corrente em pulsos. Fontes comuns são inversores de frequência (VFD), inversores, iluminação LED e aparelhos de ar-condicionado.

O impacto das harmônicas é medido pela Distorção Harmônica Total (THD), definida como:

THD = \sqrt{\frac{\sum_{h=2}^{n} V_h^2}{V_1^2}} \times 100%

onde V_h é a tensão RMS da harmônica de ordem h e V_1 é a fundamental.

As normas orientam sobre limites aceitáveis:

IEEE 519 recomenda THD de tensão abaixo de 5% no ponto de acoplamento comum (PCC).
IEC 61000‑2‑2 estabelece limite de 8% de THD para redes públicas de baixa tensão.
IEC 61000‑2‑4 especifica de 5 a 10% de THD para ambientes industriais, dependendo da classe.

Padrões Sazonais

Verão

Durante os dias de cão, as harmônicas aumentam devido a:

Aparelhos de ar-condicionado: Compressores baseados em inversores geram harmônicas de ordem ímpar, especialmente 3ª e 5ª.
Inversores de frequência: Usados em HVAC e indústria, adicionam harmônicas de 5ª, 7ª e ordens superiores.
Inversores fotovoltaicos: No pico de geração solar do verão, injetam harmônicas de chaveamento, principalmente em redes fracas.
Altas temperaturas: Transformadores operam próximos da saturação e a impedância dos cabos aumenta, ambos amplificando os efeitos harmônicos.

Dados de casos da ERCOT (Texas) mostram que o THD local sobe de 2–3% nos meses frios para 6–8% durante ondas de calor, impulsionado por cargas de ar-condicionado sincronizadas e comportamento dos inversores. Esses valores são ilustrativos e variam conforme o alimentador e a robustez da rede.

Inverno

As harmônicas no inverno são diferentes:

Aquecimento elétrico: Aquecedores resistivos são lineares, mas aumentam a carga base, reduzindo o amortecimento e tornando a rede mais sensível a harmônicas de outras fontes.
Iluminação: Iluminação LED, especialmente com drivers antigos, adiciona harmônicas de 3ª e 5ª ordem. Drivers modernos costumam atender à IEC 61000‑3‑3, mas o uso em larga escala ainda pode causar distorção.
Cargas industriais: Fornos a arco e equipamentos de solda contribuem com harmônicas de baixa ordem e inter-harmônicas (múltiplos não inteiros).
Geração eólica: Aerogeradores baseados em inversores podem introduzir componentes subsíncronas, especialmente em redes fracas.

Concessionárias nórdicas relatam picos locais de THD de 6–7% nas noites de inverno, ligados ao aquecimento e à demanda industrial. Novamente, são picos específicos, não médias do sistema.

Impactos para as Concessionárias

As harmônicas reduzem a vida útil dos transformadores, aumentam as perdas nos cabos e causam disparos indesejados em sistemas de proteção. Motores sofrem pulsações de torque e eletrônicos sensíveis podem apresentar falhas.

Economicamente, as harmônicas resultam em:

Custos maiores de manutenção e substituição.
Redução da capacidade nominal de transformadores e cabos.
Reclamações de clientes sobre cintilação e má qualidade de energia.
Possíveis penalidades regulatórias.

Estratégias de Mitigação

Monitoramento
Implante analisadores de qualidade de energia com registro de harmônicas em subestações e alimentadores. Auditorias sazonais ajudam a identificar pontos críticos. Sistemas AMI modernos e medidores de energia CLOU com funções de registro de harmônicas permitem às concessionárias localizar as fontes de distorção até o nível do alimentador ou cliente.

Filtragem

Filtros passivos sintonizados para a 5ª ou 7ª harmônica.
Filtros ativos para cargas dinâmicas como data centers ou hubs de recarga de veículos elétricos.
Soluções híbridas combinando ambos.

Operação da Rede

Escalonar partidas de ar-condicionado para evitar ressonância.
Exigir conformidade dos inversores com normas de harmônicas.
Usar inversores formadores de rede em áreas com alta penetração de renováveis.

Engajamento do Cliente

Tarifas que penalizem má qualidade de energia.
Incentivos para equipamentos compatíveis com harmônicas.

Conclusão

Os dias de cão do verão trazem mais do que calor — trazem estresse harmônico para a rede. Os padrões sazonais importam: no verão, as harmônicas aumentam com a refrigeração e inversores solares; no inverno, vêm do aquecimento e da indústria.

Para as concessionárias, a resposta é clara: monitorar, filtrar e planejar. Ao tratar as harmônicas como risco sazonal, os operadores protegem seus ativos, melhoram a eficiência e mantêm a confiança do cliente.

Na CLOU, nossos sistemas avançados de infraestrutura de medição (AMI) e medidores de energia com registro de harmônicas dão às concessionárias as ferramentas para identificar quando e onde ocorrem as distorções. O monitoramento contínuo até o nível do alimentador ou cliente permite distinguir entre perturbações locais e problemas sistêmicos. Com essas informações, as concessionárias podem agir mais rápido, direcionar melhor as ações de mitigação e reduzir o estresse desnecessário nos equipamentos.

Em resumo: as harmônicas não precisam ser um fardo sazonal oculto. Com as ferramentas certas de medição e análise, tornam-se um parâmetro gerenciável na operação da rede — e um passo para uma rede mais resiliente e inteligente.