Eletricidade suja é definida como a interferência de tensão de alta frequência sobre a rede de fornecimento de 50 ou 60 Hz que é amplamente criada pelo funcionamento de conversores de potência em modo chaveado juntamente com outras cargas que geram interrupções de alta frequência. Esta situação gira em torno de um aspecto comercial considerável baseado na venda de equipamentos que alegam possuir propriedades terapêuticas, embora não haja evidências definitivas para apoiar essas alegações. É importante tratar essas duas questões separadamente para fornecer uma compreensão adequada do tema em consideração.
Eletricidade suja pode ser explicada na forma mais simples como a presença de ruído de tensão e corrente de alta frequência na faixa de aproximadamente 2 kHz a quase 150 kHz ruído de banda larga dentro do sistema da rede principal, principalmente atribuído à operação de conversores de potência em modo chaveado, drivers LED, acionamentos de velocidade variável, dimmers de alta frequência, inversores solares e contatos de arco de alta frequência. A eletricidade suja é quantificada em termos de mili-volts do conteúdo de alta frequência ou avaliada na forma de emissões conduzidas em oposição à distorção harmônica. Os efeitos documentados da eletricidade suja referem-se à sua possível influência em dispositivos eletrônicos, como o aumento do aquecimento de transformadores ou motores, disparos indesejados de DRs e interferência nas transmissões da linha de energia. Não haverá respaldo das autoridades locais para as alegações relacionadas às implicações de saúde da eletricidade suja. Recomenda-se controlar a eletricidade suja em sua fonte aplicando técnicas de filtragem e aterramento adequado.
Os detalhes abaixo buscam explicar o significado técnico da eletricidade suja, bem como sua origem. Também podem elaborar vários impactos da eletricidade suja em diferentes equipamentos e dispositivos.
Do ponto de vista dos engenheiros de serviços prediais, existe uma definição de eletricidade suja que não inclui o proprietário residencial com um medidor plug-in de eletricidade suja.
Eletricidade Suja Definida na Prática
Três fenômenos que podem ser classificados como eletricidade suja têm origens e soluções diferentes.
Atraso Harmônico envolve uma mudança em estado estacionário na forma das ondas de tensão e corrente afastando-se de um valor de onda senoidal pura (uma forma de onda elétrica completamente suave) em N vezes a frequência da alimentação que entra no sistema. Todos os sistemas elétricos devem aderir a um limite de distorção harmônica de 5% no ponto comum de acoplamento. Cargas não lineares, como retificadores e acionamentos de frequência variável, causam a geração de distorção harmônica.
Ruído de alta frequência é o que a maioria das pessoas consideraria como eletricidade suja. Ruído de alta frequência ocorre em frequências acima da distorção harmônica, especificamente de 2 quilohertz (kHz) a 150 kHz, e resulta dos ciclos de comutação do trabalho interno dos circuitos das fontes de alimentação, que operam em frequências de dezenas de kHz a centenas de kHz. Analisadores harmônicos não conseguem detectar ruído de alta frequência, e qualquer pessoa que produza algum tipo de relatório de qualidade de energia não divulgará informações sobre esse fenômeno, porque analisadores harmônicos só vão até a 50ª frequência harmônica.
Transientes são picos intermitentes de tensão que podem ser causados pelo acionamento liga/desliga de circuitos de alimentação ou por descargas atmosféricas ou arcos na rede de distribuição de energia. Transientes podem ser controlados usando dispositivos de proteção contra surtos, sem o uso de técnicas de filtragem. É aconselhável entender as diferenças entre disjuntores e protetores contra surtos antes de realizar qualquer compra para a condição transitória, pois esses dispositivos desempenham funções diferentes e nenhum deles filtra ruído de alta frequência através de seu sistema.
A descrição de um engenheiro é claramente definida e está associada aos engenheiros da seguinte forma; todas as instâncias de contaminação da alimentação que ultrapassam níveis de padrões casuais e harmônicos inerentes que não podem ser acreditados por medições normais de qualidade de energia. Apresenta uma classificação objetiva, mas carece de reconhecimento em comparação com nossa definição anterior.
É Aqui Que Entra
Uma razão por trás do papel das fontes de alimentação comutadas (SPS) nos edifícios atuais funciona principalmente pelo fato de que elas servem como uma das principais causas de interferência eletromagnética.
Uma SPS fornece uma ponte conectando a alimentação CA através da função de chopper em alta frequência e transformando a corrente em alimentação CC. A função chopper produz bordas de tensão acentuadas gerando pequenos impulsos de tensão através da utilização das funções liga/desliga na operação de chopping. Embora uma única fonte de alimentação de laptop não cause interferência de forma alguma, no momento em que você unifica centenas de drivers LED, fontes de alimentação de laptop e carregadores de bateria, acionamentos de velocidade variável, etc., no mesmo painel elétrico, resulta em distorção de tensão de alta frequência.
Balastros eletrônicos, drivers LED programáveis, acionamentos de velocidade variável, fontes de alimentação ininterruptas e inversores solares são cinco fontes básicas responsáveis pelo ruído eletromagnético em todo sistema de energia elétrica. Além disso, conexões com arco também podem produzir ruído eletromagnético, sendo uma preocupação séria em relação a problemas de qualidade de energia.
O projeto correto do cabeamento é tão importante para controlar o ruído quanto o fornecimento elétrico adequado. Isso inclui o uso de comprimentos estendidos de condutores pareados, ter conexões neutras compartilhadas, falta de aterramento e até mesmo o treinamento do sinal enviando-os diretamente para a carga.
A tabela abaixo resume as fontes do problema, impacto e ações que podem ser tomadas contra ele.
| Fonte do Problema | Frequência Inicial – Frequência Final | Impacto | Ações Padrão |
|---|---|---|---|
| Fontes de alimentação comutadas e drivers LED | 20 kHz – 1 MHz | Nível contínuo baixo de ruído, possíveis problemas com comunicações | Filtrar na fonte, segregar placa. |
| Acionamentos de velocidade variável | 2 kHz – 150 kHz | Aquecimento do motor e disparo indevido do RCD | Usar reatância em série ou cabos de motor blindados |
| Arco elétrico em uma conexão | Ruído que aparece em picos | Queimadura, risco de incêndio e operação errática | Re-terminar, garantir torque correto e AFDD |
| Transientes causados por raios e operações de comutação | Transientes que duram menos de 1 ms | Danos ao equipamento, estresse excessivo no isolamento | Usar sistemas de proteção contra surtos, sem filtragem nesta frequência. |
| Distorção harmônica | 100 Hz a 2,5 kHz | Sobreaquecimento do neutro e do transformador | Usar métodos de balanceamento de carga e filtros harmônicos. |
Importância da faixa de frequência de 2 kHz a 150 kHz
Existem normas para emissões de energia em diferentes frequências para os mesmos dispositivos em duas faixas de frequência. A maior parte das emissões de energia na faixa entre 2 e 150 kHz é geralmente considerada como emissões sujas.
Para começar, as emissões em frequências inferiores a 2 kHz são reguladas pelos limites de distorção harmônica conforme estabelecido pela norma IEEE 519 na América do Norte. Emissões em frequências superiores a 150 kHz são controladas pelas normas internacionais CISPR 11 e CISPR 32. Até recentemente, não havia regulamentação para a faixa de frequência entre 2 e 150 kHz, que inclui o uso de fontes de alimentação comutadas e faixas de frequência que causam acúmulo de ruído.
Essa lacuna na regulamentação é responsável pela situação descrita. Se um produto cumpre todas as regras de compatibilidade eletromagnética (EMC), ainda é possível que ele polua o ambiente dentro da faixa de frequência de 2 a 150 kHz. A CISPR 16-1-2 fornece o método de medição das emissões nessa faixa, mas a aplicação das normas deixa muitos produtos emitindo ruído dentro da faixa.
Portanto, isso afetaria significativamente os engenheiros de energia predial, uma vez que o instrumento de medição utilizado é geralmente chamado de analisador de qualidade de energia elétrica conforme IEC 61000-4-30, que é capaz de medir harmônicos na ordem 50 ou 63 (2,5 kHz a 3,15 kHz em 50 Hz) em vez de exigir o uso de sonda de corrente de alta frequência e analisador de espectro para reportar em frequências mais altas.
Efeito do Ruído Elétrico no Equipamento
Existem três tipos de efeitos, a saber: efeitos térmicos, efeitos funcionais e efeitos nas comunicações, que serão explicados a seguir para não confundir os dois últimos com os efeitos térmicos quanto aos seus custos reais para o usuário.
Efeitos térmicos. O efeito de pele inerente à transmissão de sinais de alta frequência faz com que a corrente flua de forma desigual através de um condutor, pois a corrente se descarrega mais intensamente na superfície, e como resultado da energia térmica gerada durante a condução, isso pode levar a um superaquecimento excessivo em condutores que transmitem continuamente sinais de alta frequência. A influência das correntes de alta frequência em dispositivos capacitores também deve ser compreendida, pois é uma das principais causas de falha devido a níveis excessivos de potência.
Ao implementar projetos elétricos, é essencial que os engenheiros considerem os efeitos das correntes de alta frequência em dispositivos capacitores, pois ocorrerá aquecimento excessivo que resultará em falha prematura.
Nos sistemas de comunicação por linha de energia, sejam eles redes inteligentes ou sistemas de transmissão elétrica, a integridade do sinal deve permanecer intacta. A presença de ruído de alta frequência interferirá no desempenho e na eficácia do sistema, pois está sendo corrompido por interferência, que é puramente um problema de comunicação.
A presença de ruído também é bastante comum em outros instrumentos eletrônicos, na forma como pode ser gerado por diversos meios. No caso da produção desse ruído, não é possível atribuí-lo a um local físico específico, pois é sempre uma ocorrência aleatória.
Pode haver um estudo e análise dos arcos elétricos presentes no próprio sistema, pois isso identificará tanto uma causa quanto um
No caso de um analisador de impedância detectar eventos de interrupção nos quais nenhum tom audível é produzido, isso indica um problema na firmeza da conexão elétrica, e não uma questão relacionada ao manuseio da carga. O dispositivo de detecção de falha de arco identifica a assinatura do arco em série e desarma antes que a ignição ocorra, sendo portanto uma função diferente da filtragem.
As Evidências Relativas às Alegações de Saúde
É aqui que o assunto ultrapassa o campo da engenharia elétrica para algo mais acessível à explicação leiga.
Houve uma grande quantidade de informações sobre a alegação de que a eletricidade suja causa fadiga, dores de cabeça e distúrbios do sono entre as pessoas. A Organização Mundial da Saúde, por meio de seus relatórios e outras autoridades nacionais de proteção contra radiação, confirmou que não há evidências empíricas que vinculem o nível de eletricidade suja em edifícios a problemas de saúde.
Um fenômeno interessante nessa área é conhecido como efeito nocebo: pacientes afetados por essa condição expressam seus sintomas independentemente do tipo de exposição envolvida. Tal conhecimento não implica que eles não tenham nenhuma enfermidade, mas serve como uma ferramenta para garantir o tratamento adequado de suas queixas, já que nem todo remédio é eficaz.
Um aspecto técnico que complica a questão da saúde é que a energia eletromagnética em alta frequência realmente produz aquecimento das instalações de equipamentos e causa desarmes intempestivos e interferência na comunicação. A justificativa para resolver essa questão de interferência é válida apenas por isso.
Diretrizes Adequadas de Medição
Se há perda de dinheiro por meio da medição, é principalmente porque os dispositivos de medição mais confiáveis fornecem resultados em termos de unidades arbitrárias, que são impossíveis de comparar em diferentes locais ou antes e depois de qualquer modificação.
A primeira etapa de medição envolve uma pesquisa adequada de qualidade de energia pela concessionária. A concessionária utiliza equipamentos Classe A para coletar informações de tensão, corrente, harmônicos (até o 50º harmônico), cintilação e transitórios por pelo menos uma semana. Isso ajuda a identificar o problema, seja ele transitório, harmônico ou de alta frequência, e serve como base para comparação tanto para concessionárias quanto para consultores, pois os dados podem ser considerados válidos.
O segundo método de medição envolve a medição em alta frequência. Se a pesquisa de qualidade de energia revelou o problema de qualidade da energia, então a fonte será o traçado do espectro em kHz usando um analisador de espectro, e a sonda de corrente também é necessária para capturar dados entre 2 e 150 kHz.
O terceiro método de medição envolve a correlação com a carga. Como as medições ocorrerão no momento em que ligamos e desligamos os quadros um após o outro, será fácil identificar as complicações em uma hora.
Passar por medidores que oferecem leituras em unidades fictícias pode não ser útil, pois eles descrevem tanto a corrente quanto a tensão não em termos absolutos, mas sim em dados fictícios.
Solução: Controle da Fonte, Filtro e Aterramento
A necessidade de ordenação de conclusão deve ser destacada. O ruído filtrado não pode ser interrompido uma vez que o ruído é produzido pela fonte, levando a custos contínuos.
Controle da fonte. Utilize fontes de alimentação de baixa emissão reguladas e use dispositivos regulados nas faixas de frequência especificadas pelos seus fabricantes de 2 kHz a 150 kHz. Além disso, evite ter uma grande acumulação de dispositivos de baixo custo em uma única placa comum. Se você é o proprietário de edifícios novos, então este é um problema de especificação e ainda não há custos para você nesse aspecto.
Separação de circuito. Garanta que os agrupamentos de circuitos de carga pesada não se misturem com os agrupamentos de circuitos sensíveis, incluindo circuitos ILS. Mantenha cabos e energia separados, cruze-os em pelo menos 90 graus, evite longos trechos de cabos em paralelo tanto quanto possível. Quase todos os problemas de interferência eletromagnética em ambientes de edifícios comerciais são facilmente resolvidos simplesmente separando os circuitos.
Filtragem final. Filtre capacitivemente antes da carga para mitigar a propagação de EMI para outros dispositivos na mesma placa de circuito antes de chegar aos seus dispositivos ILS, mas o filtro deve atender ao requisito de perda por inserção – pode não haver nenhum ponto declarado de atenuação na folha de dados se você não tiver um ponto específico indicado.
Isolamento. Do ponto de vista de aumentar a probabilidade de filtrar com sucesso EMI indesejado de instrumentos de laboratório e/ou estúdios de áudio, transformadores de isolamento blindados com escudo eletrostático são uma boa opção a considerar ao trabalhar com equipamentos elétricos sensíveis.
O tipo de dispositivo de proteção que deve ser selecionado para quadros de distribuição é importante, pois pode ajudar a garantir que a imunidade a alta frequência não contribua para disparos indesejados em um problema de ruído existente.
Elementos-chave para especificação no projeto de uma nova instalação
Em qualquer edifício com grandes requisitos de carga eletrônica, existem cinco componentes necessários que devem ser incluídos em sua especificação elétrica, todos os quais são menos caros na fase de projeto do que na fase de conformidade.
Estabelecer limites para distorção harmônica (ponto de acoplamento comum) usando uma norma (geralmente IEEE 519 ou similar), requer que o consultor demonstre conformidade com medições, não cálculos.
Utilizar painéis separados para cargas não lineares, como instalações de acionamento, dispositivos invertidos e grandes LEDs, reduzirá o impacto que sua operação tem sobre cargas de instrumentação e painéis de TI, que devem ser separados entre si.
O dimensionamento do condutor neutro deve considerar tanto as correntes harmônicas devido à contribuição do terceiro harmônico cancelando seus efeitos na corrente neutra. Assim, a base para o condutor neutro será determinada pelo tamanho da corrente fundamental e deve considerar os efeitos térmicos das cargas aplicadas à instalação.
A comprovação de aterramento e testes de equipotencialização, como resultados de impedância de loop e testes de equipotencialização, devem ser fornecidos durante o período de transição.
Os resultados dos testes de comissionamento na faixa de frequência de 2-150 kHz devem ser usados como referência para projetos atuais.
Finalmente, existem tipos de dispositivos de proteção e distribuição que existem dentro desses painéis nos quais as especificações devem começar e as medições devem ser baseadas.
Onde a HUYU se Encaixa
Fabricamos disjuntores, dispositivos diferenciais residuais e detecção de falhas de arco e componentes elétricos relevantes, e há dois aspectos da eletricidade suja que se relacionam a essa linha de produtos.
O primeiro aspecto é imunidade. Um dispositivo diferencial residual que opera com fuga de alta frequência está funcionando conforme esperado em um circuito errado, enquanto a diferença entre os produtos depende da quantidade de ruído que eles podem suportar antes que isso ocorra. O instrumentos RCBO usados em circuitos finais possuem uma classificação específica de desempenho em alta frequência e isso deve ser solicitado em vez de ser presumido.
O segundo aspecto é fornecer proteção contra a causa em vez do efeito. Um instrumento de detecção de arco funciona na conexão de arco que gera calor ou ruído de banda larga. O uso seguro de um disjuntor eficiente pode garantir que sobrecargas de circuito nunca ocorram devido a equipamentos que produzem ruído.
Nós não vendemos filtros, e mencionaremos isso toda vez que o ruído for identificado em vez da proteção. O fornecimento de eletricidade limpa é alcançado sistematicamente por meio do controle da fonte, isolamento e aterramento adequado. Implementar um dispositivo no quadro de distribuição é apenas uma parte do quebra-cabeça.
FAQ
Como me livrar da eletricidade suja?
Limpar sua eletricidade implica eliminar frequências nas correntes elétricas geralmente associadas a certos dispositivos que produzem tensão ou correntes de energia não normalmente utilizadas. Qualquer dispositivo elétrico geralmente produz alguns harmônicos que podem interferir na qualidade da energia de outros dispositivos, seja seu computador, geladeira ou qualquer outro aparelho elétrico. Em resumo, eletricidade suja refere-se à energia produzida por dispositivos que normalmente não produziriam tais harmônicos.
Como posso me livrar da eletricidade suja?
A remoção completa da eletricidade suja é impossível de alcançar na vida cotidiana, mas você pode tomar ações para eliminar seus possíveis efeitos negativos. Se você se preocupa com os problemas de saúde associados aos campos eletromagnéticos, definitivamente deve pensar em usar celulares, ter uma conexão wi-fi em casa e fazer muitas outras coisas que afetam a eletricidade.
Quando se trata de reduzir os efeitos dos níveis de eletricidade suja, você pode começar atualizando seu sistema elétrico conforme indicado acima, desligando quaisquer dispositivos desnecessários, recalibrando seu sistema de transformadores, ajustando seus equipamentos para que consumam a menor quantidade possível de energia, ou seja, garantindo que você tenha um aterramento adequado e usando filtros. Finalmente, se nenhuma das opções acima for satisfatória, então não há outra opção senão chamar um profissional.
A fonte do ruído elétrico de alta frequência dominante na tensão de alimentação e nos sinais de corrente acima dos harmônicos é principalmente derivada dos vários dispositivos, incluindo fontes de alimentação comutadas, drivers de LED, motores de velocidade variável e terminais de inversores. O problema surge devido ao fato de que alguns usuários têm conhecido referir-se à distorção harmônica e aos transitórios como ruído elétrico. Uma das melhores formas de entender o ruído elétrico é compreender como ele se relaciona com a contaminação normal cuja medição não pode ser feita por nenhum medidor padrão de qualidade de energia.
Existe um mito em relação à eletricidade suja?
A eletricidade suja é, de fato, uma questão de saúde. A Organização Mundial da Saúde e os governos ainda não forneceram nenhuma prova consistente de que os níveis acumulados em edifícios sejam responsáveis por quaisquer das condições alegadas. Além disso, também não houve nenhum teste de provocação que tenha confirmado que mesmo indivíduos altamente sensíveis seriam capazes de discernir se estavam ou não expostos à eletricidade suja. Embora haja provas de efeitos de engenharia, não há processos judiciais relacionados à saúde, o que dificulta a propagação da verdadeira declaração de engenharia.
Referências
- Behler-Young – Eletricidade Suja: O Que Pode Fazer
- Schneider Electric – Energia Suja: O Que É e Por Que Você Precisa Limpá-la
- UL Solutions – Padrões de qualidade de energia e dispositivos de proteção
- NEMA – Equipamentos de Distribuição de Baixa Tensão e Qualidade de Energia
- Hitachi Energy – Qualidade de Energia e Estabilidade da Rede
Conclusão
A eletricidade suja existe no mundo da engenharia, mas a comercialização dela levou a um mal-entendido sobre quão sérios são os efeitos desse fenômeno na realidade. A eletricidade suja realmente produz desafios relacionados ao ruído, mas os supostos efeitos à saúde são infundados. Qualquer pessoa que adote uma intervenção baseada em perspectiva de saúde estará simplesmente desperdiçando recursos em um instrumento com pouco valor.
A eletricidade suja deve ser vista mais como qualidade de energia, na qual três aspectos precisam acontecer: medições adequadas, separação adequada das outras fontes e, em seguida, filtragem após isso. Em edifícios novos, será útil garantir que os projetos incluam provisões para medições de distância e dimensionamento do neutro, pois isso garantirá que não haja despesas desnecessárias no futuro.
