Qualidade de energia na manutenção: o que um monitor de energia revela

Motor que esquenta sem motivo aparente, disjuntor que desarma de vez em quando, neutro mais quente que as fases, capacitor que estufa. Muitas vezes a causa não está no equipamento, mas na energia que chega até ele. O multímetro mostra um instante; um monitor de energia mostra o que acontece o dia inteiro, fase por fase. Neste artigo explicamos o que vale observar e mostramos o módulo de monitoramento de energia que estamos desenvolvendo no taskfield.

Por que a manutenção deveria olhar a energia

Qualidade de energia costuma ficar com a engenharia elétrica ou com a concessionária. Mas os efeitos aparecem na oficina:

• Desequilíbrio de tensão aquece motores trifásicos e reduz a vida do isolamento.
• Harmônicas aquecem transformadores, sobrecarregam o neutro, causam desarmes e estragam bancos de capacitores.
• Fator de potência baixo aumenta a corrente nos cabos e pode virar multa na fatura.
• Afundamentos e elevações de tensão desligam inversores e queimam fontes eletrônicas.

Sem medição contínua, essas causas viram "falha elétrica" na ordem de serviço, e a mesma falha volta. Com a medição, elas viram dado: hora, fase e intensidade.

Desequilíbrio: tensão e corrente contam histórias diferentes

Desequilíbrio de tensão é a diferença entre as tensões das três fases. Ele costuma vir da rede ou de cargas monofásicas mal distribuídas. Para redes de até 2,3 kV, o Módulo 8 do PRODIST, da ANEEL, usa 3% como limite de referência. Parece pouco, mas o efeito no motor é amplificado: um desequilíbrio de tensão de 1% pode gerar um desequilíbrio de corrente várias vezes maior no enrolamento, e isso vira calor.

Desequilíbrio de corrente mostra como a carga está repartida. Na tela abaixo, a tensão está equilibrada (0,86%), mas a corrente está em 78,6%: a fase A carrega 0,88 A enquanto as fases B e C passam de 5 A. O motivo, nesse caso, é que as fases B e C estão injetando energia na rede (o valor negativo da potência ativa), vinda de geração solar, enquanto a fase A só alimenta pequenas cargas.

O diagrama fasorial ajuda a enxergar o que a tabela diz: as setas de tensão ficam a 120° umas das outras, e as de corrente mostram o ângulo de cada fase. Quando o ângulo entre a tensão e a corrente da fase passa de 90° (para um lado ou para o outro), a potência ativa dessa fase é negativa: a energia está saindo para a rede.

Harmônicas: a distorção que o multímetro comum não mostra

Fontes chaveadas, inversores de frequência, iluminação LED e inversores solares não consomem corrente como uma senoide limpa. A corrente distorcida pode ser decomposta em múltiplos da frequência da rede: a 3ª harmônica fica em 180 Hz, a 5ª em 300 Hz, e assim por diante. O THD (distorção harmônica total) resume tudo em um percentual da fundamental.

Três coisas que todo técnico deveria saber:

1. As múltiplas de 3 se somam no neutro. A 3ª, a 9ª e a 15ª harmônicas são de "sequência zero": em vez de se cancelarem entre as fases, elas se somam no neutro. Por isso há neutro mais quente que as fases em prédios cheios de computadores e LEDs.
2. A 5ª e a 11ª "freiam" o motor. São de sequência negativa: criam um campo que gira ao contrário, gerando aquecimento e vibração.
3. THD alto com corrente baixa engana. Uma fase com 0,87 A pode ter THD de 38%, mas a distorção absoluta é pequena. Por isso a referência IEEE 519 usa o TDD, que compara a distorção com a corrente de demanda da instalação, e não com a corrente do momento.

O formato do espectro também ajuda a achar a origem. Um retificador de 6 pulsos (comum em inversores de frequência) gera principalmente a 5ª, a 7ª, a 11ª e a 13ª. Fontes chaveadas monofásicas geram a 3ª, a 5ª e a 7ª. Saber disso permite procurar a carga certa em vez de trocar disjuntor.

Fator de potência: cos φ não é a história toda

O cos φ mede só o deslocamento entre tensão e corrente na frequência fundamental. Quando há harmônicas, o fator de potência real (potência ativa dividida pela aparente) fica menor que o cos φ, e um banco de capacitores dimensionado só pelo cos φ pode entrar em ressonância com as harmônicas. No Brasil, abaixo de 0,92 a distribuidora pode cobrar o excedente de reativo, conforme a Resolução Normativa ANEEL 1.000/2021.

Outro cuidado: em instalações que injetam energia, a potência ativa da fase fica negativa e o fator de potência calculado pode parecer estranho. Separar o fluxo direto do reverso, como na tabela de potências da tela de tempo real, evita conclusões erradas.

Instalações com geração solar: o medidor precisa ser bidirecional

Com geração própria, a pergunta deixa de ser só "quanto consumimos" e passa a ser "quanto injetamos, em que fase e quando". Um medidor bidirecional mostra o padrão diário: consumo à noite, injeção durante o dia. Também mostra o que foge do padrão.

No gráfico, os eventos aparecem no lugar em que aconteceram. A tensão acima de 133 V na fase C, por exemplo, sai da faixa adequada do PRODIST para redes de 127 V. Isso costuma acontecer quando a geração é alta e o consumo local é baixo, e é o tipo de evento que desliga inversores no meio do dia.

Do alarme à ordem de serviço

Medir não resolve nada se o alarme ficar só na tela. O valor do monitoramento aparece quando o evento vira trabalho:

1. O limite é ultrapassado (por exemplo, desequilíbrio de corrente acima de 30%).
2. O sistema registra o evento com hora, fase e valor, e abre um chamado ligado ao equipamento.
3. O técnico recebe a OS com o contexto: o gráfico do momento, as fases afetadas e o histórico daquele ponto.
4. No fechamento, a causa encontrada (carga mal distribuída, conexão frouxa, inversor com defeito) fica codificada no histórico, e a próxima análise começa com dados.

O que estamos construindo no taskfield

Em desenvolvimentoAs telas deste artigo são do monitor de energia que estamos construindo no taskfield para nossos clientes. Ele já está em teste com medidores reais e vai reunir, no mesmo lugar da manutenção:

• Tempo real: tensões, correntes, potências, fator de potência e diagrama fasorial por fase, com atualização a cada poucos segundos.
• Harmônicas: espectro de corrente e tensão até a 25ª ordem, limites de referência IEEE 519, sequência de fase e assinaturas de carga para achar a origem da distorção.
• Medição bidirecional: consumo e injeção separados por fase, com energia líquida do período, para instalações com geração solar.
• Histórico e eventos: tendência de 24 horas a 3 meses, com desequilíbrios, variações de tensão e perdas de comunicação marcados no gráfico.
• Chamado com um clique: o evento vira OS ligada ao quadro ou ao equipamento, com os dados do momento anexados.

As funções e telas ainda podem mudar até o lançamento. Se você cuida de quadros elétricos, de instalações com geração solar ou de equipamentos sensíveis à energia, entre na lista de espera: os primeiros clientes vão ajudar a definir o que entra primeiro. Veja também como o taskfield atende o segmento de energia.