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6 – Correção do Fator de Potência em Sistemas Industriais
Introdução
Os equipamentos utilizados em uma instalação industrial (motores elétricos de indução, transformadores, etc.) são em sua maioria consumidores parciais de energia reativa indutiva a qual não produz nenhum trabalho útil. A energia reativa indutiva apenas é necessária para a formação do campo magnético dos referidos equipamentos. A potência reativa indutiva necessária a criação do campo magnético é normalmente transmitida a partir de uma fonte geradora distante da indústria, sobrecarregando o sistema e acarretando perdas nos sistemas de transmissão e distribuição. Desta forma seria interessante que a potência reativa indutiva fornecida (trocada) pela fonte geradora fosse fornecida por uma fonte local (na própria indústria) de maneira a aliviar o sistema fornecedor de energia. Assim o sistema poderia transportar mais energia que efetivamente resulte em trabalho útil (energia ativa/potência ativa no eixo do motor). As fontes de reativos podem ser:
- geradores (fonte própria);
- motores síncronos superexcitados (compensador síncrono);
- capacitores;
1
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Conceitos Básicos
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Dados os valores de tensão e corrente instantâneos:
m m
v t V sen t
i t I sen t
A potência instantânea absorvida pela carga será:
V V^ m^ e I Im : Valores máximos (pico)
: Valores eficazes (rms)
V m e Im
V e I
p t ( ) v t ( ) i t ( ) Vm I m cos( t ) cos( t ) (1)
Pela relação trigonométrica temos que:
cos( ) cos( ) 2 cos cos (2)
Z R jX
Fazendo t e t e substituindo em (2) e a partir de (1) fica:
( ) cos( ) cos( )
p t V^ m^ Im t t t t
( ) cos( ) cos(2 ) cos( ) cos(2 ) (3)
Potência Ativa Potência Pulsante
p t V I t V I V I t
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Conceitos Básicos
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Circuíto RL
Potência Instantânea
Potência Ativa Média
Potência Reativa Pulsante
Circuíto RC
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S
S
P
Qc
QL
Qc
QL
S P^2 Q^2
fp cos P S
sen Q S
tan Q P
Triângulo de Potências
Obs 3: A partir do triângulo de potências pode-se afirmar:
- Para elementos passivos a potência ativa é sempre positiva;
- Para elementos passivos a potência reativa pode ser negativa (reativo-capacitivo), zero (elemento puramente resistivo ou operando na ressonância) ou positivo (reativo-indutivo);
- indutivo, em atraso, atrasado: todos esses termos significam corrente atrasada de tensão, ângulo no 1 º quadrante, carga de natureza indutiva e consequentemente potência reativa positiva;
- capacitivo, em avanço, adiantado: todos esses termos significam corrente adiantada de tensão, ângulo no 4 º quadrante, carga de natureza capacitiva e consequentemente potência reativa negativa.
cos cos cos
cos cos cos
Potência trifásica – Ligação Δ ou Y
S 3 (^) P jQ 3 V (^) F IF
S 3 (^) 3 V (^) F I (^) F 3 V IL L
P 3 3 V IL L cos
Q 3 (^) 3 V IL L sen
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Causas do baixo fator de potência na Indústria: Motores de indução operando em vazio: tais motores consomem praticamente a mesma energia reativa, quer operando em vazio, quer operando à plena carga. A energia ativa, entretanto, é diretamente proporcional à carga mecânica aplicada ao eixo do motor. Nessas condições, quanto menor a carga, menor a energia ativa consumida e menor o fator de potência; Transformadores operando em vazio ou com pequenas cargas: analogamente aos motores, os transformadores, quando superdimensionados para a carga que devem alimentar, consomem uma quantidade de energia reativa relativamente grande, se comparada à energia ativa, contribuindo para um fator de potência baixo; Lâmpadas de descarga: as lâmpadas de descarga (vapor de mercúrio, vapor de sódio, fluorescentes, etc.) necessitam do auxílio de um reator para funcionar. Os reatores magnéticos, como os motores e os transformadores, possuem bobinas que consomem energia reativa, contribuindo para a redução do fator de potência. O uso de reatores compensados (com alto fator de potência) pode contornar o problema. Os reatores eletrônicos, de boa procedência e especificação, apresentam um bom comportamento relativo ao fator de potência, alguns até próximos de 100 %.
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Considerações sobre a legislação do FP (PRODIST – Módulo 8 e ANEEL Res. 414): A medição e avaliação do fator de potência poderá ser feito através de duas formas:
1. Avaliação horária: o fator de potência será calculado através dos valores de potência/energia ativa e reativa medidos a cada intervalo de 1 hora, durante o período de faturamento (tarifas azul e verde); 2. Avaliação mensal: O fator de potência será calculado através de valores de potência/energia ativa e reativa medidos para o período de faturamento (tarifa convencional); Para a avaliação horária é verificado o fator de potência indutivo e capacitivo nos seguintes horários: a) Entre o horário das 06 : 00 horas e 24 : 00 horas verifica-se a cada 1 h o FP indutivo; b) Entre o horário das 00 : 00 horas e 06 : 00 horas verifica-se a cada 1 h o FP capacitivo; Para unidade consumidora com tensão inferior a 230 kV, o fator de potência no ponto de conexão deve estar compreendido entre 0 , 92 e 1 indutivo no período dado em a) ou 1 e 0 , 92 capacitivo no período dado em b). Caso o FP medido não satisfaça essas condições será cobrado excedente de energia reativa com aumento do faturamento da energia.
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Faturamento da Energia Reativa Excedente (ANEEL Res. 414): Avaliação horária do Fator de Potência:
1
n 0, drp (^) i at fp dap pp
F (^) máx D D T F 1
n 0,92 (^1) erp at eap i (^) pp
F C T
F
: Faturamento da demanda de potência reativa excedente por posto tarifário;
: Faturamento de consumo de energia reativa excedente por posto tarifário;
: Demanda de potência ativa medida em ca
drp erp at
F
F
D da intervalo de 1 hora, em kW;
: Demanda de potência ativa faturada em cada posto tarifário, em kW;
: Tarifa de demanda de potência ativa, por posto tarifário em R$/kW;
: Consumo de energia ati
fp dap at
D
T
C va medido em cada intervalo de 1 hora, em kWh;
: Tarifa de energia ativa, por posto tarifário em R$/kWh;
: intervalo de 1 hora;
: Número de intervalos de 1 hora por posto tarifário no período de fa
T eap
t
n turamento;
: Posto tarifário - ponta e fora de ponta para as tarifas horossazonais;
t ,^ t : Energias medidas a cada intervalo de 1 hora.
p
Er Ea
pp cos^ t t
Er F arctg Ea
13
x
3,
0,
Tabela 4.1: Medida de carga diária – Ex. 6.2.
0,
71,
Horário de Ponta
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Faturamento da Energia Reativa Excedente (ANEEL Res. 414): Avaliação mensal do Fator de Potência:
dr am f da p
F D D T
F
er am ea p
F C T
F
: Faturamento da demanda de potência reativa excedente;
: Faturamento de consumo de energia reativa excedente;
: Demanda de potência ativa máxima registrada no mês, em kW;
: Demanda de potênci
dr er am f
F
F
D
D a ativa faturada no mês, em kW;
: Tarifa de demanda de potência ativa em R$/kW;
: Consumo de energia ativa medido no mês, em kWh;
: Consumo de energia reativa medido no mês, em kWh;
: Tarifa d
da am rm ea
T
C
C
T e energia ativa, em R$/kWh;
Fp : Fator de potência médio mensal;
2 2
am p am rm
C
F
C C
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- 6 – Correção do Fator de Potência em Sistemas Industriais
- Exemplo de Tarifas - ELEKTRO
- Exemplo de Tarifas - ELEKTRO
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Características Construtivas e Elétricas dos Capacitores:
Banco de Capacitores Trifásico – Baixa Tensão Banco de Capacitores Monofásicos^ – Média Tensão
