Continuando sobre a correção do Fator de Potencia

Métodos de Correção do Fator de Potência:
A correção do Fator de Potência deverá ser cuidadosamente analisada e não resolvida de forma simples, podendo isso levar a uma solução técnica e econômica insatisfatória. É preciso critério e experiência para efetuar uma adequada correção, lembrando que cada caso deve ser estudado especificamente e que soluções imediatas podem ser as mais inconvenientes.

De um modo geral, quando se pretende corrigir o Fator de Potência de uma instalação surge o problema preliminar de se determinar qual o melhor método a ser adotado.

Independentemente do método a ser adotado o Fator de Potência ideal, tanto para os consumidores como para a concessionária, seria o valor unitário (1,0 ou 100%) que significa a inexistência de Kvar no circuito.

Entretanto, esta condição nem sempre é conveniente e, geralmente não se justifica economicamente. A correção efetuada até o valor de 0,95 ou 95% é considerada suficiente.

4.1 – Correção pelo Aumento do Consumo de Energia Ativa
O aumento da energia ativa pode ser alcançada quer pela adição de novas cargas com alto Fator de Potência, quer pelo aumento do período de operação das cargas com Fatores de Potência próximos ou iguais a unidade.

Este método é recomendado quando o consumidor tem uma jornada de trabalho fora do período de ponta de carga do sistema elétrico (aproximadamente das 18 às 20 horas).

Além de atender as necessidades da produção industrial, a carga ativa que aumentara o consumo de KW/h deverá ser cuidadosamente escolhida a fim de não aumentar a demanda de potência da industria.

4.2 – Correção através de Motores Síncronos Superexcitados
A correção através de motores síncronos superexcitado, além de corrigir p Fator de Potência, fornecem potência mecânica útil.

Entretanto, devido ao fato de ser um equipamento bastante caro, nem sempre é compensador sobre o ponto de vista econômico, só sendo competitivo em potência superiores a 200 cv, e funcionando pôr grandes períodos (superiores a 8/h pôr dia).

A potência reativa que um motor síncrono fornece a instalação é função da corrente de excitação e da carga mecânica aplicada no seu eixo. Os tipos de motores síncronos comumente utilizado pelas industrias são os de Fator de Potência nominal igual a 0,80 a 1,00.

4.3 – Compensação pôr Capacitores Estáticos A correção do Fator de Potência através de capacitores estáticos constitui a solução mais prática para as industrias em geral.

Entretanto, alguns cuidados devem ser tomados, para que os capacitores não sejam usado indiscriminadamente.

Podem os capacitores, em principio, serem instalados em quatro pontos distintos do sistema elétrico:
– Junto às grandes Cargas indutivas (motores, transformadores, Tc...)
– No barramento geral de Baixa Tensão (BT).
– Na extremidade dos circuitos alimentadores
– Na entrada de energia de Alta Tensão (AT).

4.3 a) – Junto às grandes cargas indutivas
A instalação junto às grandes cargas, tem a vantagem de permitir uma previsão mais precisa da potência reativa necessária, de tal modo que o capacitor compense exatamente a carga.

Sendo ambos elementos comandados pela mesma chave, não se apresenta o risco de haver, em certas horas, excesso ou falta de potência reativa, além do que, obtém-se uma redução no custo da instalação, pelo fato de não ser necessário um dispositivo de comando e proteção separado para o capacitor.

Uma das vantagens desta opção, é que este tipo de instalação alivia todo o sistema elétrico, pois a corrente reativa vai do capacitor às cargas, sem circular pelo transformador, barramentos, circuitos alimentadores, Tc...

4.3 b) – No Barramento geral de Baixa Tensão (BT)
Neste tipo de ligação de Capacitores, haverá necessidade de ser instalada uma chave que permita desliga-los quando a industria finda sua atividades diárias.

Não o fazendo, poderão ocorrer sobretensões indesejáveis que, provavelmente, causarão danos as instalações elétricas. 4.3 c) – Na extremidade dos circuitos alimentadores

É utilizada geralmente quando o alimentador supre uma grande quantidade de cargas pequenas, onde não é conveniente a compensação individual.

Este método usufrui em parte da diversidade entre as cargas supridas, embora a economia seja inferior à obtida pelo aproveitamento da diversidade entre alimentadores. Pôr outro lado, fica aliviado também o circuito alimentador.

A vantagem dessa ligação é que se pode obter apreciável economia, usufruindo da diversidade de demanda entre os circuitos alimentadores, uma vez que a potência reativa solicitada pelo conjunto da instalação é menor que a soma das potência reativas de todos os equipamentos.

4.3 d)- Na entrada de energia em Alta Tensão (AT).
Não é muito freqüente encontrarmos exemplos da instalação do lado da Alta Tensão.

Tal localização não alivia nem mesmo os transformadores, e exige dispositivos de comando e proteção dos capacitores com isolação para a tensão primária.

Embora o preço pôr Kvar dos capacitores seja menor para maiores tensões, este tipo de instalação em geral só é encontrada nas industrias que recebem grandes quantidades de energia elétrica e dispõem de varias subestações transformadoras.

Neste caso a diversividade de demanda pode redundar em economia na quantidade de capacitores a instalar.

5 – Bancos Automáticos de Capacitores
A automatização de Bancos de Capacitores, ou seja, o ligamento e desligamento automático de capacitores em estabelecimentos industriais, deve apresentar condições especiais de operação que justifiquem os investimentos a serem efetuados.

Considerando que determinadas industrias possuem equipamentos que provoquem oscilações freqüentes, levando o Fato de Potência a índices não desejáveis, e que essas oscilações são provenientes da carga variada e do tipo de trabalho efetuado, é justificável, como solução técnica e econômica, o controle da potência reativa (Kvar) através de Bancos Automáticos de Capacitores.

6 – Dimensionamento do Banco de Capacitores
No que se refere ao dimensionamento de bancos de capacitores, isto é na determinação da potência reativa em Kvar a ser instalada, de modo a corrigir o Fator de Potência, vimos que tal problema não é suscetível a uma solução imediata e simplista.

Pôr um lado, a potência reativa a instalar, está intimamente relacionada ao local de instalação escolhido. Pôr outro lado, depende do período de tempo em que permanecem ligados os capacitores e as cargas que utilizam energia reativa, ainda que deste período, devam ser deduzidas as horas em que a potência reativa fornecida pêlos capacitores excede à necessária para as instalações, uma vez que as concessionárias não "aceitam" de volta os Kvars fornecidos pelo consumidor.

Pôr essa razões, cada problema de Correção de Fator de Potência deve ser considerado como um caso individual, não existindo soluções pré-fabricadas.

7 – Benefícios resultantes da Correção de Fator de Potência
Além da redução do preço médio do KW/h consumido, a Correção Fator de Potência traz os seguintes benefícios:
Libera uma certa parcela da capacidade em KVA dos transformadores;
Libera uma certa parcela da capacidade dos alimentadores e do sistema;
Reduz as perdas de energia das instalações e do sistema;
Reduz as quedas de tensão melhorando a nível da voltagem nas instalaçõe

Potência Reativa: potência usada apenas para criar e
manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas.
É medida em kvar. A fig. 2 ilustra esta definição.

 
 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 que
poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa.


Definição: o fator de potência é a razão entre a potência
ativa e a potência aparente. Ele indica a eficiência do uso
da energia. Um alto fator de potência indica uma eficiência
alta e inversamente, um fator de potência baixo indicabaixa eficiência energética.

Conseqüências e Causas de um Baixo Fator

de Potência

Perdas na Instalação : As perdas de energia elétrica ocorrem em forma de calor e

são proporcionais ao quadrado da corrente total (I2.R). Como

essa corrente cresce com o excesso de energia reativa,

estabelece-se uma relação entre o incremento das perdas e

o baixo fator de potência, provocando o aumento do

aquecimento de condutores e equipamentos.

Quedas de Tensão : O aumento da corrente devido ao excesso de energia

reativa leva a quedas de tensão acentuadas, podendo

ocasionar a interrupção do fornecimento de energia elétrica

e a sobrecarga em certos elementos da rede. Esse risco é

sobretudo acentuado durante os períodos nos quais a rede é

fortemente solicitada. As quedas de tensão podem provocar

ainda, a diminuição da intensidade luminosa das lâmpadas e

aumento da corrente nos motores.

Subutilização da Capacidade Instalada :

A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalação elétrica,

inviabiliza sua plena utilização, condicionando a instalação de

novas cargas a investimentos que seriam evitados se o fator

de potência apresentasse valores mais altos. 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 a ser instalado

deve atender à potência total dos equipamentos utilizados,

mas devido a presença de potência reativa, a sua

capacidade deve ser calculada com base na potência

aparente das instalações.

A Tabela 1 mostra a potência total que deve ter o

transformador, para atender uma carga útil de 800 kW para

fatores de potência crescentes.

 

 

Vantagens da Correção do Fator de Potência

Melhoria da Tensão

As desvantagens de tensões abaixo da nominal em

qualquer sistema elétrico são bastante conhecidas. Embora

os capacitores elevem os níveis de tensão, é raramente

econômico instalá-los em estabelecimentos industriais

apenas para esse fim. A melhoria da tensão deve ser

considerada como um benefício adicional dos capacitores.

A tensão em qualquer ponto de um circuito elétrico é igual

a da fonte geradora menos a queda de tensão até aquele

ponto. Assim, se a tensão da fonte geradora e as diversas

quedas de tensão forem conhecidas, a tensão em qualquer

ponto pode ser facilmente determinada. Como a tensão

na fonte é conhecida, o problema consiste apenas na

determinação das quedas de tensão.

    Vantagens da Empresa

 Redução significativa do custo de energia elétrica;

 Aumento da eficiência energética da empresa;

 Melhoria da tensão;

 Aumento da capacidade dos equipamentos de manobra;

 Aumento da vida útil das instalações e equipamentos;

 Redução do efeito Joule;

 Redução da corrente reativa na rede elétrica

   Vantagens da Concessionária

 O bloco de potência reativa deixa de circular no sistema de 

transmissão e distribuição;

 Evita as perdas pelo efeito Joule;

 Aumenta a capacidade do sistema de transmissão e 

distribuição para conduzir o bloco de potência ativa;

 Aumenta a capacidade de geração com intuito de atender 

mais consumidores;

 Diminui os custos de geração .

   CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA EM BAIXA TENSÃO

A correção pode ser feita instalando os capacitores

de quatro maneiras diferentes, tendo como objetivos a

conservação de energia e a relação custo/benefício:

a) Correção na entrada da energia de alta tensão: corrige o

fator de potência visto pela concessionária, permanecendo

internamente todos os inconvenientes citados pelo baixo

fator de potência e o custo é elevado.

b) Correção na entrada da energia de baixa tensão: permite

uma correção bastante significativa, normalmente com

bancos automáticos de capacitores. Utiliza-se este tipo de

correção em instalações elétricas com elevado número de

cargas com potências diferentes e regimes de utilização

poucos uniformes.

A principal desvantagem consiste em não haver alívio

sensível dos alimentadores de cada equipamento.

c) Correção por grupos de cargas: o capacitor é instalado

de forma a corrigir um setor ou um conjunto de pequenas

máquinas (<10cv). É instalado junto ao quadro de distribuição

que alimenta esses equipamentos. Tem como desvantagem

não diminuir a corrente nos circuitos de alimentação de cada

equipamento.

d) Correção localizada: é obtida instalando-se os capacitores

junto ao equipamento que se pretende corrigir o fator de

potência. Representa, do ponto de vista técnico, a melhor

solução, apresentando as seguintes vantagens:

- reduz as perdas energéticas em toda a instalação;

- diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos;

acionamento para a

carga e o capacitor, economizando-se um equipamento de

manobra;

- gera potência reativa somente onde é necessário.

e) Correção mista: no ponto de vista ¨Conservação

de Energia¨, considerando aspectos técnicos,

práticos e financeiros, torna-se a melhor solução.

Usa-se o seguinte critério para correção mista:

1. Instala-se um capacitor fixo diretamente no lado

secundário do transformador;

2. Motores de aproximadamente 10 cv ou mais, corrige-se

localmente (cuidado com motores de alta inércia, pois não

se deve dispensar o uso de contatores para manobra dos

capacitores sempre que a corrente nominal dos mesmos for

superior a 90% da corrente de excitação do motor).

3. Motores com menos de 10 cv corrige-se por grupos.

4. Redes próprias para iluminação com lâmpadas de descarga,

usando-se reatores de baixo fator de potência, corrige-se

na entrada da rede;

5. Na entrada instala-se um banco automático de pequena

potência para equalização final.

Quando se corrige um fator de potência de uma instalação,

consegue-se um aumento de potência aparente disponível

e também uma queda significativa da corrente.

    Correção na Média Tensão

Desvantagens:

 Inviabilidade econômica de instalar banco de

capacitores automáticos;

 Maior probabilidade da instalação se tornar capacitiva

(capacitores fixos);

 Aumento de tensão do lado da concessionária;

Aumento da capacidade de curto-circuito na rede da

concessionária;

 Maior investimento em cabos e equipamentos de

Baixa Tensão;

Manutenção mais difícil;

Benefícios relacionados com a diminuição das

correntes reativas nos cabos, trafos, etc., não são

obtidos.

 

 A maioria das cargas das unidades consumidoras
consome energia reativa indutiva, tais como: motores,
transformadores, reatores para lâmpadas de descarga,
fornos de indução, entre outros. As cargas indutivas
necessitam de campo eletromagnético para seu
funcionamento, por isso sua operação requer dois tipos de
potência:

Potência ativa: potência que efetivamente realiza trabalho
gerando calor, luz, movimento, etc. É medida em kW.
A fig. 1 mostra uma ilustração disto.


 

FATOR DE POTÊNCIA: COMO TRANSFORMÁ-LO EM UM FATOR DE ECONOMIA ?

O que é fator de potência? O fator de potência é a relação entre potência ativa e potência reativa. Ele indica a eficiência com a qual a energia está sendo usada. Um alto fator de potência indica eficiência alta e um baixo fator de potência indica eficiência baixa. A maioria das cargas dos sistemas de distribuição de energia são indutivas. Como motores, transformadores, reatores de iluminação entre vários outros. A principal característica das cargas indutivas é que elas necessitam de um campo eletromagnético para operar. Por este motivo, elas consomem dois tipos de potência elétrica:

» Potência ativa (kW) para efetuar o trabalho de gerar calor, luz, movimento, etc. » Potência reativa (kVAr) para manter o campo eletromagnético. » A potência ativa é medida em Watts (W) ou kilowatts (kW). A potência reativa não produz trabalho útil, mas circula entre o gerador e a carga, exigindo do gerador e do sistema de distribuição uma corrente adicional. A potência reativa é medida em Kilovolt-Amperes-reativos (kVAr).

Exemplo: Uma máquina está trabalhando com 200 kW e a energia aparente consumida é de 250 kVA, neste caso o fator de potência é de 80%. Isto quer dizer que a máquina está aproveitando apenas 80% da potência (corrente) que está entrando nela.

Por que se preocupar com o fator de potência? Principalmente para reduzir o valor das contas de energia elétrica. Sua concessionária de energia elétrica fornece potência ativa (kW) e potência reativa (kVAr) para sua instalação na forma de potência aparente (kVA). Apesar da potência reativa não ser registrada no seu medidor de potência ativa, o sistema de transmissão e distribuição da concessionária precisa ser capaz de disponibilizar esta potência adicional. Óbviamente as concessionárias repassam aos consumidores o custo de instalação e manutenção de maiores geradores, transformadores, cabos, chaves, etc.

Aumentando da capacidade elétrica do sistema Capacitores de potência aumentam a capacidade do sistema de carregar potência. Melhorando o fator de potência de uma carga, automáticamente se reduz os kVA. Portanto, você pode, adicionando capacitores, aumentar a potência útil (kW) do seu sistema, sem aumentar os kVA. O mesmo pricípio se aplica para reduzir as correntes em instalações sobrecarregadas. Corrigir o fator de potência, de 75% para 95%, por exemplo, resulta em corrente 21% menor para os mesmos kW de potência útil. Melhoria nos níveis de tensão A queda de tensão provocada pela excessiva demanda de corrente, causa sobreaquecimento e torna os motores mais fracos. Com a diminuição no fator de potência, a corrente da linha aumenta agravando a queda de tensão. Adicionando capacitores ao seu sistema, e obtendo melhores níveis de tensão, você aumenta a eficiência, a performace e a vida útil de seus motores. Diminuição de perdas elétricas Há dois tipos básicos de instalações com capacitores: instalações com capacitores individuais ligados em cargas senoidais ou lineares, e instalações com bancos de capacitores fixos ou automáticos ligados na substação de entrada de energia ou de distribuição. Redução de Perdas (%) = 100 - 100 x FP original ------------- FP corrigido Como escolher os capacitores certos? A queda de tensão provocada pela excessiva demanda de corrente, causa sobreaquecimento e torna os motores mais fracos. Com a diminuição no fator de potência, a corrente da linha aumenta agravando a queda de tensão. Adicionando capacitores ao seu sistema, e obtendo melhores níveis de tensão, você aumenta a eficiência, a performace e a vida útil de seus motores. As vantagens da instalação individual são: » Controle completo. Os capacitores não causam problemas quando muitas cargas são desligadas. » Não requer comutação separada. O capacitor sempre trabalha junto com o motor. » Maior eficiência dos motores devido a melhor utilização da potência e redução nas quedas de tensão. » Motores e capacitores, em conjunto, podem ser relocados mais facilmente. » Facilidade de escolha do capacitor correto para cada carga. » Menores perdas na linha. » Aumento da capacidade de corrente do sistema. As vantagens da instalação de bancos de capacitores são: » Menor custo por kVAr. » Menor custo de instalação. » Melhoria do fator de potência geral da instalação, eliminando quaisquer tipos de cobrança pelo uso de kVAr. » O controle automático assegura a dosagem exata da potência de capacitores, ligada a qualquer momento, e eliminando possíveis sobretensões.