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Figura B - Carga Ohmica (resistiva) intensidade em fase                       Figura C - Carga capacitiva intensidade em a...
Na prática, os condensadores têm a propriedade de "absorver" uma intensidade que está emantecipação de 90º relativamente à...
•   Redução do valor da factura, em alguns casos considerável, permitindo a amortização do       valor do equipamento de c...
COMO SE CALCULA O FACTOR DE POTÊNCIA                           DE UMA INSTALAÇÃOO Cos φ médio de uma instalação a corrigir...
Factor de potência Cos φ = 0,69Energia activa consumida Kwh = 19.800Energia Reactiva consumida Kvarh = 20.770Energia React...
•   Tensões elevadas na rede mesmo nas horas de vazio ou fins-de-semana   •   Picos de tensão   •   Microcortes   •   Regi...
•   Sistema de précarga   •   Ventilação forçada a partir de CAM H 120   •   Comando electrónico SUPERTEC (série RAM)   • ...
Se este dado não estiver disponível, pode-se compensar, correctamente, com um condensador depotência com 3 a 5 % da potênc...
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Correcção do factor de potência de uma instalação eléctrica

  1. 1. CORRECÇÃO DO FACTOR DE POTÊNCIA DE UMA INSTALAÇÃO ELÉCTRICASobre o custo da energia eléctrica inside, consideravelmente, a penalização por baixo factorde potência (Cos φ) de acordo com o contrato com o fornecedor de energia eléctrica.Principalmente por isto, mas também por outras importantes razões, surge a necessidade decorrigir o Cos φ da instalação.A correcção é uma técnica que, melhorando o factor de potência da máquina, permite autilização racional da energia, realizando importantes poupanças económicas e importantesmelhoramentos técnicos.As vantagens económicas são tanto mais importantes quanto maior é o consumo de energiaeléctrica. O BAIXO FACTOR DE POTÊNCIAO factor de potência envolve a relação de dois tipos de potência: a potência activa e a potênciareactiva.A maior parte das cargas, no actual sistema eléctrico de distribuição, são indutivas. Isto significaque, para funcionarem, necessitam de um campo electromagnético e de receber da rede dois tiposde potência:Potência Activa : responsável pelo trabalho, calor, força, movimento, etc..Potência Reactiva: produz apenas o campo electromagnético necessário ao funcionamento damáquina.A potência activa mede-se em KW enquanto a potência reactiva mede-se em KVARh (Kilovolt -ampere - reactivos).A potência activa e a potência reactiva somadas vectorialmente compõem a potência aparente, quese mede em KVA.O factor de potência, que se designa por Cos φ, é a relação entre a potência activa e a potênciaaparente referida à fundamental; esta relação pode variar entre 0 e 1. cos φ =A figura 1 representa estas formas de potência e a figura 2 exemplifica como a potência reactivapode não ser fornecida pelo distribuidor de energia eléctrica, mas sim por equipamentos comcondensadores.
  2. 2. Fig. 1 Fig. 2No caso de carga indutiva verifica-se um desfasamento entre a curva da tensão e a de intensidadeem que a intensidade está em atraso relativamente à tensão, atingindo os seus valores máximos e osvalores zero mais tarde do que a tensão.Este fenómeno está representado na figura A, enquanto a figura B representa as sinusoides datensão e da intensidade de uma carga resistiva, perfeitamente em fase e a figura C com uma cargacapacitiva com a sinusoide da intensidade avançada relativamente à tensão. Figura A - Carga indutiva intensidade em atraso
  3. 3. Figura B - Carga Ohmica (resistiva) intensidade em fase Figura C - Carga capacitiva intensidade em avançoSe o factor de potência médio mensal é inferior a 0,93 indutivo (ou 0,96 em determinados casos) ofornecedor de energia incluirá na factura a penalização por baixo factor de potência.AtençãoNo caso da instalação ficar, nas horas de vazio (22 h ás 8 h do dia seguinte) o fornecedor de energiadebitará, como penalização, toda a energia reactiva fornecida à rede. COMO CORRIGIR O COS φ DE UMA INSTALAÇÃO ELÉCTRICAO modo mais simples e económico de resolver o problema do baixo factor de potência de umainstalação eléctrica é o de ligar condensadores em paralelo com a carga.Os condensadores funcionam como geradores de energia reactiva, fornecendo ás máquinaseléctricas toda a energia reactiva necessária para manter o campo electromagnético.
  4. 4. Na prática, os condensadores têm a propriedade de "absorver" uma intensidade que está emantecipação de 90º relativamente à tensão, comportando-se como um verdadeiro gerador de energiareactiva a qual se encontra em oposição à do fornecedor de energia eléctrica.Esta potência "fornecida" pelo condensador deixa de ser fornecida pela rede pelo que diminui aintensidade da corrente de entrada, melhora o Cos φ e anula a penalização na factura, do excedentede energia reactiva consumida.Pelo diagrama verificamos, por exemplo, que uma máquina ou um quadro eléctrico que esteja comCos φ = 0,7, a intensidade é 43 % superior à intensidade que seria necessária com o Cos φ = 1. Variação de intensidade que percorre o cabo de alimentação de uma máquina ou quadro em função do Cos φ da carga VANTAGENS DA CORRECÇÃO DO COS φNuma instalação devidamente corrigida, o utilizador paga apenas a energia que efectivamenteutiliza.Por exemplo: Numa instalação com o Cos φ = 0,7 indutivo, apenas 70 % da potência fornecidapelo transformador do P.T., é utilizada para produzir trabalho útil, enquanto o restante é energiareactiva solicitada pela máquina para criar campos electromagnéticos.Com a carga perfeitamente corrigida Cos φ = 1, portanto com a energia reactiva fornecida porcondensadores, o transformador pode fornecer até cerca de 98 % da sua potência.A instalação de condensadores permite também outros benefícios:
  5. 5. • Redução do valor da factura, em alguns casos considerável, permitindo a amortização do valor do equipamento de correcção em menos de 1 ano. • Redução das perdas de energia por efeito de Joule (aquecimento nos cabos). • Maior potencialidade da instalação. • Maior disponibilidade de potência e menor aquecimento do transformador. • Redução das intervenções intempestivas do limitador de intensidade, as quais interrompem o ciclo produtivo. ONDE CORRIGIR UMA INSTALAÇÃOOs condensadores podem ser instalados em qualquer ponto da rede eléctrica que possua máquinaseléctricas com baixo factor de potência, porém, o local exacto deverá ser devidamente ponderadoem função de razões técnicas e razões económicas.Numa industria o n.º de motores eléctricos ou máquinas de carga indutiva pode ser elevado e cadauma necessita de 1 condensador de potência adequada com o respectivo cabo de ligação, protecçãoe aparelho de corte.Por outro lado não é permitido, por normas de segurança, a instalação de condensadores fixos, istoé permanentemente ligados à rede, excepto os colocados para a correcção do transformador depotência, a montante do interruptor geral de B.T., quando devidamente dimensionados.Esta solução de correcção, motor a motor, obriga a que o condensador só possa estar em tensãoquando o motor está em funcionamento e é uma solução economicamente desfavorável.Os condensadores só podem ser ligados à rede na presença de carga indutiva e esta não deve sercorrigida além do Cos φ = 1, para evitar sobrecompensação, os quais podem dar origem a gravesdesequilíbrios na rede, tais como, perigosos aumentos de tensão, sobrecargas de intensidade nalinha e nos aparelhos de distribuição.Todos estes problemas são resolvidos com a correcção centralizada, que consiste na montagem de1 equipamento único no quadro geral de baixa tensão a jusante do interruptor geral.Este equipamento, dotado de um sofisticado sistema a microprocessador, gere a potência reactivados condensadores (dividida em diversos escalões) segundo o andamento da carga, para obter, emcada momento, uma perfeita correcção do factor de potência.Terminada a actividade da carga (fim da laboração) o equipamento desliga os escalões ainda emserviço e aguarda um novo ciclo de trabalho.Esta solução designada por correcção centralizada, é a mais económica, mas, tecnicamente a menoscorrecta.A solução que preconizamos é uma solução mista: • Corrigindo pontualmente os motores de maior potência, actuando, preferencialmente, nos quadros eléctricos que os alimentam. • Corrigindo os quadros parciais de maiores cargas e/ou os quadros mais distantes, e os mais subdimensionados relativamente aos cabos que os alimentam. • Correcção no quadro geral para ajuste final do Cos φ.
  6. 6. COMO SE CALCULA O FACTOR DE POTÊNCIA DE UMA INSTALAÇÃOO Cos φ médio de uma instalação a corrigir é um parâmetro fundamental para calcular a potênciado equipamento automático de correcção do Cos φ a instalar.O método mais simples consiste em calcular a média dos últimos 4 ou 5 meses dos valores do Cosφ indicados nas facturas do fornecedor de energia. Se este valor não estiver disponível, serásuficiente aplicar a fórmula a seguir indicada, a qual permite encontrar o Cos φ conhecendo oconsumo de energia activa (Kwh) (horas cheias + horas de ponta) e o consumo de energia reactiva(Kvarh) (horas fora do vazio).Estes valores estão sempre disponíveis na factura mas também é possível utilizar as leituras doscontadores durante um período suficiente (1 mês), conhecendo eventuais factores de multiplicaçãodessas leituras.Em que: Energia Activa = Energia Activa (Horas Cheias + Horas de Ponta)Exemplo:Energia Activa Horas Cheias = 14.140 kWhEnergia Activa Horas Ponta = 5.660 kWhEnergia Activa Total = 19.800 KwhEnergia Reactiva Fora do Vazio = 20.770 KvarhConsultando a tabela anexa, pode-se calcular facilmente a potência dos condensadores ou doequipamento necessário para corrigir a instalação.Em correspondência ao valor do Cos φ da instalação e do valor do Cos φ que queremos atingir,encontramos um coeficiente (F), o qual multiplicado pela potência máxima da instalação em Kw,dá-nos o valor da potência dos condensadores em Kvar.Façamos um exemplo de um utilizador que tem uma potência máxima de 110 Kw, um Cos φ de0,69 e calculemos não só a potência do equipamento necessário mas também a poupança que seobtém com esta correcção.Dados retirados da factura:Potência máxima Kw = 110
  7. 7. Factor de potência Cos φ = 0,69Energia activa consumida Kwh = 19.800Energia Reactiva consumida Kvarh = 20.770Energia Reactiva paga Kvarh = 12.850Penalização por baixo Cos φ € = 159,34Cálculos:Potência necessária para corrigir para 0,95Cos φ da instalação = 0,69Cos φ pretendido = 0,95Factor F (da tabela) = 0,72Potência do Equipamento = 0,72 x 110 = 79,2 Kvar = 80 KvarPenalização Anual estimada = 12 x 159,34 € = 1.912,08 €Custo de um equipamento de 80 Kvar previsto para THC < 40 %CAM H 80 KVAr 1.720,00 €O cálculo efectuado demonstra como o custo do equipamento é amortizado em menos de 1 ano. CORRECÇÃO EM PRESENÇA DE HARMÓNICOSAntes de escolher o equipamento automático de correcção, é necessário certificar-se da existênciaou não, de harmónicos para evitar a sobrecarga da bateria de condensadores.Portanto é indispensável verificar a existência, na instalação, de certos equipamentos que possamgerar este fenómeno, como por exemplo U.P.S., fornos a arco, motores de velocidade variável,trefiladoras, transformadores saturados.Um equipamento não dimensionado adequadamente, numa instalação com carga deste tipo, ficaradanificada e rapidamente fora de serviço ou completamente destruída.ESCOLHA DO EQUIPAMENTO A vida dos condensadores depende da opção tomada no momento da compra e deve atender às seguintes condições de trabalho:Existência de harmónicos na instalação provocados por variadores de velocidade, UPS, iluminaçãode potência significativa e outras máquinas, que provocam sobrecargas de intensidade noscondensadores (THC). • Temperatura ambiente
  8. 8. • Tensões elevadas na rede mesmo nas horas de vazio ou fins-de-semana • Picos de tensão • Microcortes • Regime de laboraçãoExistem condensadores previstos para: • Nenhuma sobrecarga harmónica THC < 15% • Baixa sobrecarga harmónica THC < 25% • Moderada sobrecarga harmónica THC < 40% • Média sobrecarga harmónica THC < 60%Para THC > 60% apenas com filtros harmónicos.Classes de temperatura: • -25/A temperatura máxima 40 ºC • -25/B temperatura máxima 45 ºC • -25/C temperatura máxima 50 ºC • -25/D temperatura máxima 55 ºCEste catálogo apresenta diversos modelos que divergem fundamentalmente pela sobrecargaharmónica suportada pelos condensadores.Equipamentos AutomáticosRAM 415 THC < 25%CAM H THC < 40%CAM HC THC < 60%CAM HA THC > 60%Equipamentos Fixos (Compensação de transformadores)CFT HC THC < 60%Equipamentos Semi fixo (Compensação de motores)CFM HC THC < 60% CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DESTES EQUIPAMENTOS AUTOMÁTICOS: • Corte Geral • Protecção dos escalões:Por disjuntores: série CAM H e CAM HC até 160 APor fusíveis: restantes modelos
  9. 9. • Sistema de précarga • Ventilação forçada a partir de CAM H 120 • Comando electrónico SUPERTEC (série RAM) • Condensadores classe de temperatura -25/D • Regulador electrónico digital com indicação: • Cos φ Instantâneo • Tensão da rede • Intensidade da carga • THC • KVAr • Alarmes de: • Temperatura - Desliga o equipamento • Tensão - Desliga o equipamento • THC - Desliga o equipamento • Microcortes (>20 ms.) - Desliga o equipamento Cos φ irregular - Só sinal de alarme COMO SE CALCULA A POTÊNCIA DOS CONDENSADORES PARA CORRIGIR UM MOTOR ASSÍNCRONOA potência do condensador não deve superar a potência reactiva em vazio, do motor, devido aorisco de fenómenos de auto excitação e de ressonância entre o condensador e a indutância domotor.A potência reactiva absorvida por um motor depende de vários factores, tais como: potêncianominal, carga do motor, frequência, velocidade de rotação, tensão, etc..Geralmente, para evitar um factor de potência capacitivo, determina-se a corrente reactiva docondensador para 90 % da corrente em vazio do motor.Se este dado não estiver disponível, podemos corrigir, correctamente, com um condensador depotência de 25 % da potência aparente do motor (potência em KVA).Os equipamentos da série CFM foram expressamente concebidos para esta aplicação. COMO SE CALCULA A POTÊNCIA DOS CONDENSADORES PARA CORRIGIR UM TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA A potência reactiva de um transformador, relativamente à sua potência nominal, é muito inferior àde um motor assíncrono, porque a indutância de um transformador é elevada devido ao circuitoelectromagnético.O Condensador tem como objectivo corrigir a intensidade magnetizante do transformador queserve para criar uma campo magnético ao seu funcionamento. Em geral, porque ocondensador deve compensar unicamente a corrente em vazio fortemente desfasada, deverá serutilizado um condensador com uma intensidade de cerca de 90 % da intensidade em vazio dotransformador.
  10. 10. Se este dado não estiver disponível, pode-se compensar, correctamente, com um condensador depotência com 3 a 5 % da potência aparente do transformador.Os equipamentos da série CFT foram concebidos especialmente para esta aplicação. COMO CORRIGIR CORRECTAMENTE O FACTOR DE POTÊNCIA DE UMA MÁQUINA DE SOLDAR POR PONTOSAs máquinas de soldar estáticas são constituídas por um transformador de forte dispersão de fluxomagnético e cujo o factor de potência tem um valor altamente variável, geralmente entre Cos φ0,25 e Cos φ 0,50.Valores assim baixos são devidos à forte reactância do braço do porta eléctrodos e à distorção daforma de onda.O primário do transformador permanece sempre em tensão e a carga é fortemente variável. Por estarazão estamos na presença de um transformador que geralmente trabalha em vazio ou a baixa cargacom consequente factor de potência muito baixo.Um notável melhoramento das condições de trabalho destas máquinas, consegue-se com ainstalação de um condensador, cuja potência será correspondente a 30 a 40 % da potênciaaparente da máquina de soldar .
  11. 11. ESQUEMA DE LIGAÇÃO DE UM TRANSFORMADOR DE INTENSIDADE

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