CORREÇÃO DO FATOR DE
POTÊNCIA: USO DO BANCO DE CAPACITORES.
Um
conceito amplamente discutido e motivo de inúmeros debates entre profissionais
da eletricidade, consiste na forma de aproveitamento da energia consumida pelas
cargas em determinada instalação, também chamada fator de potência.
O sistema da
concessionária provê a distribuição da energia aproveitada para a realização de
trabalho útil (potência ativa, medida em kW) e a energia que não realiza
trabalho e serve apenas para magnetizar bobinas em motores e transformadores
(potência reativa, medida em kVAr). O cliente industrial através de contrato
estabelecido junto à companhia energética de sua cidade, recebe energia tanto
ativa como reativa, sendo a última trocada com o sistema elétrico.
CONCEITO DE FATOR DE
POTÊNCIA
Normalmente em
circuitos de corrente alternada (CA) contendo característica resistiva, dizemos
que a tensão e corrente existentes encontram-se em fase. Isso significa que o
comportamento das ondas que identificam essas grandezas é o mesmo ao longo de
um ciclo, determinado pela frequência com que tal movimento se repete de modo
completo. Porém se no circuito existem cargas indutivas ou capacitivas, tais
elementos armazenam energia e a devolvem à fonte (rede elétrica da
concessionária) posto que não é realizado trabalho útil nesse caso. Logo, teremos
um fator de potência considerado baixo e uma corrente maior será necessária
para realizar o mesmo trabalho que num circuito com alto fator de potência.
O fluxo de
potência é definido por 3 componentes então:
Potência
Ativa (P): energia que aciona cargas
resistivas e transformada em trabalho útil. Sua unidade de medida é o kW
(quilowatt).
Potência Reativa (Q): energia armazenada por componentes
indutivos e capacitivos e que não realiza trabalho, pois é devolvida à fonte
após gerar campo elétrico ou magnético. Sua unidade de medida é o kVAr
(quilovolt ampère reativo).
Potência Aparente (S):
vetor resultante que apresenta duas componentes que são as potências ativa (P)
e reativa (Q). Sua unidade de medida é o VA (Volt-ampère).
Triângulo
de Potências mostrando as componentes da potência aparente (S)
Quando as ondas de tensão e corrente são senoidais, esse
triângulo acima representa a relação entre as potências aonde P é a componente
horizontal de S e Q a componente vertical.
Sendo o definido como fator de potência.
Então Fator de Potência (FP) seria um índice que mede a eficiência de um
circuito na utilização da energia consumida. Em outras palavras consiste na
quantidade de energia aproveitada pela carga, oriunda do fornecimento. Essa
grandeza assume qualquer valor entre 0 (zero) e 1 (um). Sendo 0, toda energia
que chega a carga será devolvida à fonte. Sendo 1, toda energia enviada pela
fonte será consumida pela carga. Diz-se que o fator de potência será adiantado
ou atrasado conforme a relação entre as ondas de tensão e correntes geradas
(isso varia de acordo com a carga).
Em se falando de cargas existem três tipos:
Resistiva → A energia segue um fluxo único ao longo do
sistema, onde tensão e corrente encontram-se em fase. O fator de potência nesse
caso é unitário.
Indutiva → A carga produz potência reativa com um atraso
de corrente em relação a tensão. O fator de potência nesse caso está atrasado.
Ex.: motores elétricos e lâmpadas com reatores.
Capacitiva → A carga produz potência reativa com um
adiantamento de corrente em relação a tensão. O fator de potência aqui está
adiantado. Ex.: bancos de capacitores e cabos elétricos enterrados.
Ondas de tensão e corrente
em fase. Se essas ondas forem senoidais, FP = 1 resistivo, sendo o ângulo de
fase φ = 0º
Onda de corrente atrasada em
relação à onda de tensão, logo a carga possui característica indutiva. FP <
1 (atrasado). Φ representa a defasagem entre elas.
Imagem 5
Onda de corrente adiantada
em relação à onda de tensão, logo a carga possui característica capacitiva. FP <
1 (adiantado). Φ representa a defasagem entre elas.
O ideal é que se obtenha um fator de potência
resistivo, mas na prática isso é impossível quando se utiliza cargas indutivas.
Visando anular o efeito de um FP atrasado e buscando torná-lo o mais próximo de
1 é que se utiliza bancos de capacitores com energia reativa contrária à da
carga.
BANCOS DE CAPACITORES: SOLUÇÃO
PARA CORRIGIR O FATOR DE POTÊNCIA
Sendo o fator de potência indutivo (provocando
instabilidade no sistema), quedas de tensão ou até mesmo dissipação maior de
potência ocorrerão em consequência da maior quantidade de energia reativa
emitida pelas cargas. Significa que será necessária uma corrente maior para
produzir a mesma potência útil requerida, pois as perdas irão ser
consequentemente maiores também.
As concessionárias estabeleceram o valor 0,92 como ideal
para o fator de potência a ser mantido pelos clientes em suas instalações
elétricas, conforme resolução normativa Nº 569 da ANEEL de 23 de julho de 2013.
Abaixo desse valor, haverá a cobrança por excedente de reativos ajustada pelas
regras dos contratos realizados entre fornecedor e cliente. Essa multa é
aplicada sobre a energia consumida ao longo de um mês e o fator de potência na
condição em que esteja abaixo do valor mínimo exigido.
Visando evitar o pagamento desnecessário de multas por
violar as recomendações das empresas responsáveis pelo fornecimento de energia,
a solução prática a ser utilizada quando necessário é a instalação dos chamados bancos de capacitores, elementos que conectados
ao equipamento cuja produção de reativos for excessiva, evita sobrecarga do
sistema durante seu funcionamento. Um fator de potência irregular segundo
avaliam alguns engenheiros pode afetar a eficiência da geração e transmissão de
energia elétrica.
TIPOS DE CORREÇÃO DO
FATOR DE POTÊNCIA
Existem cinco maneiras de instalar um banco de
capacitores, objetivando a conservação de energia e uma relação custo/benefício
mais atraente. Veja a seguir as peculiaridades relativas a cada método citado.
- Correção na entrada de energia de alta tensão: Corrige o
fator de potência avaliado pela concessionária, porém não elimina os
problemas internos da instalação que apresenta excedente de reativos.
Apresenta custo elevado.
- Correção na entrada de energia de baixa tensão: Utiliza em
geral bancos de capacitores automáticos, permitindo uma correção
expressiva do fator de potência. Aplicado a instalações contendo elevado
número de cargas com potências nominais diferentes e aonde o regime de
utilização for pouco uniforme. Uma desvantagem observada seria o fato de
não haver alívio sensível dos alimentadores que correspondem a cada
equipamento.
- Correção por grupos de cargas: Nesse método,
o banco de capacitores é instalado para efetuar a correção do fator de
potência em um determinado setor ou conjunto de pequenas máquinas
(potências mecânicas menores que 10 cv). Localiza-se no quadro de
distribuição que alimenta tais equipamentos. Não reduz a corrente nos
circuitos de alimentação, o que consiste em um inconveniente
característico.
- Correção localizada: A instalação
do banco de capacitores é feita junto ao equipamento para o qual se
pretende corrigir o fator de potência. Consiste numa solução adequada
tecnicamente falando, com algumas vantagens enunciadas a seguir:
- 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 o capacitor,
economizando-se um equipamento de manobra;
- Gera potência
reativa somente onde é necessário.
- Correção mista: Essa instalação é considerada a
melhor e mais completa solução em termos de conservação energética,
levando em conta aspectos técnicos, práticos e financeiros. O critério
adotado segue as determinações abaixo:
Instala-se um capacitor
fixo diretamente no lado secundário do transformador;
- Motores de
aproximadamente 10 cv ou mais, corrige-se localmente (tendo cuidado com
motores de alta inércia, pois nesse caso não se pode dispensar o uso de
contatores para manobra dos capacitores desde que a corrente nominal deles
seja superior a 90% da corrente de excitação do motor);
- Motores com
potências inferiores a 10 cv são corrigidos por grupos;
- Redes próprias
para iluminação com lâmpadas de descarga, contendo reatores de baixo fator
de potência, corrige-se na entrada da rede;
- Na entrada
instala-se um banco de capacitores automático de pequena potência para
equalização final.
CONCLUSÃO
Observamos que o fator de potência interfere diretamente
na qualidade da energia distribuída pela rede elétrica à qual nossas
residências estão ligadas. Quando o aproveitamento dessa energia é feito de
modo a produzir a menor instabilidade possível no transporte das cargas, ocorre
uma ganho em eficiência na entrega do produto. O banco de capacitores torna-se
muito útil quando o excesso de cargas reativas principalmente no setor
industrial causa desníveis de tensão e perdas que desestruturam o fornecimento,
constituindo nesses casos solução direta para evitar distorções ou falhas com
prejuízos diretos ao consumidor.
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