Teoria Extra 1 - Corre__o de Fator de Pot_ncia

8/9/2019 Teoria Extra 1 - Corre__o de Fator de Pot_ncia

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Teoria Extra 1 Correção de Fator de PotênciaTeoria Extra 1 Correção de Fator de Potência

Potência Elétrica e Fator de Potência:

O Fator de Potencia é uma questão cada vez mais relevante para projetistas deequipamentos eletroeletrônicos, pois um menor consumo e um melhor aproveitamentoda energia elétrica é algo que preocupa, não apenas em vista dos impactos econômicos,mas também em vista dos impactos ambientais, passando pela temeridade de um

possível apagão (falha com interrupção de fornecimento do sistema de geração etransmissão de energia elétrica).

Já é sabido que Potência Elétrica é a capacidade de produzir trabalho, na unidadede tempo, isto é:

Tempo

Energia

Tempo

TrabalhoPotência ==

Em circuitos de corrente alternada (CA) puramente resistivos, as formas deondas de tensão e de corrente elétrica estão em fase, ou seja, mudando a sua polaridadeno mesmo instante e no mesmo sentido a cada ciclo. No entanto, quando cargas reativasestão presentes, tais como capacitores ou indutores, o fato de ocorrer armazenamento deenergia nessas cargas resulta em uma diferença de fase entre as formas de ondas detensão e de corrente.

Uma vez que a energia armazenada nas cargas reativas retorna para a fonte semter produzido trabalho útil, uma carga que apresenta uma grande defasagem entre tensãoe corrente (carga de baixo fator de potência) demandará uma corrente elétrica maior

para realizar o mesmo trabalho do que uma carga com pouca defasagem (carga de altofator de potência).

Assim, as cargas indutivas em geral (motores, transformadores e outrosequipamentos de unidades consumidoras), tendo como fonte de força a energia elétrica,e necessitando formar, a partir da corrente elétrica, um campo eletromagnéticopara seu funcionamento, são consumidores que utilizam a energia elétrica de duasformas distintas:

o Energia reativa e o Energia ativa.

Isso faz com que a potência total resultante, a qual chamamos de PotênciaAparente (PA) seja composta de duas parcelas distintas: a Potência Reativa e aPotência Ativa. A potência aparente (KVA) é a soma vetorial das potências ativa ereativa, ou seja, é a potência total absorvida pela instalação.

SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina”

Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP

de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024

Industrial NAI E-Mail: [email protected]

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A potência aparente (PA), normalmente medida em

A potência reativa (PR), medida em kVAr (quilovolt-Ampere-reativo), érespons

a ativa (P), medida em kW (quilowatt), é aquela que efetivamente produz

as de potênci

o-seno d

atts) e potência aparente

medida do Fator de Potência é utilizada pelas concessionárias fornecedoras deenergia

mesmo consumo deenergia

kVA (quilovolt-Ampere), provê aenergia elétrica que possibilita aforça motriz das máquinas e dosequipamentos de uma instalação.As máquinas elétricas em grande

parte equivalem a circuitos comresistências e reatânciasindutivas combinadas,normalmente compredominância indutiva,Assim, quando emfuncionamento as mesmasapresentam um comportamentono qual as formas de ondasenoidais da tensão e dacorrente acabem ficando

defasadas, conforme a figura ao lado.

ável pela formação do campo magnético (magnetização) necessário para ofuncionamento das máquinas girantes, a exemplo dos motores de indução e também dostransformadores.

A potênci trabalho útil, aquela que realmente possibilita a execução das tarefas, isto é, faz

os motores girarem realizando o trabalho do dia a dia.

Acomposição vetorial

destas duas forma é que resulta na potência aparente. Uma analogia

bastante conhecida e que permite uma percepção doentendimento prático dessas duas formas de energia é aseguinte: num copo de cerveja com espuma, a espumarepresentaria a energia reativa e o líquido, a energia ativa.

O chamado Fator de Potência nada mais é que o co ângulo da defasagem existente entre a tensão e a

corrente (cos φ). O fator de potência (cos φ) pode serdeterminado também pela razão entre potência ativa (P em W(PA em Volt-Ampere). Fator de potência é uma característica da carga e seu valor variade 0 a 1.

Aelétrica para saber se uma empresa consome energia de modo adequado ou não.

Ele indica a eficiência do uso da energia. Um alto fator de potência indica umaeficiência alta e um fator de potência baixo indica baixa eficiência. Atualmente éexigível por lei um Fator de Potência de igual ou maior que 0,92.

Quanto maior for o consumo de energia reativa, para o ativa, mais baixo será o Fator de Potência e isso da o direito a concessionária

cobrar acréscimos nas contas de energia elétrica.


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ma das soluções para reduzir as perdasde ener

o com:

quipamentos;uipamentos

e for

.3.8 Potência e

stema carga trifásico, seja o mesmoligado

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ma das soluções para reduzir as perdasde ener

o com:

quipamentos;uipamentos

e for

.3.8 Potência e

stema carga trifásico, seja o mesmoligado

A correção do baixo Fator de Potência é uA correção do baixo Fator de Potência é ugia elétrica, diminuir os riscos com acidentes elétricos por superaquecimento e,

também, para evitar acréscimo na fatura de energia.

Um baixo Fator de Potência pode ser corrigid

gia elétrica, diminuir os riscos com acidentes elétricos por superaquecimento e,também, para evitar acréscimo na fatura de energia.

Um baixo Fator de Potência pode ser corrigid

• O correto dimensionamento de motores e e• O correto dimensionamento de motores e e• A seleção, utilização e correta operação de motores e eq • A seleção, utilização e correta operação de motores e eq

elétricos em geral;• A utilização permanente de reatores de alto Fator de Potência;

elétricos em geral;• A utilização permanente de reatores de alto Fator de Potência;• A instalação de capacitores ou banco de capacitores ond• A instalação de capacitores ou banco de capacitores ond

necessário (de preferência próximo da carga).

m ligações triângulo / estrela:

necessário (de preferência próximo da carga).

m ligações triângulo / estrela:44

potência aparente (PAA A) total, de um si

potência aparente (Pem triângulo ou estrela, é calculada simplesmente multiplicando-se a os valores

de VL e IL pela constante

em triângulo ou estrela, é calculada simplesmente multiplicando-se a os valores

de V

A) total, de um si

L e IL pela constante 3 .

3⋅⋅=LL AIVP em kVA (quilovolt-Ampere)

Já potência ativa (P) de um sistema trifásico, procede-se levando emonsidec ração o fator de potência da carga consumidora (cos ), ou seja:

ϕ cos⋅⋅⋅= 3IVP em kW (quilowatt) LL

Assim, para calcular a potência ativ basta-nos multiplicar a potência aparente

pelo coa,

-seno do ângulo de defasagem (cos ϕ ou fator de potência):

cos⋅= PP em kW (quilowa A

tt)

Por sua vez a potência reativa (PR ) é dada por:

senPP ⋅= em kVAr ( AR

quilovolt-Ampere-reativo)

Um triângulo retângulo é freqüentem

entre K

ente utilizado para representar as relações

W, KVAr, e KVA:

ϕ

PR A

P

22

222

R A

R A

PPP

PPP

+=

+=

P

⎟ ⎠ ⎞

⎜⎝ ⎛ ==

KVA

KW

P

PFP

A

ϕ cos


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orreção do Fator de Potência:

O fator de potência (FP) indica a eficiência com a qual a energia está sendousada,

instalação de capacitores para correção de Fator de Potência (FP) tem sidoalvo d

Legislação Atual

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto nº 62.724 de 17 de maio de1968 e

O Decreto nº 479, de 20 de março de 1992, reiterou a obrigatoriedade de semanter

A legislação estabelecida então pelo DNAEE, introduziu uma nova forma deabo

• Aumento do limite mínimo do fator de potência de 0,85 para 0,92;

de mensal para horário, a

Com isso muda-se o objetivo do faturamento: em vez de ser cobrado um ajuste por bai

Além dos novos limite e forma de medição, outro ponto importante ficoudefinid

• Das 06:00 às 24:00 o fator de potência deve ser no mínimo 0,92 para a energia e

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orreção do Fator de Potência:

O fator de potência (FP) indica a eficiência com a qual a energia está sendousada,

instalação de capacitores para correção de Fator de Potência (FP) tem sidoalvo d

Legislação Atual

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto nº 62.724 de 17 de maio de1968 e

O Decreto nº 479, de 20 de março de 1992, reiterou a obrigatoriedade de semanter

A legislação estabelecida então pelo DNAEE, introduziu uma nova forma deabo

• Aumento do limite mínimo do fator de potência de 0,85 para 0,92;

de mensal para horário, a

Com isso muda-se o objetivo do faturamento: em vez de ser cobrado um ajuste por bai

Além dos novos limite e forma de medição, outro ponto importante ficoudefinid

• Das 06:00 às 24:00 o fator de potência deve ser no mínimo 0,92 para a energia e

CC

daí sua grande importância no âmbito dos fatores econômicos e ambientais nosquais se inserem as empresas industriais.

daí sua grande importância no âmbito dos fatores econômicos e ambientais nosquais se inserem as empresas industriais.

AAe muita atenção nas áreas de projeto, manutenção de finanças de empresas

interessadas em racionalizar seus equipamentos elétricos.e muita atenção nas áreas de projeto, manutenção de finanças de empresas

interessadas em racionalizar seus equipamentos elétricos.

A correção do fator de potência é um investimento necessário com retornogarantido!

com a redação dada pelo Decreto nº 75.887 de junho de 1975, as concessionáriasde energia elétrica adotaram, desde então, o FATOR DE POTÊNCIA como referência

para limitar o fornecimento de energia reativa. Na época o valor limite era de 0,85.

com a redação dada pelo Decreto nº 75.887 de junho de 1975, as concessionáriasde energia elétrica adotaram, desde então, o FATOR DE POTÊNCIA como referência

para limitar o fornecimento de energia reativa. Na época o valor limite era de 0,85.

o fator de potência o mais próximo possível da unidade (1,00), tanto pelasconcessionárias, quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, ao Departamento

Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) o estabelecimento de um novo limitede referência para o fator de potência indutivo e capacitivo, bem como a forma deavaliação e de critério de faturamento da energia reativa excedente a esse novo limite.

o fator de potência o mais próximo possível da unidade (1,00), tanto pelasconcessionárias, quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, ao Departamento

Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) o estabelecimento de um novo limitede referência para o fator de potência indutivo e capacitivo, bem como a forma deavaliação e de critério de faturamento da energia reativa excedente a esse novo limite.

rdagem do ajuste pelo baixo fator de potência, com os seguintes aspectos relevantes:rdagem do ajuste pelo baixo fator de potência, com os seguintes aspectos relevantes:

• Faturamento de energia reativa capacitiva excedente;• Faturamento de energia reativa capacitiva excedente;• Redução do período de avaliação do fator de potência• Redução do período de avaliação do fator de potência

partir de 1996. partir de 1996.

xo fator de potência, como faziam até então, as concessionárias passam a faturar

a quantidade de energia ativa que poderia ser transportado no espaço ocupado por esseconsumo de reativo. Este é o motivo porque as tarifas aplicadas serem as de demanda ede consumo de ativos, inclusive ponta e fora de ponta para os consumidoresenquadrados na tarifação horosazonal.

xo fator de potência, como faziam até então, as concessionárias passam a faturar

a quantidade de energia ativa que poderia ser transportado no espaço ocupado por esseconsumo de reativo. Este é o motivo porque as tarifas aplicadas serem as de demanda ede consumo de ativos, inclusive ponta e fora de ponta para os consumidoresenquadrados na tarifação horosazonal.

o:o:

demanda de potência reativa indutiva fornecida.demanda de potência reativa indutiva fornecida.


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• Das 24:00 até às 06:00 no mínimo 0,92 para energia e demanda de potênciareativa capacitiva recebida.

Comparativamente, em outros países a legislação especifica os seguintes valoreslimite:

FATOR DE POTÊNCIAESPANHA 0,92CORÉIA 0,93FRANÇA 0,93

PORTUGAL 0,93BÉLGICA 0,95

ARGENTINA 0,95ALEMANHA 0,96

SUIÇA 0,96

Exemplo de calculo de FP:Se uma máquina operatriz está trabalhando com 100 KW (potência ativa) e a

energia aparente consumida é de 125 KVA, dividindo 100 por 125, você chegará a umfator de potência de 0,80:

8,010125

10100cos

3

3

=⋅⋅

=== AP

PFPϕ

Nas contas de energia elétrica não são mencionados os KVA.h, mas sim o

KVAr.h e os KW.h, portanto para se calcular o fator de potência em tarifaçõesconvencionais ou horosazonais mensais, deve-se usar a fórmula a seguir:

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ +

=

P

PFP

R1

1

3

2 PKQhP R

−⋅=

Nota: o fator de potência em um sistema não-linear, não respeita as fórmulascitadas se não forem instalados filtros ou indutores nos equipamentos que geramharmônicas.

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 aoquadrado da corrente total. 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.





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Quedas de Tensão:

O aumento da corrente devido ao excesso de energia reativa leva a quedas detensão acentuadas, podendo ocasionar a interrupção do fornecimento de energia elétricae 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 dacorrente nos motores.

Sub Utilização da Capacidade Instalada:

A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalação elétrica, inviabiliza sua plenautilização, condicionando a instalação de novas cargas e investimentos que seriamevitados se o fator de potência apresentasse valores bem mais altos. O "espaço" ocupado

pela energia reativa poderia ser então utilizado para o atendimento de novas cargas.

Os investimentos em aplicação das instalações estão relacionados principalmente aos transformadores e condutores necessários. O transformador a serinstalado deve atender à potência total dos equipamentos utilizados, mas devido à

presença de potênciareativa, a sua capacidadedeve ser calculada com

base na potência aparentedas instalações. A tabelaabaixo mostra a potênciatotal que deve ter otransformador, para atenderuma carga útil de 1000 KW

para fatores de potênciacrescentes.

Também os custos dos sistemas de comando, proteção e controle dosequipamentos, crescem com o aumento da energia reativa. Da mesma forma, para

transportar a mesma potênciaativa sem o aumento de perdas,a seção dos condutores deveaumentar à medida que o fator

de potência diminui. A tabelaabaixo ilustra a variação daseção de um condutor emfunção do fator de potência.

Repare que, admitindo-se um fator de potência 0,70, aseção necessária para oscondutores é o dobro da seção

para o fator de potência 1,00.

VARIAÇÃO DA POTÊNCIA DO TRAFO EMFUNÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

Potência útilAbsorvida (KW)

Fator dePotência

Potência do Trafo(KVA)

1000 0,50 20001000 0,80 12501000 1,00 1000

VARIAÇÃO DA SEÇÃO DO CABO EMFUNÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

Seção Relativa Fator de Potência1,00 1,001,23 0,901,56 0,802,04 0,702,78 0,604,00 0,506,25 0,40

11,10 0,30





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A correção do fator de potência por si só já libera capacidade para instalação denovos equipamentos, sem a necessidade de investimentos em transformador ousubstituição de condutores para esse fim específico.

Principais Conseqüências:

• Acréscimo na conta de energia elétrica por estar operando com baixo fator de potência;

• Limitação da capacidade dos transformadores de alimentação;• Quedas e flutuações de tensão nos circuitos der distribuição;• Sobrecarga nos equipamentos de manobra limitando sua vida útil;• Aumento das perdas elétricas na linha de distribuição pelo efeito Joule;• Necessidade de aumento do diâmetro dos condutores;• Necessidade de aumento da capacidade dos equipamentos de manobra e

proteção.

Principais Causas de um Baixo Fator de Potência:

• Motores de indução trabalhando a vazio;• Motores super dimensionados para sua necessidade de trabalho;• Transformadores trabalhando a vazio ou com pouca carga;• Reatores de baixo fator de potência no sistema de iluminação;• Fornos de indução ou a arco;• Máquinas de tratamento térmico;• Máquinas de solda;• Nível de tensão acima do valor nominal provocando um aumento de consumo de

energia reativa.

Como Corrigir o Baixo Fator de Potência?

Uma forma econômica e racional de se obter a energia reativa necessária para aoperação adequada dos equipamentos é a instalação dos capacitores próximos dessesequipamentos. A instalação de capacitores, porém, deve ser precedida de medidasoperacionais que levem à diminuição da necessidade de energia reativa, como odesligamento de motores e outras cargas indutivas ociosas ou superdimensionadas.

Os capacitores têm que ser ligados conforme a necessidade, pois um grande

número de capacitores ligados indevidamente eleva a tensão do barramento, causandosobre tensões e muitos problemas de queima de equipamentos.

Capacitores para Correção do Fator de Potência:Desenvolvidos a base de filme de polipropileno metalizadoauto-regenerativo, possui dispositivo interruptor desegurança contra sobre pressão interna. Perdas dielétricasmenores que 0,4 W/kVAr .

Módulos trifásicos:A ligação das células é em triângulo, e a conexão externados cabos é efetuada através de conectores especiais, osquais facilitam a instalação e manutenção dos módulos.





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http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potenciahttp://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Automacao/Capacitores-e-Correcao-do-Fator-de-Potencia/Capacitores-para-Correcao-do-Fator-de-Potencia


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Para gerar KVAr ca pacitivo, pode-se utilizar também, na instalação, motoressíncronos, na condição superexcitados (Os motores síncronos quando superexcitadosfazem com que a corrente avance em relação à tensão, agindo assim de forma análogaao capacitor, melhorando o f ator de potência de uma instalação).

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 raramenteeconômico instalá-los em estabelecimentos industriais apenas para esse fim.

A melhoria da tensão deve ser considerada como um benefício secundárioadicional do uso de capacitores. A tensão em qualquer ponto de um circuito elétrico éigual a da fonte de tensão até aquele ponto. Assim, se a tensão da fonte for geradora e asdiversas quedas de tensão forem conhecidas, a tensão em qualquer ponto pode serfacilmente determinada.Como a tensão na fonte é conhecida, o problema consisteapenas na determinação das quedas de tensão.

A fim de simplificar o cálculo das quedas de tensão, a seguinte fórmula égeralmente usada:

Conhecido o fator de potência e a corrente total, as componentes da corrente sãofacilmente obtidas:

cos⋅= A I I sen I I A R ⋅=

onde: I Corrente ativa;IR Corrente reativa;IA Corrente aparente.

Assim a equação acima pode ser escrita da seguinte forma:

X I R I V R ⋅±= .





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Por esta expressão torna-se evidente que a corrente relativa à potência reativaopera somente na reatância e como esta corrente é reduzida pelo uso de capacitores, aqueda de tensão total é então reduzida de um valor igual a corrente do capacitormultiplicada pela reatância. Portanto é necessário apenas conhecer a potencia nominaldo capacitor e a reatância do sistema de tensão ocasionada pelos capacitores.

Por esta expressão torna-se evidente que a corrente relativa à potência reativaopera somente na reatância e como esta corrente é reduzida pelo uso de capacitores, aqueda de tensão total é então reduzida de um valor igual a corrente do capacitormultiplicada pela reatância. Portanto é necessário apenas conhecer a potencia nominaldo capacitor e a reatância do sistema de tensão ocasionada pelos capacitores.

Nas empresas industriais com sistema de distribuição moderno e a uma sótransformação, a elevação da tensão proveniente do uso de capacitores é da ordem de 4a 5%.

Nas empresas industriais com sistema de distribuição moderno e a uma sótransformação, a elevação da tensão proveniente do uso de capacitores é da ordem de 4a 5%.

Redução das Perdas:

Na maioria dos sistemas de distribuição de energia elétrica de estabelecimentosindustriais, as perdas I.R.2.t variam de 2,5 a 7,5% dos kWh da carga, dependendo dashoras de trabalho a plena carga, bitola dos condutores e comprimento dos alimentadorese circuitos de distribuição.

Na maioria dos sistemas de distribuição de energia elétrica de estabelecimentosindustriais, as perdas I.R.2.t variam de 2,5 a 7,5% dos kWh da carga, dependendo dashoras de trabalho a plena carga, bitola dos condutores e comprimento dos alimentadorese circuitos de distribuição.

As perdas são proporcionais ao quadrado da corrente e como a corrente éreduzida na razão direta da melhoria do fator de potência, as perdas são inversamente

proporcionais ao quadrado do fator de potência.

As perdas são proporcionais ao quadrado da corrente e como a corrente éreduzida na razão direta da melhoria do fator de potência, as perdas são inversamente

proporcionais ao quadrado do fator de potência.

Redução percentual das perdas:Redução percentual das perdas:

Redução das Perdas:

22

12

1 cos

cos100100

%

ϕ

ϕ ⋅−=

ΔP

P

A figura ao lado está baseada na

consideração de que a potência original da carga permanece constante. Se o fator de potência formelhorado para liberar capacidade do sistema e,em vista disso, for ligada a carga máxima

permissível, a corrente total é a mesma, de modoque as perdas serão também as mesmas. Entretantoa carga total em kW será maior, portanto a perda

percentual no sistema será menor.

Algumas vezes torna-se útil conhecer o percentual das perdas em função da potência

aparente (S) e potência reativa (Q) da carga e da potência reativa do capacitor (Qc). Assim:





324

324

( )2

1

2100

%

S

QQQ

P

P C C −⋅⋅⋅=Δ


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Vantagens da Empresa:

• Redução significativa do custo de energia elétrica, desaparecendo o acréscimocobrado nas contas 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, os condutores tornam-se menos aquecidos, diminuindo

as perdas de energia elétrica na instalação;• Redução da corrente reativa na rede elétrica.

Vantagens da Concessionária:

• O Bloco de potência reativa deixa de circular no sistema de transmissão edistribuição;

• 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:

Tipos de Ligação de Capacitores para Correção do Fator de Potência:

A correção pode ser feita instalando os capacitores de quatro maneirasdiferentes, tendo como objetivo a conservação de energia e a relação custo / beneficio:

a) Correção na entrada da energia de alta tensão: corrige o fator de potência visto pela concessionária, permanecendo internamente todos osinconvenientes citados pelo baixo fator de potência.

b) Correção na entrada de energia de baixa tensão: Permite umacorreção bastante significativa, normalmente com bancos automáticos decapacitores. Utiliza-se este tipo de correção em instalações elétricas comelevado numero de cargas com potências diferentes e regimes de

utilização pouco uniformes. A principal desvantagem consiste em nãohaver alívio sensível dos alimentadores de cada equipamento.

c) Correção por grupos de cargas: o capacitor é instalado de forma acorrigir um setor ou um conjunto de pequenas máquinas (


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ponto de vista apenas técnico, a melhor solução, apresentando asseguintes vantagens:

• Reduz as perdas energéticas em toda a instalação;• Diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos;

• Pode-se utilizar em sistema único de acionamento para a carga e ocapacitor, 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 amelhor solução. Usa-se o seguinte critério para correção mista:

• Instala-se um capacitor fixo diretamente no lado secundário dotransformador;

• Motores de aproximadamente 10 cv ou mais, corrige-se localmente

(tomando-se cuidado com motores de alta inércia, pois não se devedispensar o uso de corrente para manobra dos capacitores sempre quea corrente nominal dos mesmos for superior a 90% da corrente deexcitação do motor);

• Para motores com menos de 10 cv, aplica-se a correção por grupos;• Redes próprias para iluminação com lâmpadas de descarga, usando-

se reatores de baixo fator de potência, aplica-se a correção na entradada rede;

• Na entrada instala-se um banco automático de pequena potência paraequalização final.

Quando se corrige um fator de potência de uma instalação, consegue-se umaumento de potência aparente disponível e também uma queda significativa da correnteconforme exemplo:

Uma carga de 930 KW, 380V e FP = 0,65 (deseja-se corrigir o fator de potência para 0,92):

• Sem Correção do fator de potência: Potência Aparente Inicial = 1431 KVACorrente Inicial= 2174 A.

• Com Correção de fator de potência: Potência Aparente Final = 1010 KVA

Corrente Final = 1536 A.

Neste caso poderá aumentar 41% de carga na instalação. (Ver o diagrama dostipos de Instalações).

Correção na Média Tensão:

Desvantagens:

• Inviabilidade econômica de instalar banco de capacitores automáticos;• Maior probabilidade da instalação se tornar capacitiva (capacitores fixos);


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• 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.

Como Utilizar Capacitores em Circuitos com Ambientes Não-Linear, Não-Senoidal(Com Harmônicas)?

Até bem pouco tempo atrás, todas as cargas eram lineares com a correnteacompanhando a curva senoidal de tensão. Ultimamente, o número de cargas nãolineares que utilizam pulsos de corrente numa freqüência diferente de 60 HZ, temaumentado significativamente. Exemplos de equipamentos lineares e não-lineares:

Cargas Lineares Cargas não-lineares Motores Acionamento em corrente contínuaLâmpadasIncandescentes

Acionamentos com Conversores deFreqüência (Inversores)

Cargas resistivasControladores programáveis, Fornos deIndução, Solda a Arco, Computadores,

No-breaks (UPS), etc.

O aumento das cargas não lineares provocou distorções harmônicas nos sistemasde distribuição elétrica. Embora os capacitores não sejam geradores de harmônicas, eles

podem agravar o problema. A existência de correntes harmônicas é um problema

específico de cada instalação. Ela resulta de relações complexas entre todos osequipamentos eletro-eletrônicos da instalação e, portanto é muito difícil prever emodelar.

Uma discussão sobre Acionamentos de Freqüência Variável (AFV) poderáajudar a explicar o problema das harmônicas. Um AFV utiliza uma fonte chaveada paracontrolar a saída de potência. Num AFV de seis pulsos, o controle liga seis vezes porciclo tentando simular uma onda senoidal. À medida que o tempo entre pulsos muda, omotor recebe uma freqüência aparente variável e muda sua velocidade.

Essas mudanças na freqüência aparente levam a dois problemas: grandes picos

de tensão, e formas de onda de corrente distorcidas. Os picos de tensão são geralmentemuito rápidos e não afetam equipamentos que não utilizam a passagem por zero datensão para sincronismo. A onda senoidal distorcida é a "geradora de harmônicas".

As harmônicas causam um ruído adicional na linha, e esse ruído gera calor. Oaumento de temperatura pode provocar falhas em disjuntores. Os capacitores de

potência sofrem o mesmo problema. A sobrecarga térmica faz queimar os fusíveis doscapacitores. As harmônicas tornam-se um risco para a instalação após a 7ª ordem.


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Bancos de Capacitores e Transformadores Podem Criar Ressonância:

Bancos de capacitores instalados na entrada de energia podem criar perigosascondições de ressonância. Nessas condições, as harmônicas geradas por equipamentosnão lineares podem ser amplificadas para valores absurdos.

Correção Harmônica com Capacitores:

Os capacitores instalados em tensão acima da Nominal à rede amenizam asharmônicas, melhorando sensivelmente todas as instalações, além da correção do Fatorde Potência.

Painéis para Correção Automática de Fator de Potência

A correção do FP pode ser feitaautomaticamente se o medidor que indica o fator de

potência tiver como comandar circuitos que comutamcargas capacitivas conforme o FP ultrapasse certosníveis definidos, automaticamente como um sistemamedidor e gerenciador.





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• Controle automático e / ou manual da

entrada de capacitores;• Alta potência em pequenos espaços;• Grande capacidade de dissipação de calor;

• Possibilidade de acoplamento a QuadrosGerais de Baixa Tensão e CCM´s.

Unidades Capacitivas:

São utilizadas células capacitivasmonofásicas ou trifásicas produzidas com dielétricosde polipropileno metalizado auto-regenerativa.

Fabricados em invólucros de alumínio, osquais incorporam dispositivo interruptor de segurança

que desconecta o elemento capacitivo do circuito de alimentação em casos de risco deexplosões.

Através de acoplamentos adequados, as unidades formam módulos ligadosem delta, equipados com resistores de descarga e bornes adequados.

Principais características:

* Baixas perdas;* Alta confiabilidade;* Tipo imerso em óleo biodegradável; * Dispositivo de proteção antiexplosão;


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* Resistências de descarga incorporadas para módulos e bancos;* Especificação técnica conforme norma IEC 831/1-2 e VDE 560/4.

Resumos das características:

TOLERÂNCIA DE CAPACITÂNCIA -5% / +10%TEMPERATURA AMBIENTE -25°C a 50°CMÁXIMA TENSÃO ADMISSÍVEL 1,10UnMÁXIMA CORRENTE ADMISSÍVEL 1,3UnTENSÃO DE ISOLAÇÃO Ui 3KVESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS -

NORMASIEC 831/1-2 e VDE 560/4

PERDAS DIELÉTRICAS


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Além disso, o sistema tem comunicação serial de dados, armazenamento dedados em memória não-volátil e um relógio de tempo real, com bateria própria, paraarmazenar as datas e horário em que ocorreram eventos principais, com o objetivo derealizar uma monitoração posterior de todo o comportamento do sistema.

Na figura a seguir, vemos o diagrama de blocos do sistema completo.

G. TG. SG. R

ZL

CR1 ...CR8 CS1 ...CS8 CT2 ...CT8

TCTTCS

TCRRSTN

CargaRL

VariávelMono e

Trifásica

TPR TPS TPT

Filtros de Tensão e Corrente

MicrocontroladorCircuito

deDisparo

IHM: Teclado e Display de Cristal LíquidoComputador

Diagrama de blocos do sistema de correção de tensão eficaz e / ou fator depotência.

O circuito de acionamento dos bancos capacitivos é feito por meio de relés deestado sólido (SCRs), garantindo a entrada dos bancos em zero de rede. Aumenta-secom isso a vida útil dos SCR's e também dos capacitores, evitando uma corrente elevadano acionamento. O desligamento dos bancos é feito em zero de corrente, pois o SCRdesliga naturalmente em zero de corrente. Com isso a comutação nos SCR's é ZVS na

partida e ZCS no bloqueio.

Na parte B da figura que segue vemos um diagrama de blocos que mostra os

circuitos eletrônicos envolvidos: controle, interface homem-máquina (IHM) e fontes. Jána parte A vemos um diagrama de blocos que mostra a aquisição e as camadas desoftware de controle do Conversor Analógico-digital e o calcula da DFT.





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A - Detecção das amplitudes e fases da corrente e tensão

B - Placas que compõem o sistema eletrônico





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Circuito detector de zero de tensão e de corrente:

O bloco de controle é o responsável por fazer as aquisições e comandar os bancos capacitivos, além de enviar as informações relevantes do sitema para umdisplay. Para isso utilizamos um barramento I2C (serial) de alta velocidade de

transferência de dados. No bloco de interface IHM o usuário pode visualizar duas telascontendo as informações de amplitude de tensão, corrente e fator de potencia, além dosestados dos bancos capacitivos. O esquema básico de filtragem (4a. ordem) do sinal

para que seja anti “aliasing” é mostrado na figura a seguir.

Filtro passivos de sinal

A rotina de controle é simples. No inicio é recomendado ao usuário inicializar arotina de check-up dos bancos capacitivos para ver se todos os bancos estãofuncionando adequadamente. Caso algum banco não funcione, será marcado como“banco em falha”. O usuário determina os limites de controle do fator de potência e detensão eficaz de cada fase. Determina ainda se quer que o sistema funcione no modo decontrole automático ou no modo de controle manual.

Além de corrigir a tensão eficaz, o sistema de controle se preocupa com a taxade utilização de cada banco capacitivo. Para isso, utiliza a lógica de controle conhecidacomo FIFO - First In First Out - fazendo com que o primeiro banco a entrar em açãoseja também o primeiro banco a ser desligado. Este sistema possibilita a rotação do

banco capacitivo, distribuindo a taxa de utilização entre todos os bancos, aumentandodesta forma a vida útil e evitando o uso excessivo dos primeiros bancos do sistema. Arotina de estabilização do sinal só comanda a entrada de um banco se e somente se ovalor da medição estabilizou-se por um certo tempo, estabelecido em ciclos de rede pelousuário, evitando a entrada do banco capacitivo quando houver transitórios na rede. Odiagrama de blocos básico do software de controle é mostrado na figura a seguir.





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INICIO

MEDE A TENSÃOE A CORRETNENAS 3 FASES

CALCULA OSVALORES DECONTROLE

FP DENTRODOS LIMITES

COMUTA BANCO

Atualiza dadosSerial/Display

ESTABELECECOMUNICAÇÃO

SERIAL

ATUALIZARDADOS

ATUALIZADADOS

SERIAL/DISPLAY

S

V rmslimites

S

Diagrama de Controle

As figuras a seguir mostram que tanto a tensão eficaz das três fases quanto ofator de potência também das três fases, sem o acionamento de capacitores, estão forada faixa aceitável, ou seja: 209 V à 231 V para a tensão eficaz e 0,92 indutivo à 0,92capacitivo para o fator de potência.

O primeiro gráfico representa a evolução das tensões de fase em função daquantidade de capacitores acionados em cada grupo. Observa-se neste gráfico que astensões eficazes das fases R, S e T entram para a faixa aceitável após o acionamento do

quarto, quinto e terceiro capacitores, respectivamente.





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Tensões de fase em função do número de capacitores acionados.

Neste próximo gráfico pode-se verificar a trajetória do fator de potência de cadafase em função da quantidade de capacitores acionados em cada grupo. Observa-seneste gráfico que o fator de potência das três fases entram para a faixa aceitável após oacionamento do quarto capacitor de cada grupo e que o fator de potência das três fasessaem desta faixa aceitável após o acionamento do ultimo capacitor de cada grupo.

Fator de potência em função do número de capacitores acionados.





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Nesta situação de carga, o equipamento desenvolvido e operando na correçãoautomática de tensão eficaz e fator de potência acionaria sete capacitores de cada grupo

para garantir tensão eficaz de fase o mais próxima da nominal (220 V) e fator de potência dentro da faixa aceitável (0,92 indutivo à 0,92 capacitivo).

O comportamento das correntes de linha é apresentado através do gráfico dafigura a seguir onde se pode constatar um acentuado decrescimento destas correntes amedida que se incrementa o número de capacitores acionados por grupo. Estedecrescimento somente é observado até o valor do fator de potência atingir valor

próximo do unitário. Estas correntes voltam a crescer quando o fator de potênciacomeça a se tornar cada vez mais capacitivo.

Comportamento das correntes de linha em função do número de capacitoresacionados.

No segundo experimento toda a carga RL do equipamento foi utilizada de formadesequilibrada nas fases da rede de baixa tensão como mostra a primeira linha da tabela

1 (sem acionamento de capacitores). Observa-se que ambos, tensão eficaz e fator de potência de todas as três fases estão fora das regiões aceitáveis.

A segunda linha da tabela 1 foi gerada quando o equipamento foi acionado deforma automática somente para a correção do fator de potência. Para colocar o fator de

potência das três fases dentro da região aceitável foi necessário acionar quatrocapacitores na fase R, cinco capacitores na fase R e dois capacitores na fase T, porém atensão eficaz da fase S encontra-se fora da região aceitável.

Colocando o equipamento para funcionar de modo automático, para corrigir tanto atensão eficaz quanto o fator de potência (veja a terceira linha da tabela a seguir), foi





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necessário acionar cinco capacitores na fase R, sete capacitores na fase S e trêscapacitores na fase T. Nesta situação, tanto a tensão eficaz quanto o fator de potênciadas três fases foram colocados dentro das regiões aceitáveis.

necessário acionar cinco capacitores na fase R, sete capacitores na fase S e trêscapacitores na fase T. Nesta situação, tanto a tensão eficaz quanto o fator de potênciadas três fases foram colocados dentro das regiões aceitáveis.

Acionamento dos capacitores monofásicos de forma automática:Acionamento dos capacitores monofásicos de forma automática:

Nº deCapacitoresAcionados

Tensão de Fase

Eficaz (V)

Fator de

Potência

R S T R S T R S T0 0 0 205,5 197,5 207,4 0,57i 0,56i 0,80i4 5 2 211,5 206,6 211,4 0,99i 0,97i 0,99i5 7 3 212,6 209,6 213,1 0,99c 0,98c 0,97c

Equipamento desenvolvido

como Corretor Automáticode Fator de Potência parafins didáticos pelo CentroFederal de EducaçãoTecnológica de SantaCatarina – CEFET/SC

Ref. Bibliográfica:

http://www.mfcapacitores.com.br/fator.htm http://www.cefetsc.edu.br/vnoll/CorrVrms.htm - Correção Automática da

Tensão Eficaz em Baixa Tensão Usando Microcontrolador. http://www.copelsolucoes.com/downloads/pdf_fator.pdf




Industrial NAI E-Mail: nai106@sp senai br

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André Luis Lenz – 1998 -2008
http://www.mfcapacitores.com.br/fator.htmhttp://www.cefetsc.edu.br/vnoll/CorrVrms.htmhttp://www.cefetsc.edu.br/vnoll/CorrVrms.htmhttp://www.mfcapacitores.com.br/fator.htm

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Teoria Extra 1 - Corre__o de Fator de Pot_ncia