BOLETIM TÉCNICO 19/07

1. POR QUE CORRIGIR O FATOR DE POTÊNCIA?A correção de fator de potência é importante, em primeiro lugar, porque melhora o sistema elétri-co como um todo. O excesso de reativo na rede produz perdas desnecessárias e aumenta o cus-to do próprio sistema, pois é necessária a instalação de condutores com bitola maior e, em conse-qüência, a estrutura física também deve ser reforçada. Em segundo lugar há o fato de que a legis-lação permite às concessionárias a cobrarem do consumidor pesadas multas devidas ao reativoexcessivo.

2. O QUE É O FATOR DE POTÊNCIA?O fator de potência é um fenômeno produzido pelas cargas que possuem indutâncias (todasaquelas que possuem enrolamentos, tais como, transformadores, motores, lâmpadas fluorescen-tes, etc.). Fisicamente trata-se de um problema de defasagem entre a tensão e a corrente queproduz picos negativos de potência. Essa potência negativa é gerada pelas cargas do consumidore enviada à rede da concessionária. O problema é que essa potência é prejudicial ao sistema,motivo pelo qual é necessário fazer uma “filtragem”. Essa “filtragem” é feita com o uso de capaci-tores. Para visualizar o problema, imagine a água limpa que sai de um cano e é utilizada para la-var roupas. Imagine que essa água, depois de usada volta para a rede de água limpa. Se issoacontecesse à água da rede sujaria e haveria um prejuízo coletivo. É mais ou menos isso queacontece quando a potência produzida pelas cargas indutivas, denominada de potência reativa, édevolvida à rede elétrica.

3. ESCOLHA DO MODO DE CORREÇÃOA correção de fator de potência pode ser feita, no mínimo, de duas maneiras: correção manualnas cargas ou em banco automático. A correção manual só é viável em pequenas instalações ou onde as cargas são muito concentra-das, tipo uma instalação com apenas alguns motores elétricos. O ideal é a utilização de bancosautomáticos, até porque as medições de fator de potência da concessionária são rigorosas e onão cumprimento dos parâmetros mínimos gera pesadas multas. Neste trabalho abordaremosapenas a correção com banco automático. Sempre que se fala no controlador automático de fatorde potência, toma-se como base o CFP12 da CCA Materiais Elétricos.

TÉCNICAS DE PROJETO DE BANCOS AUTOMÁTICOS PARACORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA

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4. DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE KVAR NECESSÁRIOS:Para determinar a quantidade de KVAR necessários no banco é necessário levar em conta asmédias da demanda e do fator de potência atuais. Esses dados, geralmente, são conseguidosnas faturas de energia elétrica. Para determinar as médias pode-se, por exemplo, tomar as 3 últi-mas faturas e fazer a determinação das médias aritméticas de cada um dos dois itens envolvidos.Muito cuidado na determinação dessas médias com relação a questões do tipo sazonalidade oucom projetos de expansão já definidos e que possam produzir aumento do consumo de energiaelétrica. Há instalações onde durante certos meses do ano o consumo é bem maior, o que podeconduzir a cálculos errôneos das médias.Outro detalhe que deve ser considerado é a presença de grandes motores na instalação. Nessecaso é interessante, porém, não obrigatório, corrigir esses motores fora do banco, ou seja, colocarcapacitores que ligam e desligam sempre junto com o motor. Esse procedimento evita um aumen-to no tamanho do banco e também grandes variações na demanda. Exemplo: suponhamos que as três ultimas faturas de uma certa empresa apresentaram os segu-intes números referentes à demanda e ao fator de potência:

Para a situação acima as médias aritméticas são: - Fator de potência: 75,3% = 0,753- Demanda: 115 KVA

O fator de potência mínimo a ser atingido é 92% (0,92). Para calcular a quantidade de KVAR ne-cessários pode-se utilizar tabelas, que é bem mais simples, ou uma calculadora científica.

Veja em seguida como utilizar uma tabela padrão (veja a nossa tabela abaixo) e uma calculadoracientífica:

Na tabela, trace uma linha horizontal partindo do fator de potência atual: 0,75Trace uma outra linha vertical partindo do fator de potência de desejado: 0,92Anote o número onde as duas linhas se encontram: 0,456.

Utilizando-se uma calculadora científica poderíamos chegar ao mesmo valor da seguinte maneira:

0,46 dor Multiplica

X2-X1 dor Multiplica

0,42X2

0,88 X1

Cos(0,92)) tg(Arc X2

Cos(0,75)) tg(Arc X1

De posse deste multiplicador a seqüência do trabalho é igual em qualquer uma das duas situa-ções.

Multiplique a demanda atual pelo número encontrado no cruzamento das duas linhas traçadas so-bre a tabela: 115 x 0,456 = 52,44 KVAR. Esse é o valor mínimo teórico que o banco precisariapara manter o fator de potência em 0,92 (92%).

Último mês Penúltimo mês Antepenúltimo mêsFator de potência (%) 75% 79% 72%Demanda (KVA) 120 115 110

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Arc Cos = função arco cosseno da calculadora; tg = função tangente da cal-

culadora.

Note que o multiplicador aqui calculado é 0,46 enquanto que o valor encon-

trado na tabela é 0,456. A diferença são simplesmente arredondamentos.

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Evidentemente é necessário dar uma margem de segurança bastante significativa, pois existe va-riação na demanda que faz com que o banco não consiga atingir o valor necessário. Não há ne-nhuma regra para determinar quantos KVAR a mais são necessários além dos calculados, porém,na maioria das instalações uma margem de 30% é adequada.

Então teríamos: 52,44 x 1,3 = 68,17 KVAR.

Esse é um valor adequado para iniciar o projeto do banco.

5. COMO DISTRIBUIR OS KVAR NO BANCO AUTOMÁTICO?A correta resposta a essa pergunta é o segredo de um bom banco automático. Saber como distri-buir os KVAR no banco é uma tarefa que deve considerar o tipo de instalação e o comportamentodas cargas. Não há uma regra única e definitiva para esta etapa. Os passos mais usuais seriam os seguintes:

5.1. Verificar qual é a demanda mínima da instalação. Isso é muito importante para que nãoocorra a situação em que o menor capacitor é um valor muito elevado que, se ligado, torna a ins-talação capacitiva. Nesta situação, o nosso controlador de fator de potência não aciona o banco li-gado ao primeiro estágio para não tornar a instalação capacitiva. Por exemplo: se a demanda mínima, de madrugada e nos finais de semana, por exemplo, for de10 KVA e a média do fator de potência, como no nosso exemplo, está em 0,75, pode-se recorrerà tabela para verificar qual o menor capacitor que o banco deve conter. Na nossa tabela temosum multiplicador de 0,456, que multiplicado pela demanda mínima nos dá 4,5 KVAR. Ou seja: omenor capacitor deve ser menor do que 4,5 KVAR. Se for utilizado um capacitor maior do que 4,5KVAR, provavelmente ele não será acionado e gerará multa por excesso de reativo. Uma opçãocomercial interessante seria utilizar 2,5 KVAR.

5.2. Fazer uma distribuição lógica do restante dos bancos de modo a conseguir sempre omaior número possível de combinações. A distribuição dos capacitores nos vários estágios dobanco deve ser aquela que proporciona o maior número possível de combinações de capacitores.Nesta etapa, geralmente são utilizadas as seguintes seqüências práticas:a) 1-1-1-1-1-1-1-1..........b) 1-2-2-2-2-2-2-2..........c) 1-2-4-4-4-4-4-4..........d) 1-2-4-8-8-8-8-8..........e) 1-2-4-8-16-16-16.......

Essas seqüências indicam o seguinte: a) Todos os capacitores possuem o mesmo valor. Por exemplo, se o primeiro capacitor for 5K-VAR, todos os outros também tem esse valor. Essa seqüência só é viável em instalações onde ascargas possuem uma variação mais ou menos regular. Não há recomendamos.b) Do segundo estágio em diante os capacitores possuem o dobro do valor do primeiro. Porexemplo; se o primeiro capacitor for 5 KVAR, os outros todos serão 10 KVAR. É um tipo de se-qüência que não permite muitas combinações de valores, por isso não é muito recomendada.c) Seguindo a mesma analogia dos itens anteriores, se o primeiro capacitor for 5 KVAR, o segun-do será 10 KVAR e todos os outros 20 KVAR. É uma combinação mais apropriada porém, não é amelhor para boa parte das instalações.d) Na mesma linha de raciocínio, se o primeiro capacitor for 5 KVAR, o segundo será 10 KVAR, oterceiro 20 KVAR e do quarto em diante 40 KVAR. É uma seqüência muito apropriada para a mai-oria das instalações. Poderíamos classificá-la com sendo uma das mais adequadas.

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e) A próxima é uma expansão da anterior. Também é muito apropriada e apresenta um grandenúmero de combinações possíveis. Basicamente, com uma das seqüências de combinações apresentadas sempre é possível fazerum bom banco.

Existe também a possibilidade de distribuir os capacitores sem seguir nenhuma lógica, porém,isso quase nunca terá os resultados obtidos através de uma seqüência lógica. Analise uma dasdistribuições acima, por exemplo, a “c”. Suponha que o primeiro capacitor é de 2,5 KVAR. Veja ascombinações possíveis:- No início liga o banco 1: 2,5 KVAR- Assim que necessário liga o banco 2 e desliga o banco 1: 5 KVAR- Quando aumenta o reativo liga os bancos 1 e 2: 7,5 KVAR- Em seguida desliga os bancos 1 e 2 e liga o banco 3: 10 KVAR- Depois liga os bancos 1 e 3: 12,5 KVAR- E assim por diante.

Veja que os passos são sempre de 2,5 KVAR, ou seja, o primeiro banco define sempre o passoque o banco irá seguir.

5.3. Determinação do número de estágios necessários. A quantidade de estágios vai sempredepender de quantos KVAR são necessários no banco. Tendo a quantidade de KVAR necessári-os e a seqüência lógica, é possível determinar os estágios.Vamos voltar ao nosso exemplo anterior. Um banco que necessita de 68 KVAR em uma instalação com cargas bem distribuídas, cuja de-manda mínima é de 3 KVAR. Nesta situação necessitamos de uma seqüência que permita umapartida menor do que 3 KVAR e tenha um número adequado de possíveis combinações (como jácitado, não há uma regra única para determinar como o banco deve ser feito).

Primeiramente, vamos utilizar a seqüência “d”.O primeiro capacitor será de 2,5KVAR. A tabela abaixo mostra como devem ficar os outros estági-os:

1° Estágio 2,5 KVAR2° Estágio 5 KVAR3° Estágio 10 KVAR4° Estágio 20 KVAR5° Estágio 20 KVAR6° Estágio 20 KVAR

Para o fechamento final ficamos com 77,5 KVAR.

Agora ficamos com a seqüência “c”1° Estágio 2,5 KVAR2° Estágio 5 KVAR3° Estágio 10 KVAR4° Estágio 10 KVAR5° Estágio 10 KVAR6° Estágio 10 KVAR7° Estágio 10 KVAR

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8° Estágio 10 KVAR

Ficamos com 8 estágios e um total de 67,5 KVAR.

O segundo projeto se mostra mais adequado porque proporciona um número maior de combina-ções de capacitores e o banco máximo é de 10 KVAR, o que torna o seu chaveamento mais bara-to, porém precisa de um controlador de12 estágios. Bancos com controlador automático de apenas 6 estágios são altamente problemáticos em insta-lações horo-sazonais, porque não permitem muitas combinações e nem permitem muitas altera-ções. O ideal é pensar sempre em um controlador com 12 estágios e deixar alguns de reservapara futuras expansões.

6. DICAS DE INSTALAÇÃO DO CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE FATOR DE POTÊNCIACFP12 DA SIBRATEC. O controlador de fator de potência SIBRATEC, modelo CFP12, foi proje-tado para ser o mais eficiente controlador do mercado. O primeiro fator que foi levado em contadurante o projeto foi a modernidade do circuito eletrônico. Este circuito é totalmente gerenciadopor um microprocessador de última geração, o que possibilita grande flexibilidade no controle defator de potência. O segundo importante item foi a facilidade de programação. Desde o início doprojeto a idéia foi levar ao cliente um controlador com programação extremamente fácil, o que foiamplamente conseguido.Existem dois modelos diferentes de controlador:- Alimentação fase-neutro 220V- Alimentação fase-fase 220V (para instalações que não possuem o neutro).

Para a instalação do modelo fase-neutro é importante notar que a fase utilizada para a alimenta-ção deve ser a mesma da utilizada para o TC.No caso do modelo fase-fase, a fase do TC deve ser diferente das duas fases da alimentação, ouseja, serão necessárias as três fases.

Depois de feita a instalação, se o controlador estiver indicando valores negativos é porque o TCestá invertido. Neste caso troque de posição os dois condutores que vem do TC.

Outra situação que pode ocorrer: se na medida em que os bancos forem ligados, o fator de potên-cia diminuir, ao invés de aumentar, como seria o lógico, então a fase de alimentação e do TC nãoestão corretas ou o modelo fase-fase está sendo utilizado em uma rede fase-neutro.

Se, após a instalação o controlador se recusa a ligar os capacitores, verifique se um dos dois ledslocalizados a direita com o nome de “Over Voltage, Under voltage, Over Vthd” e “Over or undercompensation” estão acesos. Se algum desses Leds estiver aceso o controlador não opera por-que nessas condições pode haver queima de capacitores. O primeiro led está indicando que atensão está acima ou abaixo da permitida ou que a distorção da tensão está acima da parametri-zada, o segundo indica que o controlador não está conseguindo chegar ao valor parametrizadode fator de potência. Esta condição pode ocorrer se o primeiro capacitor possui um valor deKVAR muito elevado, que, se ligado torna a instalação capacitiva ou que todos os capacitores dobanco estão ligados e mesmo assim não foi atingido o fator de potência parametrizado. O controlador de fator de potência CFP12 possui uma saída de alarme. O alarme dispara sempreque ocorrer uma condição em que o controlador não consegue atingir o fator de potência mínimopara evitar multas, por isso é muito importante que seja instalado um buzzer ou uma corneta parapoder ouvir quando ocorre uma anormalidade deste tipo.

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