Correçao do Fator de Potencia - do básico ao avançado!! muito bom!
fernando pacheco | comentários
Arquivado no curso de Engenharia Elétrica na UFV
Consultoria para Uso Eficiente de Energia pág.1 Prof. Paulo Duailibe
I. CONSIDERAÇÕES GERAIS 3
I.1 CONCEITOS BÁSICOS 3 I.2 CONSEQÜÊNCIAS DO EXCESSO DE ENERGIA REATIVA (KVAR) 4
I. INSTALAÇÃO DE BANCO DE CAPACITORES 8
I.1 LOCALIZAÇÃO DOS CAPACITORES 8 I.2 INSTALAÇÃO JUNTO A MOTORES DE INDUÇÃO 9 I.3 INSTALAÇÃO JUNTO A TRANSFORMADORES PARA COMPENSAÇÃO EM VAZIO 12 I.4 INSTALAÇÃO NO SECUNDÁRIO PARA COMPENSAÇÃO GERAL DO FATOR DE POTÊNCIA 13 I.5 INSTALAÇÃO NA ENTRADA DE ENERGIA 14 I.6 RECOMENDAÇÕES PARA A ESPECIFICAÇÃO 15
IV. BANCO DE CAPACITORES COM CONTROLE AUTOMÁTICO 15
IV.1 CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE FATOR DE POTÊNCIA 15 IV.2 CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA POR DUPLO CRITÉRIO 16
V. CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA 17
V.1 CAUSAS DE UM BAIXO FATOR DE POTÊNCIA 17 V.2 EXEMPLO NUMÉRICO 19
VI. RECOMEND. DIMENS. DOS EQUIP. E CONDUT. DO CIR. DO CAPACITOR 21
VI.1 DETERMINAÇÃO DA CAPACITÂNCIA 21 VI.2 DIMENSIONAMENTO DA CHAVE SECCIONADORA 21 VI.3 DIMENSIONAMENTO DO FUSÍVEL 21
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VI.4 DIMENSIONAMENTO DO CONTATOR 21 VI.5 DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES DE ALIMENTAÇÃO 2 VI.6 EXEMPLO 1: DIMENSIONAMENTO DO BANCO CAPACITIVO PARA CORREÇÃO DO FP 2 VI.7 EXEMPLO 2: DIMENSIONAMENTO DE CAPACITORES PARA CONJUNTO MOTO-BOMBA 30
VII. LEGISLAÇÃO SOBRE O EXCEDENTE DE REATIVO 34
VII.1 PERÍODOS DE MEDIÇÃO DE ENERGIA INDUTIVA E CAPACITIVA 35 VIII. BIBLIOGRAFIA 36
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I. Considerações Gerais I.1 Conceitos Básicos
A maioria das cargas das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva, como motores, transformadores, lâmpadas de descarga, fornos de indução e outros.
As cargas indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento, por isso sua operação requer dois tipos de potência: ativa e reativa. A potência ativa, medida em kW é aquela que efetivamente realiza trabalho, gerando calor, luz, movimento, etc. Já a potência reativa, medida em kvar, é usada apenas na criação e manutenção dos campos eletromagnéticos das cargas indutivas.
Assim, enquanto a potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a potência reativa, além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentação, "ocupando um espaço" no sistema elétrico, o qual poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa.
O chamado triângulo de potências (Figura 1) é utilizado para mostrar, graficamente, a relação entre as potências ativa, reativa e aparente.
P = potência ativa [kW]
Q = potênciareativa [kvar] S = potência aparente [kVA]ϕ
Figura 1 Triângulo de Potências
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O fator de potência (FP) é definido como razão entre a potência ativa e a potência aparente, ou seja:
O fator de potência indica a porcentagem da potência total fornecida (kVA) que é efetivamente transformada em potência ativa (kW). Assim o fator de potência mostra o grau de eficiência do uso de um sistema elétrico. Valores altos de fator de potência (próximos de 1,0) indicam uso eficiente da energia elétrica, enquanto que valores baixos evidenciam seu mau aproveitamento, além de representar uma sobrecarga para todo o sistema.
I.2 Conseqüências do Excesso de Energia Reativa (kvar)
Baixos valores de fator de potência são decorrentes de quantidades elevadas de energia reativa (Q). Isso resulta no aumento, não só da potência aparente total (S), mas também da corrente total que circula na rede elétrica da concessionária de energia e das unidades consumidoras, podendo causar sobrecarga nas subestações, linhas de transmissão e distribuição, prejudicando a estabilidade e as condições dos sistemas elétricos e trazendo diversos inconvenientes, tais como perdas, queda de tensão e subutilização da capacidade instalada.
⇒ Perdas na Rede
As perdas de energia elétrica ocorrem em forma de calor e são proporcionais ao quadrado da corrente total. Como essa corrente cresce com o excesso de energia reativa (kvar), estabelece-se uma relação direta entre o incremento das perdas e o baixo fator de potência (Figura 2), provocando aumento do aquecimento de condutores e equipamentos.
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Perd as (%)
Figura 2 Perdas x Fator de Potência
⇒ Quedas de Tensão
O aumento da corrente devido ao excesso de reativo leva a quedas de tensão acentuadas, podendo ocasionar a interrupção do fornecimento de energia e a sobrecarga em certos elementos da rede gerando prejuízos econômicos e operacionais. Esse risco é sobretudo acentuado durante os períodos nos quais a rede é fortemente solicitada.
Embora os capacitores elevem os níveis de tensão, não é, de um modo geral, economicamente viável, sua instalação visando apenas esse fim. A melhoria dos níveis de tensão deve ser vista como um benefício adicional dos capacitores.
A tensão num ponto de um circuito elétrico pode ser calculada de acordo com a Figura 3.
Figura 3 Circuito Elétrico
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Fica claro que, quanto maior a queda de tensão V&∆, menor será a tensão entregue à carga.
Com o emprego de capacitores e a melhoria do fator de potência, a corrente total equivalente fica reduzida, reduzindo também a queda de tensão na linha e, consequentemente, melhorando o nível da tensão 2V&.
⇒ Subutilização da Capacidade Instalada
Baixos fatores de potência (excesso de energia reativa) inviabilizam a plena utilização de uma instalação elétrica condicionando a instalação de novas cargas a investimentos que poderiam ser evitados se valores mais altos de fator de potência fossem conseguidos. O "espaço" ocupado pela energia reativa poderia ser então utilizado para o atendimento de novas cargas.
Os investimentos em ampliação das instalações estão relacionados principalmente aos transformadores e condutores necessários. O transformador instalado deve atender à potência ativa total dos equipamentos utilizados, mas, devido à presença de potência reativa, sua capacidade deve ser calculada com base na potência aparente das instalações.
Também os custos dos sistemas de comando, proteção e controle dos equipamentos cresce com o aumento da energia reativa, aumento da capacidade dos TC's, TP's, etc. Da mesma forma, para transportar a mesma potência ativa, sem o aumento das perdas, a seção dos condutores deve aumentar à medida que o fator de potência diminui.
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I. Capacitores
A função de um capacitor (Figura 4) é suprir potência reativa (kvar) ao sistema, ou parte do sistema ao qual está ligado.
Figura 4 Família de Capacitores de Potência para Média Tensão
Um capacitor derivação, quando ligado junto aos motores ou transformadores limita o fluxo de energia reativa através dos circuitos elétricos. A energia reativa necessária à magnetização de motores, transformadores e reatores passa a ser fornecida pelos capacitores ao invés de fluir através dos circuitos de alimentação das referidas cargas.
Quando instalados em indústrias, os capacitores derivação geram diversos benefícios entre os quais podem ser citados:
Correção do fator de potência, com suas conseqüentes vantagens financeiras, em vista das sobretaxas impostas pelas tarifas das companhias concessionárias;