Projeto bancos capacitores

BOLETIM TÉCNICO 19/07
TÉCNICAS DE PROJETO DE BANCOS AUTOMÁTICOS PARA
CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA
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 reativo
excessivo.
2. O QUE É O FATOR DE POTÊNCIA?
O fator de potência é um fenômeno produzido pelas cargas que possuem indutâncias (todas
aquelas 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 que
produz picos negativos de potência. Essa potência negativa é gerada pelas cargas do consumidor
e 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 isso
acontecesse à água da rede sujaria e haveria um prejuízo coletivo. É mais ou menos isso que
acontece quando a potência produzida pelas cargas indutivas, denominada de potência reativa, é
devolvida à rede elétrica.
3. ESCOLHA DO MODO DE CORREÇÃO
A correção de fator de potência pode ser feita, no mínimo, de duas maneiras: correção manual
nas 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 bancos
automáticos, até porque as medições de fator de potência da concessionária são rigorosas e o
não cumprimento dos parâmetros mínimos gera pesadas multas. Neste trabalho abordaremos
apenas a correção com banco automático. Sempre que se fala no controlador automático de fator
de potência, toma-se como base o CFP12 da CCA Materiais Elétricos.
1

4. DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE KVAR NECESSÁRIOS:
Para determinar a quantidade de KVAR necessários no banco é necessário levar em conta as
médias da demanda e do fator de potência atuais. Esses dados, geralmente, são conseguidos
nas 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 ou
com projetos de expansão já definidos e que possam produzir aumento do consumo de energia
elétrica. Há instalações onde durante certos meses do ano o consumo é bem maior, o que pode
conduzir a cálculos errôneos das médias.
Outro detalhe que deve ser considerado é a presença de grandes motores na instalação. Nesse
caso é interessante, porém, não obrigatório, corrigir esses motores fora do banco, ou seja, colocar
capacitores 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:
Último mês Penúltimo mês Antepenúltimo mês
Fator de potência (%) 75% 79% 72%
Demanda (KVA) 120 115 110
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 calculadora
científica:
Na tabela, trace uma linha horizontal partindo do fator de potência atual: 0,75
Trace uma outra linha vertical partindo do fator de potência de desejado: 0,92
Anote o número onde as duas linhas se encontram: 0,456.
Utilizando-se uma calculadora científica poderíamos chegar ao mesmo valor da seguinte maneira:

X1 tg(Arc Cos(0,75))

X2 tg(Arc Cos(0,92))

X1 0,88

X2 0,42

Multiplicador X1 - X2

Multiplicador 0,46
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 precisaria
para manter o fator de potência em 0,92 (92%).
2
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.

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 comportamento
das 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 não
ocorra 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 de
10 KVA e a média do fator de potência, como no nosso exemplo, está em 0,75, pode-se recorrer
à tabela para verificar qual o menor capacitor que o banco deve conter. Na nossa tabela temos
um multiplicador de 0,456, que multiplicado pela demanda mínima nos dá 4,5 KVAR. Ou seja: o
menor capacitor deve ser menor do que 4,5 KVAR. Se for utilizado um capacitor maior do que 4,5
KVAR, provavelmente ele não será acionado e gerará multa por excesso de reativo. Uma opção
comercial interessante seria utilizar 2,5 KVAR.
5.2. Fazer uma distribuição lógica do restante dos bancos de modo a conseguir sempre o
maior número possível de combinações. A distribuição dos capacitores nos vários estágios do
banco 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 as
cargas 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. Por
exemplo; 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 a
melhor para boa parte das instalações.
d) Na mesma linha de raciocínio, se o primeiro capacitor for 5 KVAR, o segundo será 10 KVAR, o
terceiro 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 grande
número de combinações possíveis.
Basicamente, com uma das seqüências de combinações apresentadas sempre é possível fazer
um 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 das
distribuições acima, por exemplo, a “c”. Suponha que o primeiro capacitor é de 2,5 KVAR. Veja as
combinações 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 passo
que o banco irá seguir.
5.3. Determinação do número de estágios necessários. A quantidade de estágios vai sempre
depender 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 uma
partida menor do que 3 KVAR e tenha um número adequado de possíveis combinações (como já
citado, 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 KVAR
2° Estágio 5 KVAR
3° Estágio 10 KVAR
Para o fechamento final ficamos com 77,5 KVAR.
Agora ficamos com a seqüência “c”
1° Estágio 2,5 KVAR
2° Estágio 5 KVAR
4

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 reserva
para futuras expansões.
6. DICAS DE INSTALAÇÃO DO CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE FATOR DE POTÊNCIA
CFP12 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 conta
durante o projeto foi a modernidade do circuito eletrônico. Este circuito é totalmente gerenciado
por um microprocessador de última geração, o que possibilita grande flexibilidade no controle de
fator de potência. O segundo importante item foi a facilidade de programação. Desde o início do
projeto a idéia foi levar ao cliente um controlador com programação extremamente fácil, o que foi
amplamente 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, ou
seja, serão necessárias as três fases.
Depois de feita a instalação, se o controlador estiver indicando valores negativos é porque o TC
está 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 não
estão 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 leds
localizados a direita com o nome de “Over Voltage, Under voltage, Over Vthd” e “Over or under
compensation” 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 a
tensão 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 parametrizado
de fator de potência. Esta condição pode ocorrer se o primeiro capacitor possui um valor de
KVAR muito elevado, que, se ligado torna a instalação capacitiva ou que todos os capacitores do
banco 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 sempre
que ocorrer uma condição em que o controlador não consegue atingir o fator de potência mínimo
para evitar multas, por isso é muito importante que seja instalado um buzzer ou uma corneta para
poder ouvir quando ocorre uma anormalidade deste tipo.
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