Avaliação da autoperturbação por harmônicos em instalações elétricas hospitalares

Abstract

Esta tese apresenta uma contribuição da área de engenharia elétrica para o gerenciamento da operação de equipamentos eletromédicos, por meio da avaliação de distorções na forma de onda da tensão em instalações elétricas hospitalares, provocadas por equipamentos utilizados pelos próprios hospitais. Após revisão bibliográfica sobre as origens, publicações normativas, e consequências dos harmônicos nas instalações elétricas, e em especial em instalações hospitalares, é apresentado o princípio das distorções na forma de onda da tensão provocado por equipamentos existentes na própria unidade consumidora, e proposto que esse fenômeno seja chamado de “autoperturbação” por harmônicos. Para comprovar a existência da autoperturbação e quantificá-la, foram realizadas medições do conteúdo harmônico da corrente em três equipamentos hospitalares de diagnóstico por imagem, e desenvolvidos um modelo analítico e um modelo computacional para a avaliação da autoperturbação. Após a apresentação detalhada dos modelos desenvolvidos, o conteúdo harmônico da corrente obtido durante as medições foi introduzido nos modelos para três cenários de cargas e para transformadores com três potências nominais diferentes. A distorção harmônica da tensão no interior da instalação foi quantificada para cada cenário e para cada transformador, confirmando a ocorrência da autoperturbação por harmônicos. Em seguida, para possibilitar uma avaliação quantitativa, preliminar à instalação dos equipamentos, é apresentado um indicador proposto para a avaliação da autoperturbação por harmônicos e sugeridos valores limites para este indicador, em conformidade com as publicações normativas a serem atendidas.

This thesis presents a contribution from the electrical engineering area for the management of the operation of electromedical equipment, through the evaluation of distortions in the voltage waveform inside hospital electrical installations, caused by equipment used by the hospitals themselves. After a bibliographic review on the origins, technical standards, and problems caused by harmonics in electrical installations, and especially at hospital installations, the principle of distortions in the voltage waveform caused by current drained by electromedical equipment is presented, and it is proposed that this phenomenon be called “self-disturbance” by harmonics. In order to prove the existence of self-disturbance and to quantify it, measurements were made on the harmonic spectrum of the current drained by three hospital equipment for imaging diagnostic, and an analytical model and a computational model were developed for the evaluation of self-disturbance. After the detailed presentation of the developed models, the harmonic spectrum of the currents obtained during the measurements were introduced in the models for three load scenarios and for transformers with three different rated powers. The harmonic distortion of the voltage inside the installation was quantified for each scenario and for each rated power transformer, confirming the occurrence of self-disturbance by harmonics. Then, to enable a quantitative assessment, preliminary to the installation of the equipment, a proposed indicator is presented for the assessment of self-disturbance by harmonics and suggested limit values for this indicator, in accordance with the standards to be met.