Correção de fator de potência e harmônicas em instalações elétricas

Introdução

Corrigir o fator de potência é fundamental em qualquer instalação industrial. Quedas de tensão, perdas, sobrecargas são algumas das consequências de um fator de potência baixo numa instalação.

Esta correção é obtida utilizando banco de capacitores, que tem a capacidade de gerar localmente a energia reativa necessária para suprir o consumo das cargas consumidoras.

Além do problema do fator de potência, alguns equipamentos, tais como: circuitos eletrônicos e acionamentos elétricos presentes na instalação geram correntes harmônicas que são injetados na rede e como consequência acabam poluindo e distorcendo as formas de onda de outras cargas ali conectadas.

Portanto, o uso de filtros de harmônicas dimensionados corretamente, sejam eles passivos ou ativos contribuem para melhorar a qualidade de energia das instalações.

1. Correção do fator de potência:

O Fator de Potência (FP= cosφ ) é definido pela relação entre a potência ativa (P) e a potência aparente

(S) de uma instalação, resultando no cosφ , como mostra a figura (1.1):

Figura 1.1 – Definição do fator de potência e triângulo das potências

Melhorar o fator de potência é uma solução que permite vantagens técnicas e econômicas para a instalação, garantindo assim um melhor aproveitamento da energia drenada da rede de energia elétrica.

As medidas legislativas em vigor no Brasil estão estruturadas de forma que a correspondente do fator de potência (cos φ) para níveis aceitáveis seja igual a 0.92. Não atendendo estes níveis às concessionárias de energia podem aplicar multas ao consumidor final.

Porém vale ressaltar que esta solução se mostra ineficiente em sistemas que apresentam cargas com característica de elevado conteúdo harmônico. Não existem regras gerais  aplicáveis para a instalação de capacitores, em teoria, pode ser instalado capacitores em qualquer ponto, mas é necessário avaliar a relevância e viabilidade prática e econômica para tal.

2. Cálculo do fator de potência e do banco de capacitores:

Para o dimensionamento do banco de capacitor é necessário calcular corretamente o fator de potência de acordo com o consumo da planta.

Uma vez definido o fator de potência (cosφ) da instalação e o fator de potência a ser obtido (cosφ), é possível calcular a potência reativa do banco de capacitor necessárias para corrigir o fator de potência através da equação apresentada abaixo:

3. Efeitos Harmônicos em instalações elétricas:

Os efeitos harmônicos são os componentes de uma forma de onda distorcida. A presença de harmônicos no sistema elétrico é um indicador da distorção da forma de onda da tensão ou corrente, e esta implica uma tal distorção da energia elétrica que pode causar o mau funcionamento dos equipamentos. 

Computadores pessoais, Lâmpadas Fluorescentes, Conversores estáticos, Inversores, Máquinas de solda, são alguns dos equipamentos que podem contribuir com distorções harmônicas.

4. Filtros de harmônicas:

A instalação de filtros de correntes harmônicas, surge como outra possibilidade para adequação dos valores registrados de distorção de tensão por conta do controle das correntes harmônicas.

De uma forma geral, os filtros evitam que as harmônicas circulam pelas fontes, reduzindo, portanto, as tensões harmônicas à montante e, por consequência, reduzindo também as distorções de tensão nos barramentos de baixa tensão.

Os filtros mais comumente aplicáveis são os filtros passivos e filtros ativos.

5. Comutação e proteção de bancos de capacitores:

Um sistema para a correção do fator de potência é constituído, essencialmente, por: um dispositivo de proteção; um dispositivo de comutação (contator); um ou mais capacitores adequadamente conectados; resistores para descarregar dos capacitores.

No caso de um sistema de compensação automática, há também uma unidade de estação de controle para comandar a mudança do estado dos capacitores.

6. Oferta ABB:

Disjuntores

ABB oferece disjuntores caixa moldada e disjuntores para proteção contra sobrecargas e desconexão dos bancos de capacitores:

• Disjuntor caixa moldada – linha Tmax XT e Tmax;
• Disjuntor caixa aberta – linha Emax 2.

Contatores

A ABB oferece duas versões diferentes de contatores de acordo com o valor de corrente de pico:

• Contatores UA..RA, 3 polos com ilimitada corrente de pico;
• Contatores UA, 3 polos com pico de corrente menor ou equivalente a 100 x In;

Controladores de Fator de Potência

A ABB possui 2 linhas de controladores automáticos de fator de Potência: RVC e RVT;

Capacitores

A ABB possui 2 linhas de capacitores totalmente à seco: CLMD e Qcap.

Filtros para qualidade de energia

Os filtros ABB (PQF - filtros de qualidade de energia) executam tripla função de filtragem: harmônica, compensação de energia reativa e balanceamento de carga. A linha PQF de filtros ativos monitora a corrente de linha em tempo real e processa a medição das harmônicas como sinais digitais em uma alta potência, através da saída DSP (Processador de Sinal Digital).

O controlador digital gera sinais PWM (modulagem de largura de pulso) que dirigem módulos de potência IGBT, os quais, através de reatores de linha, injetam harmônicas de corrente com a fase exatamente oposta a aquelas que deverão ser filtradas.

Engenharia de Aplicação ABB

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