Em um sistema trifásico balanceado, as tensões de fase devem ser iguais ou muito próximas. Desequilíbrio de tensão é a medida das diferenças de tensão entre as fases de um sistema trifásico.Se o valor exceder um determinado limite (geralmente de 1% a 3%), os especialistas classificam o sistema como apresentando desequilíbrio de tensão. Ele degrada o desempenho e reduz a vida útil dos motores trifásicos.
Um sistema trifásico desbalanceado pode fazer com que motores trifásicos dos compressores de refrigeração, dos ventiladores do condensador, dos moto ventiladores do evaporador, além de se uma fase estiver muito mais baixa e esta por acaso estiver alimentando o comando pode se ter falhas de comando, acionamentos involuntários também, e outras cargas trifásicas apresentem baixo desempenho ou falha prematura devido aos seguintes motivos:
Tensões mecânicas nos motores devido a um torque de saída menor que o normal
Corrente maior que o normal em motores e retificadores trifásicos
Corrente desbalanceada fluirá nos condutores neutros em sistemas trifásicos em estrela
O desequilíbrio de tensão nos terminais do motor causa um alto desequilíbrio de corrente, que pode ser de 6 a 10 vezes maior que o desequilíbrio de tensão. Correntes desbalanceadas levam à pulsação de torque, aumento da vibração e do estresse mecânico, aumento das perdas e superaquecimento do motor. Desequilíbrios de tensão e corrente também podem indicar problemas de manutenção, como conexões soltas e contatos desgastados.
O desequilíbrio pode ocorrer em qualquer ponto do sistema de distribuição onde está a instalação de refrigeração. As cargas devem ser divididas igualmente entre cada fase nos quadros de distribuição e seu sistema de alimentação prévio. Se uma fase ficar muito carregada em comparação com as outras, pois outros sistemas eletro mecânicos estão consumindo energia dessa fase em específico,, a tensão será menor nessa fase. Transformadores e motores trifásicos alimentados por esse painel, com subtensão em uma fase, podem ficar mais quentes, apresentar ruídos anormalmente altos, vibrar excessivamente e até mesmo sofrer falhas prematuras como bobinas de contatores, solenoides, motoventiladores e fontes de alimentação.
Para criar um sistema equilibrado, é necessário distribuir o fornecimento uniformemente pelas três fases. Isso pode significar conectar um número igual de consumidores (quadros e seus sistemas de potência) a cada fase. Mas, como cada cliente consumirá quantidades diferentes de energia em momentos diferentes, um gerenciamento e planejamento de carga deve ser feito peli cliente do sistema de refrigeração, câmara fria, tunel de congelamento e máquinas de refrigeração.
Na maioria dos casos, uma carga desbalanceada das três fases causa desequilíbrio de tensão. Podem ser cargas monofásicas ou bifásicas que não são igualmente divididas em todas as fases, por exemplo, caldeiras, aquecedores, ar condicionado, soldagem e fontes de alimentação monofásicas para computadores ou servidores, etc.
Principais Causas do Desequilíbrio de Tensão
Distribuição Desigual de Carga: A distribuição desigual de cargas entre as fases é uma das causas mais comuns de desequilíbrio de tensão. Grandes cargas monofásicas podem consumir corrente excessiva de uma fase, causando desequilíbrios no sistema.
Grandes Cargas Monofásicas: Quando equipamentos monofásicos pesados, como aquecedores ou máquinas de solda, são conectados a um sistema trifásico, isso pode levar a um desequilíbrio de tensão significativo. Essas cargas consomem alta corrente de uma fase, o que perturba o equilíbrio do sistema.
Assimetria em Linhas de Transmissão: Impedâncias desiguais ou diferenças estruturais em linhas de transmissão podem causar desequilíbrio de tensão, especialmente em sistemas de transmissão de longa distância. Configurações de linha assimétricas podem agravar esse problema.
Equipamentos defeituosos: Falhas em equipamentos do sistema elétrico, como transformadores danificados ou conexões elétricas deficientes, podem causar desequilíbrio de tensão.
Integração da Geração Distribuída: Em alguns casos, o desequilíbrio de tensão pode ocorrer devido à integração de recursos energéticos distribuídos assimétricos, como geradores de pequena escala ou sistemas de energia renovável, na rede.
Impactos do Desequilíbrio de Tensão em Sistemas de Energia
Redução da Eficiência dos Motores dos compressores de refrigeração e moto ventiladores: Motores trifásicos são particularmente sensíveis ao desequilíbrio de tensão. Quando ocorre desequilíbrio, os motores podem apresentar flutuações de torque, levando à redução da eficiência, superaquecimento e menor vida útil.
Superaquecimento dos Equipamentos: O desequilíbrio de tensão causa perdas adicionais em equipamentos elétricos, levando ao superaquecimento. A exposição prolongada a essas condições pode acelerar o envelhecimento do equipamento e aumentar o risco de falhas.
Aumento do Consumo de Energia: Tensão desequilibrada leva a maiores perdas de energia no sistema, o que se traduz em aumento do consumo de energia e, consequentemente, em custos de eletricidade mais elevados.
Aumento das Flutuações de Tensão: O desequilíbrio de tensão também pode exacerbar as flutuações de tensão, degradando ainda mais a qualidade geral da energia e afetando o desempenho de outras cargas sensíveis conectadas ao sistema.
Soluções Técnicas para Mitigar o Desequilíbrio de Tensão
Balanceamento de Carga: A solução mais simples é redistribuir as cargas de forma mais uniforme entre todas as fases. Isso pode ser alcançado ajustando a fiação dos equipamentos elétricos ou instalando dispositivos de balanceamento de carga para manter a distribuição uniforme das fases.
Reguladores Automáticos de Tensão (AVR): Os AVRs podem ajudar a estabilizar os níveis de tensão durante situações de desequilíbrio, ajustando automaticamente a tensão de saída para garantir que todas as fases mantenham os níveis de tensão adequados.
Compensação Dinâmica de Potência Reativa: Os Geradores Estáticos de Variação podem fornecer compensação dinâmica de potência reativa para ajudar a mitigar o desequilíbrio de tensão causado por cargas flutuantes e melhorar o fator de potência geral do sistema.
Tecnologias de Rede Inteligente: Em ambientes de rede inteligente, o monitoramento em tempo real e os sistemas de controle dinâmico podem ajudar a detectar e corrigir problemas de desequilíbrio de tensão. Sistemas de gerenciamento de carga com tecnologia específica podem ajustar automaticamente as configurações da rede com base nas variações de carga em tempo real para garantir o equilíbrio de tensão.
Monitoramento e Padrões de Desequilíbrio de Tensão
O monitoramento do desequilíbrio de tensão requer medidores de qualidade de energia de precisão que possam rastrear continuamente as flutuações de tensão em todas as fases e fornecer dados precisos para análise. Normas internacionais, como a IEC 61000-3-13, definem níveis aceitáveis de desequilíbrio de tensão em sistemas de energia, e a conformidade com essas normas é crucial para garantir a operação segura e eficiente dos equipamentos.
O monitoramento regular do sistema permite detectar problemas de desequilíbrio de tensão precocemente, possibilitando a implementação de medidas corretivas antes que danos significativos ou ineficiências ocorram.
