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Celso Gonçalves, Duarte Ribeiro, Filipe Gomes

Serzedo

20 14

O QUE É O FATOR DE POTÊNCIA?

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CORRECÇÃO DO FACTOR DE POTÊNCIA DE UMA INSTALAÇÃO ELÉCTRICA

Sobre o custo da energia eléctrica inside, consideravelmente, a penalização por baixo factor de 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 de corrigir o Cos φ da instalação.

A correcção é uma técnica que, melhorando o factor de potência da máquina, permite a utilização racional da energia, realizando importantes poupanças económicas e importantes melhoramentos técnicos.

As vantagens económicas são tanto mais importantes quanto maior é o consumo de energia eléctrica.

O BAIXO FACTOR DE POTÊNCIA

O factor de potência envolve a relação de dois tipos de potência: a potência activa e a potência reactiva.

A maior parte das cargas, no actual sistema eléctrico de distribuição, são indutivas. Isto significa que, para funcionarem, necessitam de um campo electromagnético e de receber da rede dois tipos de potência:

Potência Activa: responsável pelo trabalho, calor, força, movimento, etc..

Potência Reactiva: produz apenas o campo electromagnético necessário ao funcionamento da máquina.

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, que se mede em KVA.

O factor de potência, que se designa por Cos φ, é a relação entre a potência activa e a potência aparente 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 reactiva pode não ser fornecida pelo distribuidor de energia eléctrica, mas sim por equipamentos com condensadores.

Fig. 1	Fig. 2

No caso de carga indutiva verifica-se um desfasamento entre a curva da tensão e a de intensidade em que a intensidade está em atraso relativamente à tensão, atingindo os seus valores máximos e os valores zero mais tarde do que a tensão.

Este fenómeno está representado na figura A, enquanto a figura B representa as sinusoides da tensão e da intensidade de uma carga resistiva, perfeitamente em fase e a figura C com uma carga capacitiva com a sinusoide da intensidade avançada relativamente à tensão.

Figura A

Figura B

Figura C

Se o factor de potência médio mensal é inferior a 0,93 indutivo (ou 0,96 em determinados casos) o fornecedor de energia incluirá na factura a penalização por baixo factor de potência.

ATENÇÃO

No caso da instalação ficar, nas horas de vazio (22 h ás 8 h do dia seguinte) o fornecedor de energia debitará, como penalização, toda a energia reactiva fornecida à rede.

COMO CORRIGIR O COS φ DE UMA INSTALAÇÃO ELÉCTRICA

O modo mais simples e económico de resolver o problema do baixo factor de potência de uma instalação eléctrica é o de ligar condensadores em paralelo com a carga.

Os condensadores funcionam como geradores de energia reactiva, fornecendo ás máquinas eléctricas toda a energia reactiva necessária para manter o campo electromagnético.

Na prática, os condensadores têm a propriedade de "absorver" uma intensidade que está em antecipação de 90º relativamente à tensão, comportando-se como um verdadeiro gerador de energia reactiva 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 a intensidade da corrente de entrada, melhora o Cos φ e anula a penalização na factura, do excedente de energia reactiva consumida.

Pelo diagrama verificamos, por exemplo, que uma máquina ou um quadro eléctrico que esteja com Cos 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 φ

Numa instalação devidamente corrigida, o utilizador paga apenas a energia que efectivamente utiliza.

Por exemplo: Numa instalação com o Cos φ = 0,7 indutivo, apenas 70 % da potência fornecida pelo transformador do P.T., é utilizada para produzir trabalho útil, enquanto o restante é energia reactiva solicitada pela máquina para criar campos electromagnéticos.

Com a carga perfeitamente corrigida Cos φ = 1, portanto com a energia reactiva fornecida por condensadores, o transformador pode fornecer até cerca de 98 % da sua potência.

A instalação de condensadores permite também outros benefícios:

• 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 INSTALAÇÃO

Os condensadores podem ser instalados em qualquer ponto da rede eléctrica que possua máquinas eléctricas com baixo factor de potência, porém, o local exacto deverá ser devidamente ponderado em função de razões técnicas e razões económicas.

Numa industria o n.º de motores eléctricos ou máquinas de carga indutiva pode ser elevado e cada uma necessita de 1 condensador de potência adequada com o respectivo cabo de ligação, protecção e aparelho de corte.

Por outro lado não é permitido, por normas de segurança, a instalação de condensadores fixos, isto é permanentemente ligados à rede, excepto os colocados para a correcção do transformador de potência, 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 tensão quando 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 ser corrigida além do Cos φ = 1, para evitar sobrecompensação, os quais podem dar origem a graves desequilíbrios na rede, tais como, perigosos aumentos de tensão, sobrecargas de intensidade na linha e nos aparelhos de distribuição.

Todos estes problemas são resolvidos com a correcção centralizada, que consiste na montagem de 1 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 reactiva dos condensadores (dividida em diversos escalões) segundo o andamento da carga, para obter, em cada momento, uma perfeita correcção do factor de potência.

Terminada a actividade da carga (fim da laboração) o equipamento desliga os escalões ainda em serviço e aguarda um novo ciclo de trabalho.

Esta solução designada por correcção centralizada, é a mais económica, mas, tecnicamente a menos correcta.

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.

COMO SE CALCULA O FACTOR DE POTÊNCIA DE UMA INSTALAÇÃO

O Cos φ médio de uma instalação a corrigir é um parâmetro fundamental para calcular a potência do 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 Cos φ indicados nas facturas do fornecedor de energia. Se este valor não estiver disponível, será suficiente aplicar a fórmula a seguir indicada, a qual permite encontrar o Cos φ conhecendo o consumo 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 dos contadores durante um período suficiente (1 mês), conhecendo eventuais factores de multiplicação dessas leituras.



Em que: Energia Activa = Energia Activa (Horas Cheias + Horas de Ponta)

Exemplo:
Energia Activa Horas Cheias = 14.140 kWh
Energia Activa Horas Ponta = 5.660 kWh
Energia Activa Total = 19.800 Kwh
Energia Reactiva Fora do Vazio = 20.770 Kvarh




Consultando a tabela seguinte, pode-se calcular facilmente a potência dos condensadores ou do equipamento necessário para corrigir a instalação.