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trabalho sobre correção de fator de potencia em redes eletrica
Tipologia: Notas de estudo
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1.1 Contexto
Hoje em dia a Qualidade da Energia é uma das maiores preocupações de muitas em-
presas, sejam elas do ramo comercial ou industrial, de pequeno ou grande porte, pois interfere
diretamente no consumo de energia, gerando assim mais gastos para a empresa. Além disso, a
questão ambiental também pode ser levada em conta pelo fato de que as fontes de energia são
retiradas da natureza.
Assim, entende-se por Qualidade de Energia o grau no qual tanto a utilização quanto a
distribuição de energia elétrica afetam o desempenho dos equipamentos elétricos. Em países
como Estados Unidos e também na Europa já existem normas que visam melhorar a Qualida-
de da Energia estabelecendo limites para o consumo de Energia Reativa e também limitando a
Distorção Harmônica que as cargas podem produzir na rede elétrica. Com isso, é possível
obter uma série de benefícios, como por exemplo, a diminuição de perdas, melhor aproveita-
mento da capacidade de transformadores, redução da interferência nos sistemas de telefonia e
comunicação, aumento da vida útil dos equipamentos, entre outros.
Objetivando otimizar o uso da energia elétrica gerada no país, o extinto DNAEE (De-
partamento Nacional de Águas e Energia Elétrica), atualmente com a denominação ANEEL
(Agência Nacional de Energia Elétrica), através do decreto nº 479 de 20 de março de 1992
estabeleceu que o fator de potência mínimo dever ser 0,92. Com o avanço da tecnologia e
com o aumento das cargas não lineares nas instalações elétricas, a correção do fator de potên-
cia passa a exigir alguns cuidados especiais. Portanto, é importante buscar orientação profis-
sional para uma correta instalação de capacitores, corrigindo efetivamente o fator de potência
e proporcionando às empresas maior qualidade e maior competitividade. A medida mais utili-
zada entre as grandes empresas e indústrias é a correção do Fator de Potência através da insta-
lação de banco de capacitores. Logo, será apresentado um estudo sobre Fator de Potência,
onde será possível entender o seu significado prático e também os benefícios da sua cor
1.2 Objetivos Gerais
ficos.
1.3 Objetivos Específicos
Fator de Potência
Figura 2 – Triângulo das Potências Fonte: Trabalho Fator de Mato Grosso. Cuiabá, 2001.
Para melhor entender o real significado dessas três potências, podem ser feitas alg
mas analogias:
Figura 3 – Analogia da Cerveja Fonte: Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento dendo o Fator de Potência.
Como pode ser visto na Figura 1, a Potencia Ativa (W) representa a porção líquida do
copo, ou seja, a parte que realmente será u
é perfeito, junto com a cerveja vem uma parte de espuma, representada pela Potência Reativa
(Var). Essa espuma está ocupando lugar no copo, porém não é utilizada para matar a sede.
O conteúdo total do copo
veja ocupam espaço no copo, da mesma forma que potência ativa e reativa ocupam a rede
elétrica, diminuindo a real capacidade de transmissão de potência ativa da rede, em função de
potência reativa ali presente.
Assim, a energia ativa é a responsável pela realização de trabalho útil e a energia re
tiva pelo surgimento do campo magnético das cargas indutivas.
Triângulo das Potências Fonte: Trabalho Fator de Potência, Eng. Valdecir Mateus - Universidade Federal de Mato Grosso. Cuiabá, 2001.
Para melhor entender o real significado dessas três potências, podem ser feitas alg
Analogia da Cerveja Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento - CP Eletrônica S.A. dendo o Fator de Potência. Porto Alegre, 2000.
Como pode ser visto na Figura 1, a Potencia Ativa (W) representa a porção líquida do
copo, ou seja, a parte que realmente será utilizada para matar a sede. Como na vida nem tudo
é perfeito, junto com a cerveja vem uma parte de espuma, representada pela Potência Reativa
(Var). Essa espuma está ocupando lugar no copo, porém não é utilizada para matar a sede.
O conteúdo total do copo representa a Potência Aparente. Tanto a espuma quanto ce
veja ocupam espaço no copo, da mesma forma que potência ativa e reativa ocupam a rede
elétrica, diminuindo a real capacidade de transmissão de potência ativa da rede, em função de
li presente. Assim, a energia ativa é a responsável pela realização de trabalho útil e a energia re
tiva pelo surgimento do campo magnético das cargas indutivas.
Universidade Federal de
Para melhor entender o real significado dessas três potências, podem ser feitas algu-
CP Eletrônica S.A. – Enten-
Como pode ser visto na Figura 1, a Potencia Ativa (W) representa a porção líquida do tilizada para matar a sede. Como na vida nem tudo
é perfeito, junto com a cerveja vem uma parte de espuma, representada pela Potência Reativa
(Var). Essa espuma está ocupando lugar no copo, porém não é utilizada para matar a sede.
representa a Potência Aparente. Tanto a espuma quanto cer-
veja ocupam espaço no copo, da mesma forma que potência ativa e reativa ocupam a rede
elétrica, diminuindo a real capacidade de transmissão de potência ativa da rede, em função de
Assim, a energia ativa é a responsável pela realização de trabalho útil e a energia rea-
Com base nos conceitos básicos apresentados pode se dizer que o Fator de Potência é
a grandeza que relaciona a Potência Ativa e a Potência Aparente, conforme é observado na
Equação 1 abaixo:
Equação 1 - Fator de Potência Simplificado
A analogia da cerveja pode ser utilizada para as seguintes conclusões iniciais:
quanto menos Potência Reativa for consumida, maior será o Fator de Potência.
ou seja, toda a potência drenada da fonte (rede elétrica) é convertida em trabalho.
ativa, mais baixo será o Fator de Potência.
A legislação ANEEL
de Potência deve ser mantido o mais próximo possível da unidade (1), mas permite um valor
mínimo de 0,92.
Se o Fator de Potência estiver abaixo desse mínimo, a conta de energia elétrica sofrerá
um ajuste em reais, com base no seguinte cál
Equação 2 – Acréscimo Valor da Fatura
2.1.1 Principais Causas do Baixo Fator de Potência
om base nos conceitos básicos apresentados pode se dizer que o Fator de Potência é a que relaciona a Potência Ativa e a Potência Aparente, conforme é observado na
Fator de Potência Simplificado
A analogia da cerveja pode ser utilizada para as seguintes conclusões iniciais: Quanto menos espuma tiver no copo, haverá mais cerveja. Da mesma maneira,
quanto menos Potência Reativa for consumida, maior será o Fator de Potência.
Se um sistema não consome Potência Reativa, possui um Fator de Potência unitário, potência drenada da fonte (rede elétrica) é convertida em trabalho. Quanto maior for o consumo de energia reativa, para o mesmo consumo de energia
ativa, mais baixo será o Fator de Potência.
A legislação ANEEL conforme art. 64 da Resolução 456/2000 dete
de Potência deve ser mantido o mais próximo possível da unidade (1), mas permite um valor
Se o Fator de Potência estiver abaixo desse mínimo, a conta de energia elétrica sofrerá
um ajuste em reais, com base no seguinte cálculo:
Acréscimo Valor da Fatura
2.1.1 Principais Causas do Baixo Fator de Potência
Motores trabalhando em vazio durante grande parte de tempo;
Motores superdimensionados para as respectivas cargas;
Grandes transformadores alimentando pequenas cargas por muito tempo; Lâmpadas de descargas (de vapor de mercúrio, fluorescente, etc.), sem corr ção individual do fator de potência; Grande quantidade de motores de pequena potência.
om base nos conceitos básicos apresentados pode se dizer que o Fator de Potência é a que relaciona a Potência Ativa e a Potência Aparente, conforme é observado na
A analogia da cerveja pode ser utilizada para as seguintes conclusões iniciais: Quanto menos espuma tiver no copo, haverá mais cerveja. Da mesma maneira,
quanto menos Potência Reativa for consumida, maior será o Fator de Potência.
Se um sistema não consome Potência Reativa, possui um Fator de Potência unitário, potência drenada da fonte (rede elétrica) é convertida em trabalho. Quanto maior for o consumo de energia reativa, para o mesmo consumo de energia
456/2000 determina que o Fator
de Potência deve ser mantido o mais próximo possível da unidade (1), mas permite um valor
Se o Fator de Potência estiver abaixo desse mínimo, a conta de energia elétrica sofrerá
Motores trabalhando em vazio durante grande parte de tempo;
pequenas cargas por muito tempo; Lâmpadas de descargas (de vapor de mercúrio, fluorescente, etc.), sem corre-
2.2.1 Tipos de Instalação de Banco de Capacitores
A correção pode ser feita instalando os
do como objetivo a conservação de energia e a relação custo/beneficio:
a) Correção na entrada da energia de alta tensão: corrige o fator de potência visto pela
concessionária, permanecendo internamente todos os
de potência.
b) Correção na entrada de energia de baixa tensão: Permite uma correção bastante si
nificativa, normalmente com bancos automáticos de capacitores. Utiliza
ção em instalações elétricas com elevado numero de cargas com potências diferentes e reg
mes de utilização pouco uniformes. A principal desvantagem consiste em não haver alívio
sensível dos alimentadores de cada equipamento.
c) Correção por grupos de cargas: o capacitor é instalad
ou um conjunto de pequenas máquinas (<10 cv). É instalado junto ao quadro de distribuição
que alimenta esses equipamentos. Tem como desvantagem não diminuir a corrente nas al
mentadoras de cada equipamento.
d) Corrente localizada: é obtida instalando
se pretende corrigir o fator de potência.
ção, apresentando as seguintes vantagens:
Figura 4 – Banco de Capacitores WEG Fonte: Manual para Correção do Fator de cia WEG. São Paulo, 2006.
2.2.1 Tipos de Instalação de Banco de Capacitores
A correção pode ser feita instalando os capacitores de quatro maneiras diferentes, te
do como objetivo a conservação de energia e a relação custo/beneficio:
Correção na entrada da energia de alta tensão: corrige o fator de potência visto pela
concessionária, permanecendo internamente todos os inconvenientes citados pelo baixo fator
Correção na entrada de energia de baixa tensão: Permite uma correção bastante si
nificativa, normalmente com bancos automáticos de capacitores. Utiliza
as com elevado numero de cargas com potências diferentes e reg
mes de utilização pouco uniformes. A principal desvantagem consiste em não haver alívio
sensível dos alimentadores de cada equipamento.
Correção por grupos de cargas: o capacitor é instalado de forma a corrigir um setor
ou um conjunto de pequenas máquinas (<10 cv). É instalado junto ao quadro de distribuição
que alimenta esses equipamentos. Tem como desvantagem não diminuir a corrente nas al
mentadoras de cada equipamento.
izada: é obtida instalando-se os capacitores junto ao equipamento que
se pretende corrigir o fator de potência. Representa do ponto de vista técnico, a melhor sol
ção, apresentando as seguintes vantagens:
Reduz as perdas energéticas em toda a instalação; Diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos;
Banco de Capacitores WEG Fonte: Manual para Correção do Fator de Potên- cia WEG. São Paulo, 2006.
capacitores de quatro maneiras diferentes, ten-
Correção na entrada da energia de alta tensão: corrige o fator de potência visto pela inconvenientes citados pelo baixo fator
Correção na entrada de energia de baixa tensão: Permite uma correção bastante sig-
nificativa, normalmente com bancos automáticos de capacitores. Utiliza-se este tipo de corre-
as com elevado numero de cargas com potências diferentes e regi-
mes de utilização pouco uniformes. A principal desvantagem consiste em não haver alívio
o de forma a corrigir um setor
ou um conjunto de pequenas máquinas (<10 cv). É instalado junto ao quadro de distribuição
que alimenta esses equipamentos. Tem como desvantagem não diminuir a corrente nas ali-
se os capacitores junto ao equipamento que do ponto de vista técnico, a melhor solu-
Reduz as perdas energéticas em toda a instalação; Diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos;
e) Correção Mista: no ponto de vista "Conservação de Energia", considerando aspe
tos técnicos, práticos e financeiros, torna
correção mista:
Figura 4 – Diagrama dos Tipos de Instalação de Banco de Capacitores Fonte: Manual para Correção do Fator de
2.2.2 Benefícios da Correção do Fator de Potência
Pode-se utilizar em sistema único de acionamento para a carga e o c pacitor, economizando-se um equipamento de manobra;
Gera potência reativa somente onde é necessário.
Correção Mista: no ponto de vista "Conservação de Energia", considerando aspe
tos técnicos, práticos e financeiros, torna-se a melhor solução. Usa-se o seguinte critério para
Instala-se um capacitor fixo diretamente no lado secundário do t
Motores de aproximadamente 10 cv ou mais, corrige (cuidado com motores de alta inércia, pois não se deve dispensar o uso de corrente p ra manobra dos capacitores sempre que a corrente nominal dos mesmos for superior a rrente de excitação do motor);
Motores com menos de 10 cv, corrige-se por grupos; Redes próprias para iluminação com lâmpadas de descarga, usando reatores de baixo fator de potência, corrige-se na entrada da rede; Na entrada instala-se um banco automático de pequena potência para
Diagrama dos Tipos de Instalação de Banco de Capacitores Fonte: Manual para Correção do Fator de Potência WEG. São Paulo, 2006
2.2.2 Benefícios da Correção do Fator de Potência Diminuição nas variações de tensão;
Diminuição de aquecimento nos condutores;
se utilizar em sistema único de acionamento para a carga e o ca-
Gera potência reativa somente onde é necessário.
Correção Mista: no ponto de vista "Conservação de Energia", considerando aspec- se o seguinte critério para
se um capacitor fixo diretamente no lado secundário do trans-
Motores de aproximadamente 10 cv ou mais, corrige-se localmente (cuidado com motores de alta inércia, pois não se deve dispensar o uso de corrente pa- ra manobra dos capacitores sempre que a corrente nominal dos mesmos for superior a
se por grupos; Redes próprias para iluminação com lâmpadas de descarga, usando-se se na entrada da rede; automático de pequena potência para
Potência WEG. São Paulo, 2006
P 1 = ∆S cos φ 2 Os valores da corrente total e da capacitância do banco a ser colocado, para sistema monofásico serão dados por: I 2 = S 2 C = ∆Q U 6, 2832 f U^2 para sistema trifásico serão dados por: I 2 = S 2 C = ∆Q 1,7321U 10,8828 f U^2
O percentual de potência ativa liberada será dado por: P 1 (%) = 100 P 1 P A economia financeira gerada após a instalação do banco de capacitores com base na tarifa cobrada pela CEMIG é dada pela equação: Tarifa (KW/h) = R$ 0, 56933977 Economia = P 1 * 0, 56933977 10
Além da economia gerada pela potencia ativa liberada para o sistema elétrico também
se deve levar em conta a diminuição ou até mesmo o desaparecimento da multa cobrada pelas
concessionárias de energia pelo Faturamento de Excedente Reativo.
2.2.4 Programa de Cálculo da Economia em linguagem C++
Em linguagem C++ desenvolveu-se um projeto para facilitar o cálculo da potência ati-
va liberada, a porcentagem e o valor de economia gerada após a instalação do banco de capa-
citores.
Codificação
Tela 1 – Tela de programação que executa o cálculo da economia gerada. Fonte: Trabalho de Projeto Interdisciplinar de Engenharia Elétrica -. Centro Universi- tário do Leste de Minas Gerais - Pedro Ubaldino Pinto Neto. Minas Gerais, 2011.
Botão Calcular - Efetua os cálculos Botão Limpar - Limpa da tela os dados inseridos Botão Sair - Sai da tela principal.
private: System::Windows::Forms::GroupBox^ groupBox3;
private: System::Windows::Forms::Label^ label4; private: System::Windows::Forms::Label^ label3; private: System::Windows::Forms::Label^ label2;
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private: System::Windows::Forms::Label^ label9; private: System::Windows::Forms::Label^ label8; private: System::Windows::Forms::Label^ label7; private: System::Windows::Forms::Label^ lblResposta1;
private: System::Windows::Forms::Label^ label11; private: System::Windows::Forms::Label^ label10; private: System::Windows::Forms::Label^ label6; private: System::Windows::Forms::Label^ label1; protected:
private: ///
#pragma region Windows Form Designer generated code ///
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// label // this->label3->AutoSize = true; this->label3->Location = System::Drawing::Point(6, 40); this->label3->Name = L"label3"; this->label3->Size = System::Drawing::Size(167, 15); this->label3->TabIndex = 2; this->label3->Text = L"Fator de Potência Calculado :"; // // label // this->label2->AutoSize = true; this->label2->Location = System::Drawing::Point(6, 89); this->label2->Name = L"label2"; this->label2->Size = System::Drawing::Size(205, 15); this->label2->TabIndex = 1; this->label2->Text = L"Potência Ativa Analisada Wattímetro:"; // // groupBox // this->groupBox2->Controls->Add(this->button2); this->groupBox2->Controls->Add(this->button3); this->groupBox2->Controls->Add(this->button1); this->groupBox2->Font = (gcnew System::Drawing::Font(L"Microsoft Sans Serif", 9, System::Drawing::FontStyle::Bold, System::Drawing::GraphicsUnit::Point, static_cast<System::Byte>(0))); this->groupBox2->Location = System::Drawing::Point(25, 187); this->groupBox2->Name = L"groupBox2"; this->groupBox2->Size = System::Drawing::Size(525, 103); this->groupBox2->TabIndex = 1; this->groupBox2->TabStop = false; this->groupBox2->Text = L"Comandos"; // // button // this->button2->Font = (gcnew System::Drawing::Font(L"Microsoft Sans Serif", 12, System::Drawing::FontStyle::Bold, System::Drawing::GraphicsUnit::Point, static_cast<System::Byte>(0))); this->button2->Image = (cli::safe_cast<System::Drawing::Image^
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this->label6->Name = L"label6"; this->label6->Size = System::Drawing::Size(221, 36); this->label6->TabIndex = 14; // // label // this->label9->AutoSize = true; this->label9->Location = System::Drawing::Point(6, 197); this->label9->Name = L"label9"; this->label9->Size = System::Drawing::Size(199, 15); this->label9->TabIndex = 12; this->label9->Text = L"Economia Gerada com Instalação :"; // // label // this->label8->AutoSize = true; this->label8->Location = System::Drawing::Point(6, 144); this->label8->Name = L"label8"; this->label8->Size = System::Drawing::Size(235, 15); this->label8->TabIndex = 11; this->label8->Text = L"Porcentagem de Potência Ativa Liberada :"; // // label // this->label7->AutoSize = true; this->label7->Location = System::Drawing::Point(6, 78); this->label7->Name = L"label7"; this->label7->Size = System::Drawing::Size(189, 30); this->label7->TabIndex = 10; this->label7->Text = L"Potência Ativa Liberada após\r\nInstalação Banco de Capacitores:"; // // Form // this->AutoScaleDimensions = System::Drawing::SizeF(6, 13); this->AutoScaleMode = Sys- tem::Windows::Forms::AutoScaleMode::Font; this->ClientSize = System::Drawing::Size(572, 539); this->Controls->Add(this->groupBox3); this->Controls->Add(this->groupBox2); this->Controls->Add(this->groupBox1); this->Icon = (cli::safe_cast<System::Drawing::Icon^ >(resources-
GetObject(L"$this.Icon"))); this->MaximizeBox = false; this->Name = L"Form1"; this->Text = L"Cálculo de BANCO DE CAPACITORES - EngEL01"; this->Load += gcnew System::EventHandler(this, &Form1::Form1_Load); this->groupBox1->ResumeLayout(false); this->groupBox1->PerformLayout();
this->groupBox2->ResumeLayout(false); this->groupBox3->ResumeLayout(false); this->groupBox3->PerformLayout(); this->ResumeLayout(false);
} #pragma endregion // button1 - Calcular float Q1,Q2,P1,P2,P3,P4,S1,S2,FP1,FP2,quadP1,quadQ1,quadP2,quadQ2,quadS2,somaquad1; float somaquad2,subquad1,ang1,ang2,deltaQ,deltaS,cosang2,economia;
//Q1 = Convert::ToDouble(txtBox1->Txt); //P1 = Convert::ToDouble(txtBox2->Txt); //FP2 = Convert::ToDouble(txtbox4->Txt);
//Boottun2 - Limpar // private: System::Void button2_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) {
}
// button3 - sair private: System::Void button3_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) { Form1::Close(); }
private: System::Void groupBox1_Enter(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) { } private: System::Void Form1_Load(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) { } private: System::Void button2_Click_1(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) { textBox1->Clear(); textBox2->Clear(); textBox3->Clear(); textBox1->Focus(); } private: System::Void button1_Click(System::Object^ sender, System::EventArgs^ e) { float Q1,Q2,P1,P2,P3,P4,S1,S2,FP1,FP2,quadP1,quadQ1,quadP2,quadQ2,quadS2; float soma- quad1,somaquad2,subquad1,ang1,ang2,deltaQ,deltaS,cosang2,economia;
Q1 = Convert::ToDouble(textBox1->Text); P1 = Convert::ToDouble(textBox2->Text); FP2 = Convert::ToDouble(textBox3->Text);
quadQ1=Q1Q1; quadP1=P1P1;