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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 con- seqüência, a estrutura física também deve ser reforçada. Em segundo lugar há o fato de que a legislação permite às concessionárias a cobrarem do consumidor pesadas multas devidas ao rea- tivo excessivo.
2. O QUE É O FATOR DE POTÊNCIA? O fator de potência é um fenômeno produzido pelas cargas que possuem indutâncias (todas a- quelas 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 consumi- dor e enviada à rede da concessionária. O problema é que essa potência é prejudicial ao siste- ma, motivo pelo qual é necessário fazer uma “filtragem”. Essa “filtragem” é feita com o uso de capacitores. Para visualizar o problema, imagine a água limpa que sai de um cano e é utilizada para lavar 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 rea- tiva, 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.
TÉCNICAS DE PROJETO DE BANCOS AUTOMÁTICOS PARA
CORREÇÃO 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 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 úl- timas faturas e fazer a determinação das médias aritméticas de cada um dos dois itens envolvi- dos. Muito cuidado na determinação dessas médias com relação a questões do tipo sazonalida- de 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, colo- car capacitores que ligam e desligam sempre junto com o motor. Esse procedimento evita um aumento no tamanho do banco e também grandes variações na demanda. Exemplo : suponhamos que as três ultimas faturas de uma certa empresa apresentaram os se- guintes números referentes à demanda e ao fator de potência:
Para a situação acima as médias aritméticas são:
- Fator de potência: 75,3% = 0,
- 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, Trace uma outra linha vertical partindo do fator de potência de desejado: 0, Anote o número onde as duas linhas se encontram: 0,456.
Utilizando-se uma calculadora científica poderíamos chegar ao mesmo valor da seguinte manei- ra:
Multiplicador 0,
Multiplicador X1-X
X2 0,
X1 0,
X2 tg(ArcCos(0,92))
X1 tg(ArcCos(0,75))
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 sobre 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%).
Último mês Penúltimo mês Antepenúltimo mês Fator de potência (%) 75% 79% 72% Demanda (KVA) 120 115 110
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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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 necessá- rios 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 está- gios: 1° Estágio 2,5 KVAR 2° Estágio 5 KVAR 3° Estágio 10 KVAR 4° Estágio 20 KVAR 5° Estágio 20 KVAR 6° Estágio 20 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 3° Estágio 10 KVAR 4° Estágio 10 KVAR 5° Estágio 10 KVAR 6° Estágio 10 KVAR 7° Estágio 10 KVAR 8° Estágio 10 KVAR
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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 ba- rato, 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.
Determinação da relação do TC: Escolher corretamente a relação do TC é de suma importância para o correto funcionamento do banco automático. A escolha de um TC cuja relação esteja abaixo da corrente máxima da insta- lação pode produzir leituras erradas nos momentos de pico de demanda. Por outro lado, a esco- lha de um TC com relação muito acima da corrente máxima da instalação faz com que o contro- lador não tenha sensibilidade suficiente para sentir pequenas mudanças na corrente elétrica. O modo mais correto para determinar a relação do TC é determinar a corrente máxima da insta- lação, utilizando-se para isso a demanda máxima medida em um período de tempo usando as seguintes fórmulas:
Caso 1: para redes 220VCA entre fases I = Demanda/
Caso 2: para redes 380VCA entre fases I = Demanda/
Para ambas as situações, escolher um TC, no mínimo 25% acima do valor da corrente calculada pelas fórmulas.
Exemplo: Determinar a relação do TC para uma instalação em 220V entre fases com demanda de 115kW. I = 115.000/380 = 302A Æ Escolher o TC 400/5A.
Exemplo: Determinar a relação do TC para uma instalação em 380V entre fases com demanda de 115kW. I = 115.000/660 = 174A Æ Escolher o TC 200/5A ou 300/5A.
Suponhamos que no primeiro caso tivéssemos escolhido um TC com relação 1000/5A. Isso iria trazer uma grande problema quando a instalação estivesse com uma demanda baixa, pois o con- trolador não iria receber corrente suficiente para ativar os bancos. Se ao invés tivéssemos esco- lhido 300A, haveria saturação do núcleo do TC quando a demanda estivesse passando por um máximo.
6. DICAS DE INSTALAÇÃO DO CONTROLADOR AUTOMÁTICO DE FATOR DE POTÊNCIA
CFP12 DA CCA. O controlador de fator de potência CCA, modelo CFP12, foi projetado para ser o mais eficiente controlador do mercado. O primeiro fator que foi levado em conta durante o pro- jeto foi a modernidade do circuito eletrônico. Este circuito é totalmente gerenciado por um micro-
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