redes elétricas 2- mono-trifasica

redes elétricas 2- mono-trifasica

Redes Mono e Trifásica; Fator de Potência Prof Leandro

 INTRODUÇÃO

        O sistema trifásico é composto por três fases, como já diz o nome, e é a forma mais comum de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. As amplitudes e o defasamento das fases são idênticas entre si, por isso que dizem que é equilibrado, se não forem idênticas é chamado de Sistema Trifásico desequilibrado. Veja abaixo o exemplo de sistema trifásico equilibrado e desequilibrado:

 

               Uma característica do Sistema Trifásico equilibrado é que a soma das tensões das três fases é igual a 0. 

Fases, neutro e terra

          No sistema trifásico são quatro fios, três fases e um neutro, o neutro é o ponto central dos enrolamentos das três fases, quando as cargas nestas fases estão em equilíbrio, as correntes que circulam no neutro tende a zero,isto é, no neutro ocorre um encontro das correntes das três fases, e se somarmos as mesmas fasorialmente (por vetores dependendo do ângulo de cada uma das fases ) vemos que esta soma tendera a zero, chamamos de ponto neutro da rede elétrica.         Como fases equilibradas é algo muito difícil de ocorrer em sistemas em estrela, (para alimentação de cargas monofasicas separadas por fase) ocorre que "sobra um fluxo de corrente do neutro o que causa um deslocamento das fases, elevando a tensão de umas e diminuindo de outras proporcionalmente, para que isto não ocorra, devemos criar um ponto para esta corrente fluir. Para isto precisamos criar um ponto de potencial de referencia que o potencial (tensão) tenda a zero em relação as fases. Para que isto ocorra devemos achar um local com uma grande quantidade de massa, e de resistência baixa. A terra, (o solo)é um local de muita massa, e se enterrarmos hastes metálicas nela e interligarmos todas as hastes com um condutor poderemos ter a resistência baixa necessária, este condutor nós ligaremos em conjunto com o condutor do neutro, fazendo o neutro ficar na mesma tensão do terra (tendendo a zero Volt). Podemos usar este terra para interligar as carcaças dos equipamentos elétricos, e em caso de fuga de corrente para a carcaça do equipamento, o mesmo fluirá para o terra, evitando assim, um choque elétrico em caso de contato com esta carcaça.         Fase é onde há variação de potencial, variando de positivo em negativo geralmente 60 vezes por segundo que é a frequência de 60Hz. Se nós pegarmos duas vases, pode ter variação de 220V, 380V e 440V, e se pegarmos uma fase e um neutro(dependendo da tensão da rede), pode ter 127V, 220V, 256V.

Diagrama representativo das tensões simples e compostas do sistema trifásico         As tensões  e  são tensões simples e as tensões  e  são tensões compostas; se as primeiras tiverem um valor eficaz de , então as segundas têm um valor eficaz de .   

Fator de Potência

          O que é fator de potência ?

  • Características especiais das cargas indutivasA maioria das cargas dos modernos sistemas de distribuição de energia elétrica são indutivas. Exemplos incluem motores, transformadores, reatores de iluminação e fornos de indução, dentre inúmeros outros.A principal característica das cargas indutivas é que elas precisam de um campo eletromagnético para operar. Por esta razão, elas consomem dois tipos de potência elétrica:1) Potência Ativa (W) para realizar o trabalho de gerar calor, luz, movimento, etc.2) Potência Reativa (VAR) para manter o campo eletromagnético.A potência ativa é medida em Watts (W) e pode ser medida num kilowattimetro.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 volts-Amperes-Reativos (VAR).A potência ativa e a potência reativa juntas formam a potência aparente. A potência aparente é medida em volts-amperes (VA).

(Energia Total) = (Energia Ativa) + (Energia Reativa)

  • Por que preocupar-se com fator de potência?Um baixo fator de potência indica que você não está utilizando plenamente a energia paga. Veja um exemplo:Se seu fator de potência está em 80% sua rede está aproveitando 80% da energia fornecida pela concessionária. Isto quer dizer que 20% do que você paga é desperdiçado.

  • O que fazer para melhorar o fator de potência ?Você pode melhorar o fator de potência adicionando capacitores de potência ao seu sistema de distribuição de energia.Quando a potência aparente (VA) é maior que a potência ativa (W), a concessionária precisa fornecer além da corrente útil (Ativa), uma corrente reativa. Os capacitores atuam como geradores de corrente reativa, reduzem a corrente que seu sistema retira da rede da concessionária.

  • Um fator de potência de 95% oferece o máximo de retornoTeoricamente, os capacitores poderiam suprir 100% das necessidades de energia reativa, veja um exemplo:Uma instalação com fator de potência em 70% consumia 142 VA, com a instalação de um banco automático de capacitores o fator foi elevado para 95%, após a instalação o consumo de energia caiu para 105 VA, uma economia de 35% no custo da energia.

  • Redução nas contas de energia elétricaSe sua instalação possui medição de energia reativa, sua concessionária cobra em forma de multa (pesadíssima) tudo que for registrado abaixo de 92%, os outros 8% restantes são embutidos na cobrança de energia ativa.Instalando capacitores, mesmo que você não possua medição e cobrança de energia reativa, seu sistema de distribuição irá retirar menos corrente da rede da concessionária e consecutivamente diminuir o valor da tarifa.

  • Por que instalar um banco automático e não ligar capacitores direto na rede ?Por uma questão obvia, (mas que por razão de um custo mais elevado muitas empresas acabam não optando) o capacitor necessita de uma corrente elétrica para fornecer energia ativa. Portanto um capacitor ligado diretamente a rede quando esta está a vazio (com pouca carga) consome mais energia que a carga total.Faça o teste do amperímetro: faça a leitura da corrente da sua carga a pleno uso, desligue tudo e volte a medir, você vai se surpreender.Instalando um banco automático isto não ocorre, os capacitores são acionados de forma automática na proporção exata do consumo da sua carga evitando desperdício e intempéries da rede elétrica.IMPORTANTEAlém de corrigir o fator de potência,os bancos de capacitores reduzem a corrente elétrica que flui para os equipamentos, reduzindo perdas,permitindo uma melhor utilização dos transformadores e da rede existente e melhorando a performance do sistema elétrico como um todo.

  • Banco de Capacitores para correção do fator de potência:             

(foto:www.engeletrica.com.br)

1. O que é Fator de Potência?

Fator de potência foi um valor pré determinado pôr órgãos do governo, para que haja um melhor aproveitamento da energia elétrica, já que nos dias de hoje ela anda tão escassa.

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto nº62.724 de 17 de maio de 1968 e com a nova redação dada pelo Drecreto 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 (1,00), 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, introduz 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 capacitiva excedente;

 Redução do período de avaliação do fator de potência de mensal para horário, a partir de 1996.

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 transportado no espaço ocupado por esse consumo de reativo. Este é o motivo porque as tarifas aplicadas serem as 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. consome energia reativa indutiva, como motores, transformadores, 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 depotência.

Podemos definir o fator de potência como sendo a relação 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. Um triângulo retângulo é frequentemente utilizado para representar as relações entre kW, kvar e kVA.

2. O que é Potência?

Potência é a energia gasta pela máquina para realizar algum tipo de trabalho. Existem três tipos de Potência, e vamos velas logo abaixo.

 

2.1. Potência Ativa

Potência realmente gasta em dispositivos que oferecem resistência, no circuito resistivo a tensão anda em fase com a corrente (V-I)=0º, e é expresso em KW.

 2.2. Potência Reativa

Potência utilizada para a criação de campos magnéticos, necessário ao funcionamento de equipamentos industriais (motores, transformadores, reatores, etc.), sendo expresso seu valor em Kvar, no circuito indutivo a tensão anda adiantada da corrente (V-I)=90º.

 2.3. Potência Capacitiva

Potência utilizada em capacitores, no circuito capacitivo a tensão anda em atraso em relação a corrente (V-I)=-90º.

2.4. Demanda

É a utilização da potência ativa durante qualquer intervalo de tempo, medida pôr aparelho integrador (medidor). É a média das potências solicitadas pelo consumidor, durante um intervalo de tempo, usualmente 15 minutos, registrados pôr medidores de demanda.

Na conta de carga elétrica, a demanda aparece expressa em quilowatt-hora (KWh).

3. Principais Causas de um Baixo Fator de Potência

 Antes de realizar qualquer investimento para Correção de Fator de Potência é necessário a identificação da causa de sua origem.

Apresentamos a seguir as principais causas que originam um Baixo Fator de Potência.

3.1. Motores Operando a Vazio

Os motores elétricos consomem praticamente a mesma quantidade de energia reativa, necessária à manutenção do campo magnético, quando operando a vazio ou a plena carga.

Entretanto o mesmo não acontece com a energia ativa, que é diretamente proporcional a carga mecânica aplicada no eixo do motor.

Assim quanto menor a carga mecânica aplicada, menor a energia ativa consumida, conseqüentemente, menor o Fator de Potência.

3.2. Motores Super Dimensionados

Este é um caso equivalente ao anterior, cujas conseqüências são idêntica.

Geralmente os motores são super dimensionados para as respectivas máquinas sendo, em média, de 70% a 75% da potência nominal do motor, a potência efetivamente exigida pela máquina (motores de pequena e média potência).

É muito comum o costume da substituição de um motor pôr outro de maior potência, principalmente nos casos de manutenção para reparos e que, pôr acomodação, a substituição transitória passa a ser permanente, não se levando em conta que um super dimensionamento provocara baixo Fator de Potência.

3.3. Transformadores Operando em Vazio ou com Pequenas Cargas

Como os motores, os transformadores, quando super dimensionados para a carga a qual estão ligados, consomem uma certa quantidade de energia reativa relativamente grande, quando comparada com a energia ativa, provocando um baixo Fator de Potência.

 

3.4. Nível de Tensão acima da Nominal

A potência reativa (Kvar) é aproximadamente, proporcional ao quadro de tensão aplicada, enquanto que a potência ativa praticamente só depende da carga mecânica aplicada no eixo do motor.

Assim sendo, quanto maior a tensão aplicada, alem da nominal aos motores de indução, maior será a quantidade de energia reativa consumida e menor o Fator de Potência.

  3.5. Lâmpadas de Descargas

 As Lâmpadas de descarga (vapor de mercúrio, sódio, fluorescente etc.), para funcionarem necessitam do auxilio de um reator.

Os reatores, como os motores e os transformadores, possuem bobinas ou enrolamentos que consomem energia reativa, contribuindo para redução do Fator de Potência nas instalações.

A instalação de reatores de alto Fator de Potência pode contornar, em parte, este problema.

3.6. Grande Quantidade de Motores de Pequenas Potência

A grande quantidade de motores de pequena potência, provoca baixo Fator de Potência, uma vez que o correto dimensionamento desse motores às máquinas a eles acopladas é dificultoso.

4. 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:

  1. – Junto às grandes Cargas indutivas (motores, transformadores, Tc...)

  2. – No barramento geral de Baixa Tensão (BT).

  3. – Na extremidade dos circuitos alimentadores

  4. – Na entrada de energia de Alta Tensão (AT

 

9

Comentários