Correção do Fator de Potência

Prof. Ana Paula C. de Mello

Aula 10

Fator de potência

• O “fator de potência”, também conhecido pela designação “cos ”, é o número que expressa, a cada instante, a relação entre:

• O fator de potência indica o quanto da potência total fornecida (kVA) é efetivamente utilizada como potência ativa (kW), dando uma ideia da eficiência de utilização da energia elétrica pelo equipamento ou instalação.

FATOR DE POTENCIA = POTENCIA REALMENTE UTILIZADAPOTENCIA TOTAL REQUERIDA

)(kVA)

(kW

Cálculo do fator de potência

Como a medição do FP geralmente é obtida para umdeterminado período considerando os valores de consumoativo (kWh) e reativo (kVAr), a seguinte relação pode serempregada:

2 2FP

( ) ( )kWh

kWh kVArh

(kW)FP cosθ(kVA)

PS

Reativo excedente

• A partir dos faturamentos correspondentes às leituras efetuadas no mês de abril de 1994, o FP de referência estabelecido como limite para cobrança de energia reativa excedente, por parte da concessionária passou de 0,85 para 0,92, independente do sistema tarifário

• O excedente reativo indutivo ou capacitivo, que ocorre quando o fator de potência indutivo ou capacitivo é inferior ao valor de referência de 0,92, é cobrado com tarifa de energia ativa e de demanda ativa (R$/kWh e R$/kW) e introduz o conceito de energia ativa reprimida ou seja, a cobrança pelo “espaço” ocupado com a circulação de excedente reativo no sistema elétrico.

Cálculo do Reativo excedente

• São faturadas pela concessionária as ocorrências de consumo de reativo excedente (FER) e de demanda de reativo excedente (FDR) inferior a 0,92, através da seguinte fórmula

Onde: CA – Consumo mensal de energia ativa (kWh); fm – Fator de potência medido; TCA = Tarifa de consumo ativo (R$/kWh).

TCA1fm92,0CAFER

FER – Faturamento de Energia Reativa excedente no mês

FDR – Faturamento deDemanda Reativa excedente no mês

FER E FDR

• Se na unidade consumidora aenergia elétrica for medidaatravés de registradoresdigitais, o fator de potência serácalculado de hora em hora.

• Quando não houver essa formade medição, o fator de potênciaserá calculado através devalores mensais.

Principais problemas do Baixo Fator de Potência

Baixos valores de fator de potência (cos ϕ) resultam emaumento na corrente total que circula nas redes dedistribuição de energia elétrica da Concessionária, sobrecarrega as Subestações, Linhas de Transmissão e

Distribuição. Prejudica a estabilidade e as condições deaproveitamento dos sistemas elétricos, trazendo inconvenientes diversos, como:

• Perdas na rede;• Quedas de tensão;• Subutilização da capacidade instalada.

Principais problemas do Baixo Fator de Potência

Quedas de tensãoO aumento da corrente devida ao excesso de reativo leva a quedas de tensão acentuada, podendo:Ocasionar interrupção do fornecimento de energia

elétrica; Sobrecarregar certos elementos da rede; Diminuição da intensidade luminosa nas lâmpadas; Aumento da corrente dos motores.

Principais problemas do Baixo Fator de Potência

Subutilização da capacidade instalada• Ao sobrecarregar uma instalação elétrica, a energia reativa

inviabiliza sua plena utilização, condicionando a instalação de novas cargas a investimentos que seriam evitáveis se o fp apresentasse valores mais altos.

Liberação de capacidade de carga do sistema, havendo melhoria no fator de potência!

• Quando se corrige um fator de potência de uma instalação, consegue-se um aumento de potência aparente disponível e também uma queda significativa da corrente.

• Exemplo: Deseja-se corrigir o fator de potência para 0,92 de uma carga

de 930 kW, 380 V e f.p.= 0,65• Sem correção de FP

• Com correção de FP

• Neste caso, após a correção do fator de potência, ainstalação poderá ter aumentos de cargas em até 41%

Principais problemas do Baixo Fator de Potência

Subutilização da capacidade instalada

Principais Causas do Baixo Fator de Potência

• Motores e transformadores operando “a vazio” (sem carga)ou com pequenas cargas durante longo período de tempo;

• Motores e transformadores superdimensionados• Grande quantidade de reatores para lâmpadas de descarga

(fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor sódio) com baixofator de potência.

• Grande quantidade de motores de pequena potência.• Máquinas de solda; – Máquinas de solda;

Vantagens da correção do FP

• Para o consumidor/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 potência reativa na rede elétrica.

Vantagens da correção do FP

• Para a distribuidora:• O bloco de potência reativa deixa de circular no

sistema de transmissão e distribuição;• Diminui 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.

Capacitores

• Os capacitores são normalmente designados por sua potência nominal reativa kVAr

Banco de Capacitores

São formados por um conjunto de capacitores de mesma potêncianominal ou de potências nominais diferentes

Banco de Capacitores

São formados por um conjunto de capacitores de mesma potêncianominal ou de potências nominais diferentes

Exemplo de bancos comerciais

Fonte: Engematec

Tipos de Correção

A correção pode ser feita instalando os capacitores de quatro maneiras diferentes, tendo como objetivos a conservação de energia e a relação custo/benefício:

• a) Correção na entrada da energia de alta tensão: Corrige o fator de potência visto pela concessionária,

permanecendo internamente todos os inconvenientes citados pelo baixo fator de potência e o custo é elevado.

Tipos de Correção

• b) Correção na entrada da energia de baixa tensão: Permite uma correção bastante significativa,

normalmente com bancos automáticos de capacitores.• Utiliza-se este tipo de correção em instalações elétricas

com elevado número de cargas com potências diferentes eregimes de utilização poucos uniformes.

• A principal desvantagem consiste em não haver alíviosensível dos alimentadores de cada equipamento.

Tipos de Correção

• c) Correção localizada: • Instala-se os capacitores junto ao equipamento que

se pretende corrigir o FP. Representa, do ponto devista técnico, a melhor solução, vantagens:

• Reduz as perdas em toda a instalação;• Diminui a carga nos circuitos de alimentação dos

equipamentos;• Gera potência reativa somente onde é necessário.

Tipos de Correção

• d) Correção por grupos de cargas: o capacitor é instalado de forma a corrigir um setor ou um

conjunto de pequenas máquinas (<10cv). • É instalado junto ao quadro de distribuição que alimenta esses

equipamentos.• Tem como desvantagem não diminuir a corrente nos circuitos

de alimentação de cada equipamento.

Tipos de Correção

• e) Correção mista: No ponto de vista da Conservação de Energia, considerando

aspectos técnicos, práticos e financeiros, torna-se a melhorsolução.

Usa-se o seguinte critério para correção mista:1. Instala-se um capacitor fixo diretamente no lado secundário do

transformador;2. Motores de aproximadamente 10 cv ou mais, corrige-se

localmente.3. Motores com menos de 10 cv corrige-se por grupos.4. Redes próprias para iluminação com lâmpadas de descarga,

usando-se reatores de baixo fator de potência, corrige-se naentrada da rede;

5. Na entrada instala-se um banco automático de pequenapotência para equalização final.

Tipo de bancos de capacitores

• Tipos de bancos para compensação de energia reativa com capacitores

Exercício

1) Calcule a potência do banco de capacitores necessária para elevar o fator de potência para 0,92 em uma instalação industrial, com carga igual a 500 kW e fator de potência 0,75. Dispõe-se de bancos com valor comercial de 100 kVAr.

PROJETO DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

Projeto de correção do FP

• Para iniciar um projeto de Correção do FP - seguir inicialmente duas etapas básicas: 1. Interpretar e analisar os parâmetros elétricos das

instalações: • em Empresas em Operação: através das medições

efetuadas• em Empresas em Projeto, através dos parâmetros

elétricos presumidos; 2. Ter em mãos e interpretar as especificações técnicas

de todos os equipamentos que serão empregados na execução do projeto.

• Empresa em Projeto Levantar os dados das cargas que serão instaladas e o

regime de funcionamento horário, a fim de presumir o FP para a correção horária de toda a Instalação;

O valor comercial do banco de capacitor será escolhido em função do maior valor de potência reativa horária a compensar.

Exercício para entregar

• Considerar um projeto em desenvolvimento de uma indústria, cujas cargas são conhecidas, segundo um ciclo de operacãodiário típico, sabendo-se, ainda, que o funcionamento é de segunda a sexta-feira, no período compreendido entre as 6 e as 24 horas. Determinar o fator de potência estimado, sabendo-se que a tensão do sistema é de 440 V.

Exemplo de bancos comerciais

MATERIAL DE APOIO E REFERÊNCIA PARA ESTA APRESENTAÇÃO:• MAMEDE FILHO, J. “Manual de equipamentos elétricos”

4. ed. – Rio de Janeiro: LTC, 2013• Manuais de fabricantes de bancos de capacitores.• Normas técnicas de especificações de equipamentos de

concessionárias de energia.