Métodos de correção de FP

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 aumentará o consumo de KW/h deverá ser cuidadosamente escolhida a fim de não aumentar a demanda de potência da indústria.

Correção através de Motores Síncronos Superexcitados

As correções através de motores síncronos superexcitados, além de corrigir o 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 superior a 200 cv, e funcionando por 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 utilizados pelas indústrias são os de Fator de Potência nominal igual a 0,80 a 1,00.

Compensação com capacitores

A correção do Fator de Potência através de capacitores estáticos constitui a solução mais prática para as indústrias em geral.

Entretanto, alguns cuidados devem ser tomados, para que os capacitores não sejam usados indiscriminadamente.

Podem os capacitores, em principio, serem instalados em quatro pontos distintos do sistema elétrico:

• Compensação individual;
• Compensação por grupos de cargas;
• Compensação geral;
• Compensação na entrada energia em alta tensão (AT).

Figura: compensação de energia reativa com capacitores: (a) individuais; (b) grupos de cargas; (c) para instalações em geral e (d) na entrada da energia em alta tensão.

Exemplo:

Para o circuito abaixo, calcular o valor das potências ativa, reativa e aparente e calcular a potência do banco de capacitor necessário para um F.P.=0.92

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Solução:

Observa-se que a potência reativa Q é de 200VAr, e esta junto com a potência ativa P, formam um ângulo de 45°, e cos φ = 0.707. Porém o novo F.P deve ser de 0.92, logo cosφ2 = 0.92, φ2 = 23°.

De posse do novo ângulo, calcula-se a nova potência reativa, Qn:

Qn = tgφ2 . P → Qn = tg23° . 200 →  Qn ≈ 85kVAr 

Agora é calculado a potência do banco de capacitor a ser acoplado em paralelo com o circuito:

Qc = Q – Qn = 200kVAr – 85kVAr = 115kVAr

Agora, com o banco de capacitor acoplado ao circuito, F.P. está corrigido, conforme figura abaixo:

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Junto às grandes cargas indutivas

A instalação junto às grandes cargas tem a vantagem de permitir uma previsão mais precisa da potência reativa necessária, de tal modo que o capacitor compense exatamente a carga.

Sendo ambos os elementos comandados pela mesma chave, não se apresenta o risco de haver, em certas horas, excesso ou falta de potência reativa, além do que, obtém-se uma redução no custo da instalação, pelo fato de não ser necessário um dispositivo de comando e proteção separado para o capacitor.

Uma das vantagens desta opção, é que este tipo de instalação alivia todo o sistema elétrico, pois a corrente reativa vai do capacitor às cargas, sem circular pelo transformador, barramentos, circuitos alimentadores, etc...

Por essas razões a localização dos capacitores junto à motores, reatores, etc; é uma das soluções preferidas para a Correção do Fator de Potência.

No Barramento geral de Baixa Tensão (BT)

Neste tipo de ligação de Capacitores, haverá necessidade de ser instalada uma chave que permita desligá-los quando a indústria finda sua atividades diárias.

Não o fazendo, poderão ocorrer sobretensões indesejáveis que, provavelmente, causarão danos as instalações elétricas.

Na extremidade dos circuitos alimentadores

É utilizada geralmente quando o alimentador supre uma grande quantidade de cargas pequenas, onde não é conveniente a compensação individual.

Este método usufrui em parte da diversidade entre as cargas supridas, embora a economia seja inferior à obtida pelo aproveitamento da diversidade entre alimentadores. Por outro lado, fica aliviado também o circuito alimentador.

A vantagem dessa ligação é que se pode obter apreciável economia, usufruindo da diversidade de demanda entre os circuitos alimentadores, uma vez que a potência reativa solicitada pelo conjunto da instalação é menor que a soma das potências reativas de todos os equipamentos.

Na entrada de energia em Alta Tensão (AT)

Não é muito freqüente encontrarmos exemplos da instalação do lado da Alta Tensão.

Tal localização não alivia nem mesmo os transformadores, e exige dispositivos de comando e proteção dos capacitores com isolação para a tensão primária.

Embora o preço por Kvar dos capacitores seja menor para maiores tensões, este tipo de instalação em geral só é encontrada nas industrias que recebem grandes quantidades de energia elétrica e dispõem de varias subestações transformadoras.

Neste caso a diversividade de demanda pode redundar em economia na quantidade de capacitores a instalar.

Bancos Automáticos de Capacitores

A automatização de Bancos de Capacitores, ou seja, o ligamento e desligamento automático de capacitores em estabelecimentos industriais, deve apresentar condições especiais de operação que justifiquem os investimentos a serem efetuados.

Considerando que determinadas indústrias possuem equipamentos que provoquem oscilações freqüentes, levando o Fato de Potência a índices não desejáveis, e que essas oscilações são provenientes da carga variada e do tipo de trabalho efetuado, é justificável, como solução técnica e econômica, o controle da potência reativa (Kvar) através de Bancos Automáticos de Capacitores.

Dimensionamento do Banco de Capacitores

No que se refere ao dimensionamento de bancos de capacitores, isto é na determinação da potência reativa em Kvar a ser instalada, de modo a corrigir o Fator de Potência, vimos que tal problema não é suscetível a uma solução imediata e simplista.

Por um lado, a potência reativa a instalar, está intimamente relacionada ao local de instalação escolhido. Por outro lado, depende do período de tempo em que permanecem ligados os capacitores e as cargas que utilizam energia reativa, ainda que deste período, devam ser deduzidas as horas em que a potência reativa fornecida pelos capacitores excede à necessária para as instalações, uma vez que as concessionárias não "aceitam" de volta os Kvars fornecidos pelo consumidor.

Por essas razões, cada problema de Correção de Fator de Potência deve ser considerado como um caso individual, não existindo soluções pré-fabricadas.

Preocupação e Segurança na Utilização de Capacitores

O uso cada vez mais difundido dos capacitores, torna necessária uma análise um pouco mais detalhada do seu desempenho.

Embora, na maioria dos casos, os capacitores não ofereçam problemas, podem teoricamente ser causa de vários transtornos no sistema, alguns dos quais de certa gravidade.

Erros na seleção e localização de capacitores, dimensionamento insuficiente dos dispositivos de comandos e proteção, rotinas de operação inadequadas, tensão de suprimento excessiva ou com alto conteúdo "Harmônico", estão entre as causas principais dos problemas originados pêlos capacitores.

Quanto a segurança e eficiência na operação dos bancos de capacitores, sugerimos as seguintes precauções:

• Instale os capacitores em local que haja boa ventilação e com espaçamento adequado

entre as unidades.

• Após desligar um capacitor, espere cerca de cinco minutos, no mínimo, para fazer o

religamento ou aterramento. Isto porque o capacitor retém a sua carga durante alguns minutos e é necessário esperar que a resistência amortecedora, nele instalada, dissipe a carga armazenada.

• Antes de tocar na estrutura ou terminais de um capacitor, mesmo que devidamente

aterrado, deve-se observar o que foi explicado no item anterior.

• Para Capacitores ligados em Alta Tensão é sempre conveniente que as operações de

ligar e desligar sejam feitas utilizando-se o disjuntor (Chave a óleo) principal da indústria, antes de se abrir ou fechar a chave principal do banco de capacitores.

• Evite energizar, simultaneamente, dois ou mais bancos de capacitores, a fim de evitar

possíveis sobretensões.

Dispositivos de Proteção para Capacitores

A NBR 5410 da ABNT – (Associação Brasileira de Normas Técnicas) recomenda que os capacitores devam ser equipados com dispositivos que permitam o desligamento do circuito durante períodos de cargas leves e de manutenção de equipamentos.

Além disso, tais dispositivos permitirão também que os capacitores sejam desligados durante os feriados e fins de semana, devendo permanecer ligados somente algumas unidades, para que possam suprir o reativo dos transformadores e outras cargas que permaneçam ligadas

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 raramente econômico instalá-los em estabelecimentos industriais apenas para esse fim.

A melhoria da tensão deve ser considerada como um benefício adicional dos capacitores.

A tensão em qualquer ponto de um circuito elétrico é igual a da fonte geradora menos a queda de tensão até aquele ponto.

Assim, se a tensão da fonte geradora e as diversas quedas de tensão forem conhecidas, a tensão em qualquer ponto pode ser facilmente determinada. Como a tensão na fonte é conhecida, o problema consiste apenas na determinação das quedas de tensão.

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

Por esta expressão, torna-se evidente que a corrente relativa à potência reativa opera somente na reatância.

Como esta corrente é reduzida pelos capacitores, a queda de tensão total é então reduzida de um valor igual a corrente do capacitor multiplicada pela reatância.

Portanto, é apenas necessário conhecer a potência nominal do capacitor e a reatância do sistema para se conhecer a elevação de tensão ocasionada pelos capacitores.

Nos estabelecimentos industriais com sistemas de distribuição modernos e a uma só transformação, a elevação de tensão proveniente da instalação de capacitores é da ordem de 4 a 5%.

Redução das Perdas

Na maioria dos sistemas de distribuição de energia elétrica de estabelecimentos industriais, as perdas RI²t variam de 2,5 a 7,5% dos kWh da carga, dependendo das horas de trabalho a plena carga, bitola dos condutores e comprimento dos alimentadores e circuitos de distribuição. As perdas são proporcionais ao quadrado da corrente e como a corrente é reduzida na razão direta da melhoria do fator de potência, as perdas são inversamente proporcionais ao quadrado do fator de potência.

Redução percentual das perdas :

A Figura abaixo está baseada na consideração de que a potência original da carga permanece constante.

Se o fator de potência for melhorado para liberar capacidade do sistema e, em vista disso, for ligada a carga máxima permissível, a corrente total é a mesma, de modo que as perdas serão também as mesmas. Entretanto, a carga total em kW será maior e, 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 :

Vantagens da Empresa

• Redução significativa do custo 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;
• Redução da corrente reativa na rede elétrica.

Vantagens da Concessionária

• O bloco de potência reativa deixa de circular no sistema de transmissão e distribuição;
• 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.

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