Fator de Potencia (FP)
Fator de potência
O fator de potência
significa em porcentual de eficiência entre a energia absorvida da rede que de
fato foi transformada com sucesso em trabalho. Exceto as resistências, as
demais cargas não utilizam tudo o que solicitam de energia da rede. Isso se dá
por conta de que toda transformação de energia provoca perdas. E grande parte
da preocupação é com as cargas indutivas, no geral são motores e lâmpadas com
acionamento por arco elétrico, muito comum na indústria.
Para definir o fator de potência
de uma instalação, partindo do princípio que conhecemos o KW e o KVAr pode ser
utilizada a expressão:
Existem outras formas de
chegar ao mesmo resultado, porém, a maioria dos controladores de demanda
encontrados no mercado adotam cálculos que utilizam as grandezas em W e VAr,
pois os medidores da concessionária fornecem apenas estes valores na saída de
usuário (SU).
No que diz respeito a
faturamento a ANEEL define em sua resolução que os parâmetros aceitáveis e não
passíveis de multa estão entre 0,92 ind a 0,92 cap (com previsão de sofrer alteração em um futuro próximo). Normalmente na fatura há
uma sigla FER (Faturamento de Energia Reativa) que nada mais é do que o consumo
reativo, também é encontrado o FDR (Faturamento de Demanda Reativa) que é a
multa aplicada por excedente reativo na ultrapassagem de demanda. Vale
ressaltar que em ambos os casos o valor da tarifa são os mesmos utilizado no
faturamento da Potência Ativa. No que
diz respeito a este assunto e com os dados contidos na fatura, não é possível
tomar medidas de alteração de contrato para minimizar estas cobranças, porém, é
uma unidade de medida que pode ser acompanhada e por isso é considerada uma
gestão passiva. Mais a frente o assunto será novamente abordado, porém, de
forma a combater essa despesa camuflada na fatura de energia.
Assunto abordado anteriormente,
porém com os olhos voltados para o faturamento, agora o foco está na correção
da baixa eficiência do sistema. Pensando que o FP é igual ao cosseno do ângulo
da carga (FP=cós φ); podemos concluir que no caso de um FP abaixo de 0,92 ind
se dá por um valor muito alto de Var ind, ou seja, muita energia absorvida da
rede que não está realizando trabalho, isso se dá por conta da construção dos
equipamentos e máquinas da planta que tem baixa eficiência. Existem várias
formas de redefinir ou até mesmo definir um banco de capacitores, pode ser pelo
datasheet fornecido pelo fabricante
ou pelo impacto causado na rede. Este segundo método é o mais preciso; apesar
de que alguns equipamentos de medição não possuem tanta precisão. Separadamente
os métodos serão abordados.
Especificação
do Fabricante
Normalmente o fabricante
fornece alguns detalhes do tipo rendimento, FP, potência ativa e o capacitor
ideal para a instalação da máquina elétrica (neste caso a máquina é um motor
elétrico). Com essas informações a primeira atitude deve ser tomada; que é a
instalação do capacitor especificado pelo fabricante para ser acionado junto
com o motor, conhecido como banco semi-automático. Esta prática ainda é comum
em pequenas empresas, condomínios e comércios.
Impactos causados na rede
Neste caso há um
equipamento que faz a comutação dos estágios do banco de capacitor
automaticamente conforme necessidade, ou seja, leituras da condição atual da
planta são realizadas em uma freqüência de tempo pré-definida no equipamento. Cada
unidade consumidora tem um circuito elétrico com particularidades, inserir um
motor a rede pode causar impactos distintos. Para entender melhor está
afirmação, adotar-se-á uma linha de pensamento: um circuito elétrico é formado
por indutores, resistores e capacitores (RLC); sendo o primeiro o foco, pois é
o que traz impacto. Quando se pensa em indutores logo vem à mente motores e
transformadores, mas deve-se acrescentar a esta lista cabos elétricos,
barramentos de cobre e a susceptância do conjunto todo, que pode agravar ou
amenizar os efeitos. Existem três formas de realizar esta leitura, será apresentado
em ordem de eficácia, da menos significativa para a mais significativa:
a)
Controladores de fator de potência
– Se caracterizam pelo aspecto parecido com uma IHM (Interface Homem Máquina),
com a particularidade de ter embutido contatos secos que podem variar
dependendo do fabricante e modelo. O objetivo dos contatos é comutar cada estágio
do banco conforme conveniência. A grande desvantagem é que este tipo de
equipamento utiliza um transformador de corrente normalmente instalado na fase
R e com referência de tensão das fases S e T. É claro que com a leitura de
corrente em uma fase e a leitura de tensão de duas fases é por acreditar que o
circuito é equilibrado, fato incomum em 90% das instalações. Por esse motivo se
considera um sistema de baixa eficiência na leitura;
b) Medição
Setorial – Nada mais é do que ter uma medição
no painel de potência que atende um determinado setor, transformador ou
conjunto de cargas. Esse tipo de solução é viável quando esta medição é feita
pela configuração 4-3 que respectivamente se refere ao numero de fases (4) e
correntes (3) a serem monitoradas. Desta forma a correção do fator de potência
se dá por média entre as três fases. Um detalhe a ser esclarecido é com relação
ao custo para este tipo de solução que deve contemplar não só o conjunto de
medição, mas também o controlador específico para ler as informações do medidor
e acionar os estágios do banco. Esta opção de controle é considerada de
eficácia média, pelo fato de que estamos corrigindo o FP real da instalação,
mas não garante a correção completa quando se olha do ponto de vista da medição
de faturamento; tem-se a garantia na instalação interna, porém não no
faturamento;
c) Controladores
de Demanda – Apesar do nome controlador de
demanda, a grande maioria destes equipamentos tem a capacidade de fazer a
automação do fator de potência, neste caso, com muita eficiência, pois as
leituras de referência vêem direto da medição do faturamento pela SU.
Após analisar todas as possibilidades
pode-se optar pelo controlador de demanda já que este apresenta um rendimento
melhor, quando observado os detalhes, mas a solução que apresenta um desempenho
muito satisfatório é aquela que traz satisfação técnica e financeira, sendo
assim pode-se fazer a junção do controlador de demanda e a medições setoriais,
pois, desta forma consegue-se distribuir os capacitores por toda a planta e
assim controlar e monitorar setorialmente, garantindo que no faturamento não
haverá multas, pois também se tem a referência da concessionária para cobrir o
ponto de vista do medidor de faturamento.
Alguns detalhes sobre os
bancos de capacitores devem ser observados, pelo fato de que algumas
combinações podem apresentar resultados inesperados. Um exemplo bem simples, e
quando pensamos que estamos associando capacitores que são alimentados por
cabos de cobre que possui característica indutiva, indutor em série com
capacitor provoca aumento de tensão, efeito indesejado para o próprio capacitor
que pode vir a estourar dependendo do nível de tensão aplicada. É obvio que
tudo depende da potência capacitiva instalada e a indutância oferecida pelo
condutor; normalmente a indutância oferecida pelo condutor é desprazível, porém
quanto maior à distância, maior é a probabilidade de ocorrer o fenômeno. Alguns
fabricantes oferecem capacitores com diferentes níveis de tensão para
suportarem estes e outros efeitos.
Redes elétricas com alto
índice de harmônica possui baixo fator de potência em função do fator de
deformação que é calculado pela divisão da corrente fundamental, pelo somatório
de todas as correntes harmônicas, vide equação abaixo:
O fator de potência
diminui em função da queda do fator de deformação. É fácil perceber na fórmula
acima que ao usar o FP encontrado multiplicando por um valor menor que um (1), gera
o efeito de divisão já que a tendência e diminuir o valor do FP. Seria muito
simples resolver este impasse colocando mais estágios no banco de capacitor,
porém, essa prática pode não se mostrar eficaz. Normalmente é preciso que
bancos de indutores sejam instalados a montante dos capacitores, isso cria uma defasagem
de sintonia e pode solucionar o problema. Se forem adicionados os indutores em
série com os capacitores para criar a dessintônia, perdemos parte de reatância
capacitiva, ou até mesmo gerar elevação da tensão nominal. Em alguns casos um
estudo muito aprofundado é de extrema necessidade, e só assim serão definidos
os limites de investimento e a tolerância aceitável para o distúrbio. Ao
avaliar os impasses, os projetos atuais definem quais circuitos que podem apresentar
uma pré-disposição para geração de harmônicas e fazem a separação por meio de
transformadores apropriados para tal finalidade, conhecidos com transformador
tipo K.
FONTE:
FACULDADE SENAI DE TECNOLOGIA MECATRÔNICA
PÓS-GRADUAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MONOGRÁFIA - GESTÃO DE ENERGIA ELÉTRICA NA INDÚSTRIA
SÃO CAETANO DO SUL - 2012
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