Fator de potência

Fator de potência

(Parte 1 de 12)

Manual para Correção do Fator de Potência

Transfor mando ener gia em soluções

1 - Legislação Atual04
2 - Fator de Potência04
2.1 - Conceitos Básicos04
2.2 -Conseqüências e Causas de um Baixo Fator de Potência05
2.2.1 - Perdas na Instalação05
2.2.2 - Quedas de Tensão05
2.2.3 - Subutilização da Capacidade Instalada05
2.2.4 - Principais Conseqüências06
2.2.5 - Causas do Baixo Fator de Potência06
2.3 -Onde Corrigir o Baixo Fator de Potência06
2.4 -Vantagens da Correção do Fator de Potência06
2.4.1 - Melhoria da Tensão06
2.4.2 - Redução das Perdas07
2.4.3 - Vantagens da Empresa07
2.4.4 - Vantagens da Concessionária08
3 -Correção do Fator de Potência em Baixa Tensão08
3.1 -Tipos de Correção do Fator de Potência08
3.2 -Projeto da Correção do Fator de Potência09
3.2.1 - Levantamento de dados09
3.2.2 - Empresa em projeto09
3.2.3 - Determinação da Potência Reativa Capacitiva10
3.2.4 -Dimensionamento da Potência Reativa Capacitiva para a Correção do Transformador10
3.2.5 - Cálculo da Capacitância do Capacitor10
3.2.6 -Cálculo da Corrente do Capacitor para Dimensionar os Contatores10
3.2.7 - Proteções Contra Curto-circuito1 0
3.2.8 - Condutores10
3.2.9 -Dimensionamento da Potência Reativa Capacitiva para a Correção Localizada10
3.3.1 - Origem das Harmônicas1
3.3.2 - Classificação das Harmônicas1
3.3.3 - Cargas não Lineares1
3.3.4 - Problemas Causados pelas Harmônicas12
3.3.5 - Fator de Potência com Harmônicas12
3.3.5.1 - Fator de Potência Real12
3.3.5.2 - Fator de Potência de Deslocamento12
3.3.6 - Medições13
3.3.7 - Efeitos da Ressonância13
3.3.8 - Proteções contra harmônicas1 3
4 - Cuidados na Aplicação de Capacitores15
4.1 - Interpretação dos Principais Parâmetros dos Capacitores15
5 - Cuidados na Instalação de Capacitores15
5.1 - Local da Instalação15
5.2 - Localização dos Cabos de Comando16
5.3 - Cuidados na Instalação Localizada16
6 - Manutenção Preventiva16
6.1 - Periodicidade e Critérios para a Inspeção16
7 -Principais Conseqüências da Instalação Incorreta de Capacitores16
8 -Capacitores em Instalações Elétricas com Fonte de Alimentação Alternativa (Grupo Gerador)17
9 -Aplicação de Contatores para Manobras de Capacitores17
10 - Anexos17
Anexo A - Tabela do Fator Multiplicador18
Anexo B - Tabela para Correção de Motores - Linha Standard19
Anexo C - Tabela para Correção de Motores - Linha Plus20
Anexo D - Tabela para Correção de Transformadores21
Anexo E - Tabela de Fios e Cabos2
Anexo F - Esquema de Correção para Chave de Partida Direta23
Anexo G - Esquema de Correção para Chave de Partida Estrela-Triângulo I24
Anexo H - Esquema de Correção para Chave de Partida Estrela-Triângulo I25
Anexo I - Esquema de Correção para Chave de Partida Compensadora26
Anexo J - Esquema de Correção para Chave de Partida Estrela Série-Paralelo I27
Anexo K - Esquema de Correção para Chave de Partida Estrela Série-Paralelo I28

3.3 -Correção do Fator de Potência em Redes com Harmônicas.........................................................1 1 - Referências Bibliográficas .............................................................................................................. 17

A Correção do fator de potência através, principalmente, da instalação de capacitores tem sido alvo de muita atenção das áreas de projeto, manutenção e finanças de empresas interessadas em racionalizar o consumo de seus equipamentos elétricos. Objetivando otimizar o uso da energia elétrica gerada no país, o extinto DNAEE (Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica), atualmente com a denominação de ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), através do Decreto Nº 479 de 20 de março de 1992 estabeleceu que o fator de potência mínimo deve ser 0,92.

Com o avanço da tecnologia e com o aumento das cargas não lineares nas instalações elétricas, a correção do fator de potência passa a exigir alguns cuidados especiais.

Este manual tem como objetivo dar orientação para uma correta instalação de capacitores, corrigindo efetivamente o fator de potência e proporcionando às empresas maior qualidade e maior competitividade.

A Weg possui uma ampla linha de capacitores, contatores especiais e fusíveis apropriados para a correção e em conformidade com as normas e padrões de qualidade nacionais e internacionais.

1 - LEGISLAÇÃO ATUAL

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto nº62.724 de 17 de maio de 1968 e com a nova redação dada pelo Decreto nº75.887 de 20 de junho de 1975, as concessionárias de energia elétrica adotaram, desde então, o fator de potência de 0,85 como referência para limitar o fornecimento de energia reativa.

O Decreto nº479, de 20 de março de 1992, reiterou a obrigatoriedade de se manter o fator de potência o mais próximo possível da unidade (1,0), tanto pelas concessionárias quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, ao Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica - DNAEE - o estabelecimento de um novo limite de referência para o fator de potência indutivo e capacitivo, bem como a forma de avaliação e de critério de faturamento da energia reativa excedente a esse novo limite.

A nova legislação pertinente, estabelecida pelo

DNAEE, introduziu uma nova forma de abordagem do ajuste pelo baixo fator de potência, com os seguintes aspectos relevantes : - Aumento do limite mínimo do fator de potência de 0,85 para 0,92; - Faturamento de energia reativa excedente;

- Redução do período de avaliação do fator de potência de mensal para horário, a partir de 1996 para consumi- dores com medição horosazonal.

Com isso muda-se o objetivo do faturamento: em vez de ser cobrado um ajuste por baixo fator de potência, como faziam até então, as concessionárias passam a faturar a quantidade de energia ativa que poderia ser transportada no espaço ocupado por esse consumo de reativo. Este é o motivo de as tarifas aplicadas serem de demanda e consumo de ativos, inclusive ponta e fora de ponta para os consumidores enquadrados na tarifação horosazonal.

Além do novo limite e da nova forma de medição, outro ponto importante ficou definido : das 6h da manhã às 24h o fator de potência deve ser no mínimo 0,92 para a energia e demanda de potência reativa indutiva fornecida, e das 24h até as 6h no mínimo 0,92 para energia e demanda de potência reativa capacitiva recebida.

1.1 - Excedente de reativo

1.1.1 - Forma de avaliação

A ocorrência de excedente de reativo é verificada pela concessionária através do fator de potência mensal ou do fator de potência horário.

O fator de potência mensal é calculado com base nos valores mensais de energia ativa ("kWh") e energia reativa ("kvarh"). O fator de potência horário é calculado com base nos valores de energia ativa ("kWh") e de energia reativa ("kvarh") medidos de hora em hora.

1.1.2 - Faturamento 1.1.2.1 - Fator de potência horário

A demanda de potência e o consumo de energia reativa excedentes, calculados através do fator de potência horário, serão faturados pelas expressões:

Manual Para Correção do Fator de Potência 04

n
FDR(p) = MAX (DAt) - DF(p) . TDA(p)
t=1

onde :

FDR(P)= Faturamento da demanda de potência reativa excedente por posto tarifário.

DAt= Demanda de potência ativa medida de hora em hora.

DF(p)=Demanda de potência ativa faturada em cada posto horário.

TDAp=Tarifa de demanda de potência ativa

FER(p)=Faturamento do consumo de reativo excedente por posto tarifário.

CAt=Consumo de energia ativa medido em cada hora.

TCA(p)=Tarifa de energia ativa a cada hora

MAX= Função que indica o maior valor da expressão entre parênteses, calculada de hora em hora. t=Indica cada intervalo de uma hora p=Indica posto tarifário: ponta e fora de ponta, para as tarifas horo-sazonais, e único, para a tarifa convencional. n=número de intervalos de uma hora, por posto horário no período de faturamento.

1.1.2.2 - Fator de potência mensal:

A demanda de potência e o consumo de energia reativa excedentes, calculados através do fator de potência mensal, serão faturados pelas expressões:

FDR = (DM . 0,92 - DF) . TDA
fm
FER = CA . (0,92 - 1) . TCA
fm

onde: FDR=Faturamento da demanda de reativo excedente. DM=Demanda ativa máxima registrada no mês (kW). DF=Demanda ativa faturável no mês (kW). TDA=Tarifa de demanda ativa (R$/ kW). FER=Faturamento do consumo de reativo excedente. CA=Consumo ativo do mês (kWh). TCA=Tarifa de consumo ativo (R$ / kWh). fm=Fator de potência médio mensal.

A Portaria nº 456, de 29 de novembro de 2000, estabelecida pela ANEEL, através do artigo 34, estabelece que o fator de potência da unidade consumidora do Grupo B (consumidores trifásicos atendidos em baixa tensão) será verificado pelo concessionário através de medição transitória, desde que por um período mínimo de 7 dias consecutivos.

[FER(p) =[CAt . ( -1)] . TCA(p)

Manual Para Correção do Fator de Potência - WEG

2 - FATOR DE POTÊNCIA

2.1 - Conceitos Básicos

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.

Fig. 1 - Potência ativa (kW)

- 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.

Fig. 2 - Potência reativa (kvar)

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 indica baixa eficiência energética. Um triângulo retângulo é frequentemente utilizado para representar as relações entre kW, kvar e kVA, conforme a Fig. 3.

Fig. 3 - Triângulo retângulo de potência.

de Potência

2.2 - Conseqüências e Causas de um Baixo Fator

2.2.1 - 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.

2.2.2 - 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.

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