Eletricidade II - Tópico - 4

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Material de Consulta dos Alunos 
 
 
4º Tópico – Correção do Baixo Fator de Potência 
 
O Sistema Elétrico é constituído por um conjunto de equipamentos, 
genericamente denominados “cargas”, tais como: motores, geradores, 
transformadores, reatores de iluminação, reguladores, dentre vários outros, 
bem como pelas linhas de alimentação e seus condutores. Cada componente 
traz em si uma característica construtiva própria que, somada às demais, 
compõem as características do sistema elétrico como um todo. Assim, 
equipamentos como os motores e geradores, por dependerem de campos 
eletromagnéticos para o seu funcionamento, agregam ao sistema a 
característica denominada “indutiva”, pois, em seu funcionamento, a energia 
elétrica que os alimenta, por “indução”, é convertida em outro tipo de energia, 
no caso dos motores, por exemplo, em energia motriz. 
 
As cargas indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu 
funcionamento, por isso sua operação requer dois tipos de potência: ativa e 
reativa. A potência ativa, medida em kW, é aquela que efetivamente realiza 
trabalho, gerando calor, luz, movimento, etc. 
 
A potência reativa, medida em kVAr, é usada apenas na criação e manutenção 
dos campos eletromagnéticos das cargas indutivas. Assim, enquanto a 
potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a potência 
reativa, além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de 
alimentação, “ocupando um espaço” no sistema elétrico, o qual poderia ser 
utilizado para fornecer mais energia ativa. 
 
A potência ativa e a potência reativa, juntas, constituem a potência aparente, 
medida em kVA, que é a potência total gerada e transmitida à carga. O 
chamado triângulo de potências (Figura 1) é utilizado para mostrar, 
graficamente, a relação entre as potências ativa, reativa e aparente. 
 
 Eletricidade II 
 
Figura 1 - Triângulo das potências 
 
 
5.1 – Legislação Atual 
 
A regulamentação atual estabelece que o fator de potência de referência para 
unidades consumidoras conectadas na distribuição até o nível de 230 kV é de 
0,92, conforme Resolução Normativa nº. 414/2010 e item 3.2 do Módulo 8 do 
PRODIST, transcrito abaixo: 
 
• Para unidade consumidora conectada no sistema de distribuição ou 
conexão entre distribuidoras com tensão inferior a 230 kV, o fator de 
potência no ponto de conexão deve estar compreendido entre 0,92 e 
1,00 indutivo (06h às 00h) ou 1,00 e 0,92 capacitivo (00h às 06h), de 
acordo com regulamentação vigente. 
 
• Para unidade consumidora com tensão igual ou superior a 230 kV os 
padrões deverão seguir o determinado no Procedimento de Rede. 
 
No entanto, enquanto o PRODIST determina que o valor de referência do fator 
de potência em redes de distribuição até 230kV é de 0,92 indutivo a 0,92 
capacitivo, os Procedimentos de Rede, no submódulo 3.6 do módulo 3, de 
acordo com a Tabela abaixo, determinam que os consumidores conectados em 
redes de transmissoras em tensão entre 69 e 345 kV têm como limite para o 
fator de potência o valor de 0,95. 
 
Tensão nominal do ponto de conexão Faixa de fator de potência 
Vn ≥ 345 kV 0,98 indutivo a 1,0 69 kV 
≤ Vn < 345 kV 0,95 indutivo a 1,0 
Vn < 69 kV 0,92 indutivo a 0,92 capacitivo 
 
Dessa forma, as unidades consumidoras conectadas em níveis de tensão entre 
69 e 230kV têm limites diferentes para absorção e fornecimento de energia 
reativa quando conectadas em linhas de transmissoras e de distribuidoras. 
 
 
5.2 – Desvantagens de operar com baixo fator de potência 
 
Basicamente têm-se as seguintes consequências mais graves em operar com 
um baixo fator de potência, tais como: 
 
• Sobretaxa na conta de consumo, que é cobrada pela energia ativa que a 
concessionária está deixando de disponibilizar para outros 
consumidores; 
 
• Flutuações e quedas de tensão em vista da sobrecarga dos circuitos; 
 
• No caso das subestações, há uma limitação na potência máxima a ser 
liberada pelo transformador; 
 
• Aumento na seção dos condutores; 
 
• Aumento do Efeito Joule nas linhas de distribuição; 
 
• Aumento da capacidade dos dispositivos de proteção; 
 
• Baixo rendimento do fluxo luminoso; 
 
• Baixo rendimentos dos dispositivos de refrigeração e aquecimento; 
 
• Baixo rendimento dos motores; 
 
• Fadiga dos condutores e dispositivos de manobra. 
 
 
 
5.3 – Causadores de baixo fator de potência 
 
O baixo fator de potência pode provir de diversas causas. A solução para 
melhoria do fator de potência de uma instalação elétrica passa 
necessariamente pelo profundo conhecimento e análise dessas causas, a fim 
de que se possa propor uma ação corretiva mais eficaz. Entre as principais 
causas, podemos citar: 
 
• Motores de indução operando em vazio ou superdimensionados 
(operando com pouca carga); 
 
• Transformadores operando em vazio ou superdimensionados; 
 
• Grande quantidade de motores de pequena potência em operação 
durante um longo período; 
 
• Lâmpadas de descarga com reatores de baixo fator de potência; 
 
• Cargas especiais com consumo reativo (forno de indução, máquinas de 
solda à arco voltaico, máquinas de raio-x etc.); 
 
• No breaks e estabilizadores; 
 
• Equipamentos eletrônicos em grande quantidade; 
 
• Tensão acima da nominal. 
 
 
 
5.4 – Modalidades de correção 
 
A primeira providência para corrigir o baixo fator de potência é a análise das 
causas que levam à utilização excessiva de energia reativa. A eliminação 
dessas causas passa pela racionalização do uso de equipamentos – desligar 
motores em vazio, redimensionar equipamentos superdimensionados, 
redistribuir cargas pelos diversos circuitos, etc. – e pode, eventualmente, 
solucionar o problema de excesso de reativo nas instalações. Apesar de 
necessária, a utilização de energia reativa indutiva deve ser limitada ao mínimo 
possível por não realizar trabalho efetivo, servindo apenas para magnetizar as 
bobinas de equipamentos com características indutivas. 
 
A instalação de capacitores em paralelo com a carga é a solução mais 
empregada na correção do fator de potência de instalações industriais, 
comerciais e dos sistemas de distribuição e de potência, a fim de reduzir a 
potência reativa demandada à rede e que os geradores da concessionária 
deveriam fornecer na ausência destes capacitores, uma vez que estes 
fornecem energia reativa ao sistema elétrico onde estão ligados. É o método 
mais econômico e o que permite maior flexibilidade de aplicação. Estes 
capacitores podem ser instalados na entrada ou então próximos as cargas 
individuais, reduzindo as perdas e aumentando a capacidade disponível no 
sistema, bem como melhorar o nível de tensão. 
 
Muitos fatores influenciam na escolha da localização dos capacitores, tais 
como os circuitos da instalação, seu comprimento, as variações da carga, tipos 
de motores e distribuição de cargas. De forma geral, capacitores ou banco de 
capacitores podem estar instalados da seguinte forma: 
 
Compensação individual → É efetuada instalando os capacitores junto ao 
equipamento cujo fator de potência se pretende melhorar. Representa, do 
ponto de vista técnico, a melhor solução, principalmente em poder utilizar o 
mesmo dispositivo para acionar o equipamento e o banco de capacitores; 
 
Compensação por grupos de cargas → O banco de capacitores é instalado 
de forma a compensar um setor ou um conjunto de máquinas. É colocado junto 
ao quadro de distribuição que alimenta esses equipamentos. A potência 
necessária será menor que no caso da compensação individual, o que torna a 
instalação mais econômica. Tem como desvantagem o fato de não haver 
diminuição de corrente nos alimentadores de cada equipamento compensado; 
 
Compensação geral em baixa tensão (BT) → O banco de capacitores é 
instalado na saída do transformador ou do quadro de distribuição geral, se a 
instalação for alimentada em baixa tensão. Utiliza-se em instalações elétricas 
com número elevado de cargas com potências diferentes e regimes de 
utilização pouco uniformes; 
 
Compensação naentrada da energia em alta tensão (AT) → Não é muito 
frequente a compensação no lado da alta tensão. Tal localização não alivia 
nem mesmo os transformadores e exige dispositivos de comando e proteção 
dos capacitores com isolação para a tensão primária. Embora o preço por kVAr 
dos capacitores seja menor para tensões mais elevadas, este tipo de 
compensação, em geral, só é encontrada nas unidades consumidores que 
recebem grandes quantidades de energia elétrica e dispõem de subestações 
transformadoras. Neste caso, a diversidade da demanda entre as subestações 
pode resultar em economia na quantidade de capacitores a instalar; 
 
Compensação com regulação automática → Nas formas de compensação 
geral e por grupos de equipamentos, é usual utilizar-se uma solução em que os 
capacitores são agrupados por bancos controláveis individualmente. Um relé 
varimétrico, sensível às variações de energia reativa, comanda 
automaticamente a operação dos capacitores necessários à obtenção do fator 
de potência desejado; 
 
Compensação combinada → Em muitos casos utilizam-se, conjuntamente, as 
diversas formas de compensação; 
 
Compensação por motores síncronos → Motores síncronos podem ser 
utilizados para compensação do fator de potência por gerarem energia reativa, 
da mesma forma como um gerador convencional o faz. A potência reativa 
capacitiva fornecida por um motor síncrono à instalação, é função da corrente 
de excitação e da carga em seu eixo. Entretanto, devido ao fato de ser um 
equipamento bastante caro, nem sempre é compensador do ponto de vista 
econômico, sendo competitivo, em princípio, para potências superiores a 200 
CV e funcionamento por períodos longos. 
 
 
5.5 – Cálculo do banco de capacitores 
 
Figura 2 - Elementos para os cálculos dos capacitores 
 
P = potência ativa instalada (kW) 
Si = potência aparente antes da correção (kVA) 
Sf = potência aparente após a correção (kVA) 
Qi = potência reativa antes da correção (kVAr) 
Qf = potência reativa após a correção (kVAr) 
Qc = potência reativa de correção (kVAr) 
FPi = fator de potência antes da correção 
FPf = fator de potência pretendido 
 
Qc = P(Kw) x (tg φ1 – tg φ2) = kVAr. 
 
Ex.: Deseja-se corrigir o fator de potência de 0,85 para 0,92 de uma instalação 
industrial, com 100 Kw instalados. Sabendo-se que a alimentação é trifásica, 
220V. 
 
Cos φ atual = 0,85 → arc cos = 31º 47’ 18” → tg φ1 = 0,62 
Cos φ novo = 0,92 → arc cos = 23° 04’ 26” → tg φ2 = 0,43 
Qc = P(Kw) x (tg φ1 – tg φ2) = kVAr 
Qc = 100 KW x (0,62 – 0,43) = 100 x 0,19 = 19 KVAr 
 
Obs.: Na tabela a seguir facilita a encontrar o valor: tg φ1 – tg φ2 
 
 
 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 
 
http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/audiencia/arquivo/2012/065/documento/re
n_-_alteracoes_-_fp_-_11-06-2012.pdf - último acesso em 12/04/2018 às 
17h45min. 
 
file:///C:/Users/louri/Downloads/diego-machado-aniceto-16133917.pdf - último 
acesso em 14/04/2018 às 17h21min. 
 
Manual sobre Correção do Fator de potência da WEG. 
 
Apostila de Eletricidade II da Escola Técnica Electra.