Controle de fator de potência – O que é e como funciona

Controle de fator de potência – O que é e como funciona

Você sabia que o problema de baixo fator de potência na instalação elétrica – que pode gerar multa da concessionária de energia, pode ser resolvido com a instalação dos controladores de fator de potência?

Observe a sua conta de energia elétrica. Se nela constar o consumo reativo excedente, isso é um sinal de que há um problema com o fator de potência. Quanto mais esse consumo estiver afastado do valor legal, maior será a multa aplicada pela concessionária de energia.

É aí que entram os controladores de fator de potência, que vão ajudar você a corrigir essa falha na instalação elétrica. Antes de apresentar os tipos de controladores de fator de potência, é necessário entender o que é o fator de potência.

O que é fator de potência?

O fator de potência (FP) é a medida de quanto da potência elétrica consumida está sendo convertida em trabalho útil. O mínimo permitido de fator de potência na conta de energia, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), é de 0,92. Se o valor estiver abaixo disso, a concessionária pode cobrar multa, como citado anteriormente.

As principais causas do baixo fator de potência são lâmpadas de descarga (fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio e vapor metálico) com reatores de baixo fator de potência (sem capacitor), transformadores em vazio (sem carga) ou com baixa carga e motores de indução (motores mais usados na indústria).

O que é e como funciona o controlador de fator de potência

ST8200C Controlador de fator de potênciaOs controladores de fator de potência medem a tensão e a corrente da carga de forma contínua, calculando os seus valores através de algoritmos matemáticos, de forma a obter os valores TRUE RMS. Calculado dessa forma, o fator de potência considera o conteúdo harmônico da corrente e da tensão, resultando em medidas mais precisas.

Opcionalmente, o fator de potência pode ser obtido via interface serial da saída de usuário do registrador eletrônico de potência (REP). Neste caso, não há cálculo de harmônicos.

Conforme a necessidade, ou seja, sempre que o fator de potência indutivo fica abaixo do setpoint, os controladores ativam um ou mais bancos de capacitores, proporcionando, assim, uma correção eficiente.

Os controladores possuem diversas características cujo objetivo é proteger seu investimento nos bancos de capacitores. Entre elas está o tempo de repouso, ou seja, o tempo programado para evitar que um banco de capacitores seja religado logo após seu desligamento, o que poderia danificar o capacitor e certamente diminuiria a vida útil das contactoras (que conectam os capacitores à rede elétrica).

Da mesma forma, toda vez que o fator de potência ultrapassa o ponto de desligamento programado, através do desligamento de cargas indutivas que estavam sendo compensadas, o controlador desativa um ou mais bancos de capacitores, até que o fator de potência ultrapasse o ponto de desligamento programado.

Outra característica importante é o desligamento dos bancos de capacitores quando a tensão da rede atinge valores elevados, evitando sobretensões de longa duração, ou então quando o conteúdo harmônico da corrente e da tensão fica muito elevado, podendo causar ressonâncias na instalação e danificar os capacitores.

Exemplo de controlador de fator de potência

Os controladores ST8200C possuem diversas características cujo objetivo é proteger seu investimento nos bancos de capacitores. Entre elas está o tempo de repouso, ou seja, o tempo programado para evitar que um banco de capacitores seja religado logo após seu desligamento, o que poderia danificar o capacitor e certamente diminuiria a vida útil das contactoras (que conectam os capacitores à rede elétrica).

Esquemas elétricos de ligações

As figuras a seguir mostram os esquemas de ligação dos controladores ST8200C.

Conexões ST8200C fase-neutro

Conexões ST8200C fase-fase

OBS: O transformador de corrente (TC) deve estar posicionado imediatamente após a fonte de energia (subestação, transformador ou quadro geral) para medir a corrente proveniente das cargas e células de capacitores. Evite que a fiação de sinal do TC passe pelos mesmos dutos do comando das contactoras. A alimentação é feita através da entrada auxiliar.

Conexões ST8200C com ligação a interface de usuário

Observações importantes na instalação do controlador de fator de potência

O transformador de corrente (TC) deve estar posicionado logo após a fonte de energia (subestação, transformador ou quadro geral) para medir a corrente proveniente das cargas e células de capacitores, e o diâmetro de sua fiação não deve ser inferior a 2,5 mm2.

Quando a conexão da medição de tensão for entre duas fases, estas devem ser diferentes da fase em que se está monitorando a corrente, através do TC. Por sua vez, o TC deve ser ligado às entradas TC1 e TC2 do controlador.

Quando a conexão de medição de tensão for entre fase e neutro, o TC deverá estar na fase utilizada e conectado às entradas TC1 e TC2 do controlador.

Cada acionamento de contactora deve ser protegido com um fusível individual.

A fiação de medição da tensão e da corrente (TC) obrigatoriamente deve ser feita em dutos separados do comando das contactoras por uma distância de, no mínimo, 10 cm. A fiação também não deve passar nos dutos dos cabos de potência, onde circulará a corrente dos capacitores.

Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação xxx/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que o sinal do TC seja sempre ligado em série com o controlador. Os terminais do TC podem ser aterrados.

Tome cuidado com a tensão de alimentação e a forma de ligação das contactoras. O fio comum das contactoras deve ser diferente do utilizado na alimentação do controlador. Lembre que a tensão/corrente máxima de cada saída de acionamento é de 250VAC/5A.

Quando for utilizada a interface opcional para REP, sem conexão aos TCs e à tensão da rede, as medidas elétricas desses dois parâmetros serão zeradas.

É necessário aplicar tensão à entrada de medição para que sejam mostrados, no menu de medidas elétricas, tanto o parâmetro de tensão como o de corrente. Do contrário, esses dois parâmetros serão zerados.

Painel frontal do controlador de fator de potência

Os LEDs 1 a 16 indicam quando o respectivo banco de capacitores está sendo acionado.

LEDs indicadores

OK Equipamento ligado

ST Aceso, indica algum alarme ativo

RX Indica canal serial recebendo dados

TX Indica canal serial transmitindo dados

Fundamentos teóricos

Potência ativa

A potência ativa, conhecida também como potência real ou útil, é aquela que realiza um trabalho útil numa determinada carga. Essa carga, por sua vez, pode ser de iluminação ou qualquer outro dispositivo que converta a energia elétrica em alguma outra forma de energia útil. Isso quer dizer que a potência ativa é responsável por gerar luz, movimento, calor, etc. A unidade de medida da potência ativa é Watt (W). Dependendo da situação, pode ser o Quilowatt (kW).

Potência reativa

A potência aparente refere-se à potência total que uma determina fonte é capaz de fornecer a um sistema. Esta consiste na soma vetorial da potência ativa e da potência reativa. A sua unidade de medida é o Volt Ampère (VA) ou quilo Volt Ampère (kVA). No âmbito da comercialização de eletricidade, a potência aparente é toda a potência disponibilizada pelo comercializador de energia a um determinado imóvel.

Potência aparente

A potência aparente é definida como a potência total que uma determinada fonte é capaz de fornecer. A sua unidade de medida é o Volt Ampère (VA). Nesse sentido, a relação entre potência aparente e potência ativa é chamada fator de potência. Ou seja, este estabelece a relação da quantidade de energia fornecida pela fonte e a quantidade de energia que é efetivamente transformada em trabalho. Quando um fator de potência é alto significa que grande parte da energia que chega à instalação é transformada em trabalho. Quando é baixo significa que apenas uma pequena parcela da energia recebida é convertida em trabalho. Isso quer dizer que, quanto maior a quantidade de potência ativa, maior é o fator de potência.

O fator de potência

O fator de potência representa a relação entre a potência aparente e a potência ativa. Isto quer dizer que o fator de potência representa a relação entre a quantidade de energia que foi entregue pela fonte e a quantidade de energia que realmente foi transformada em trabalho, ou seja, que foi utilizada no imóvel em questão. Numa escala de zero a um, quanto maior for o fator de potência de uma carga, maior será a sua potência ativa, ou seja, aquela convertida em trabalho. Ao contrário, quanto menor for um fator de potência, menor será a sua potência ativa e, portanto, maior será a sua potência reativa (aquela que não realiza nenhum trabalho efetivo).

Correção do fator de potência

O objetivo da correção do fator de potência é o ganho de eficiência, além de evitar defasagens entre tensão e corrente, não permitindo que os equipamentos operem com cargas desajustadas e sem produção efetiva.

Sabe-se que o baixo fator de potência ocorre quando se consome muita energia reativa em relação à energia ativa. A energia reativa pode ser neutralizada por uma carga capacitiva, assim, o caminho mais seguro para efetivamente corrigir o fator de potência e compensar as cargas indutivas existentes, é fazer a instalação de um banco de capacitores.

Em alguns casos, como em sistemas muito capacitivos como por exemplo, linhas de transmissão, é usado banco de indutores para compensar o efeito capacitivo.

As cargas indutivas produzem um adianto da corrente elétrica em relação à tensão. As cargas capacitivas produzem um atraso da corrente em relação à tensão. O banco de capacitores e o banco de indutores atuam compensando a defasagem entre a tensão e a corrente, basicamente se “opondo” as cargas indutivas.

Causas de baixo fator de potência

Muitas vezes a condição e a manutenção dos equipamentos podem levar a um baixo fator de potência. Considerando a indústria como exemplo, deve ser tomado uma serie de cuidados, além de considerar as situações que podem ser identificadas e corrigidas.

Veja alguns desses fatores que são os maiores causadores de fator de potência baixo em empresas!

Motores de baixa potência atuando em conjunto

Equipamentos trabalhando sem carga

Superdimensionamento de energia

Equipamentos com defeito ou muito antigos

Iluminação com uso de reatores para lâmpadas

Uso de máquinas de solda

Aparelhos de tratamento térmico

Por isso é importante que o fator de potência fique dentro dos limites, considerando os valores de cargas indutivas existentes. Assim, o dimensionamento adequado do banco de capacitores é necessário para ter o melhor aproveitamento de energia elétrica.

Corrigir o fator de potência nas empresas trás varias vantagens, veja algumas na lista abaixo.

Redução do consumo de energia elétrica

Aumento da vida útil das instalações e equipamentos

Redução de calor gerado em equipamentos

Redução da corrente reativa

Evitar manutenção desnecessária em equipamentos

Não é necessário trocar as seções de condutor para os de maior bitola

Não é necessário trocar de transformador para um de maior capacidade

REFERÊNCIA

O que é um Controlador de Fator de Potência e porque utilizar na indústria – https://sultech.com.br/2018/06/20/saiba-o-que-sao-controladores-de-fator-de-potencia/

https://goldenergy.pt/

https://www.mundodaeletrica.com.br/correcao-do-fator-de-potencia-o-que-e-como-fazer