DEMANDA FATOR DE POTÊNCIA

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VIDEIRA, DEPARTAMENTO MANUTENÇÃO 07/04/05 Pg: 1 / 1 
DEMANDA E FATOR DE POTÊNCIA 
 
1,0) O que é demanda? 
Demanda é o consumo de energia da sua instalação dividido pelo tempo no 
qual se verificou tal consumo. Para faturamento de energia pela concessionária, se 
utilizam intervalos de integração de 15 minutos. Assim, a sua demanda de energia 
(medida em kW), é igual ao consumo a cada 15 minutos (medido em kWh) dividido 
por 1/4 (15 minutos é igual a 1/4 de hora). Em um mês, ocorrem quase 3000 
intervalos de quinze minutos. Assim, a sua demanda será medida quase 3000 
vezes ao longo do mês, e a concessionária de energia elétrica escolherá o valor 
mais alto, ainda que tenha sido verificada apenas uma única vez. 
 
2,0) O que é fator de potência? 
FATOR DE POTÊNCIA é o ângulo que indica a defasagem entre a tensão e 
a corrente. Isto faz com que haja um pior, ou melhor, aproveitamento da energia 
elétrica, ou seja, quando maior o ângulo maior são as perdas. 
 
Veja o que acontece com o triângulo das potências 
 
 
KW – potência útil 
KVA – potência aparente 
KVAR – potência reativa 
FATOR DE POTÊNCIA (Cos Ø ) = ����
����
����
����
����
����
KVA
KW 
Portado, quando maior for a carga em KVA, maior será a carga reativa 
forçando a abertura do ângulo Ø, Para corrigir tal distorção é preciso instalar 
capacitores para diminuir a potência reativa, fechando ao máximo o ângulo. 
Fator de Potência envolve uma relação entre potência ativa e potência 
reativa: é a relação entre a potência ativa e potência total numa instalação, num 
intervalo de tempo. Como as maiorias das cargas de uma instalação elétricas 
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são indutivas, elas exigem um campo eletromagnético para funcionar. Com 
isso, uma instalação qualquer necessita de dois tipos de energia: 
O fator de potência é sempre um número entre 0 e 1 (alguns o expressam 
entre 0 e 100%) e pode ser capacitivo ou indutivo, dependendo se o consumo 
de energia reativa for capacitivo ou indutivo. Para faturamento de energia, o 
fator de potência é registrado de hora em hora. 
Assim como no caso da demanda, os mecanismos de tarifação levarão em 
conta o pior valor de fator de potência registrado ao longo do mês, dentre os 
mais de 700 valores registrados. 
 
Potência Ativa: que realiza o trabalho propriamente dito, gerando calor, 
iluminação, movimento, etc., e é medida em kw. 
Matematicamente a potencia pode ser calculada pelas expressões 
Circuito monofásico P = V * I * COS (Ø) 
Circuito trifásico P =1.73 * V * I * COS (Ø) 
Potencia ativa P = KVA * COS (Ø) 
Circuitos indutivos: fator de potência em atrasso (dito indutivo) corrente I 
atrasada em relação à tensão. 
Circuitos capacitivos: fator de potência adiantada (dito capacitivo) corrente I 
adiantada em relação à tensão. 
Potência Reativa, energia consumida pelos circuitos para a produção do 
fluxo magnético necessária para o funcionamento dos equipamentos mantendo 
o campo eletromagnético, a energia reativa não produz trabalho, mas, no 
entanto a energia circula nos circuitos da fonte para a carga ocupando no 
espaço que poderia ser utilizada como energia ativa é expressa em kvar. 
Matematicamente a potencia pode ser calculada pelas expressões 
Circuito monofásico P = V * I * SEN ( Ø ) 
Circuito trifásico P =1.73 * V * I * SEN ( Ø ) 
Potencia reativa SEN ( Ø ) = KVAR / KVA 
KVAR = KVA * SEN ( Ø ) 
TG = KVAR / KW 
KVAR = KW *TG ( Ø ) 
A Potência Total ou Aparente: É dada em KVA, e é a soma vetorial das 
potências ativa e reativa, como mostra a figura acima. 
Matematicamente a potencia pode ser calculada pelas expressões 
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Circuito monofásico P = V * I 
Circuito trifásico P =1.73 * V * I 
Potencia apararente KVA = 22 * KVARKW 
KVA = KW / COS( Ø ) 
3,0) Como é cobrada a energia elétrica? 
A energia elétrica pode ser cobrada de diversas maneiras, dependendo do 
enquadramento tarifário de cada consumidor. Resumidamente, a classificação 
dos consumidores é feita conforme abaixo: 
Grupo A: Engloba os consumidores que recebem energia em tensões 
acima de 220V. 
 Possui três tipos de tarifação: 
Convencional, horo-sazonal azul e horo-sazonal verde. Nesta categoria, os 
consumidores pagam pelo consumo, pela demanda e por baixo fator de 
potência. 
Grupo B: Englobam os demais consumidores, divididos em três tipos de 
tarifação: residencial, comercial e rural. Neste grupo, os consumidores pagam 
apenas pelo consumo medido. 
A maioria das pequenas e médias empresas (industriais ou comerciais) 
brasileiras se encaixa no Grupo A, onde são cobrados pelo consumo, pela 
demanda e por baixo fator de potência. Estes consumidores podem ser 
enquadrados na tarifação convencional, ou na tarifação horo-sazonal (azul ou 
verde). Os custos por kWh são mais baixos nas tarifas horo-sazonais, mas as 
multas por ultrapassagem são mais pesadas. Assim, para a escolha do melhor 
enquadramento tarifário (quando facultado ao cliente) é necessária uma 
avaliação específica. 
4,0) Tarifação Convencional 
Na tarifação convencional, o consumidor pago à concessionária até três 
parcelas: consumo demanda e ajuste de fator de potência. O faturamento do 
consumo é igual ao de nossas casas, sem a divisão do dia em horário de ponta 
e fora de ponta. Acumula-se o total de kWh consumidos, e aplica-se uma tarifa 
de consumo para chegar-se à parcela de faturamento de consumo. 
A parcela de faturamento de demanda é obtida pela aplicação de uma tarifa 
de demanda à demanda faturada, que é o maior valor dentre: a demanda 
registrada, a demanda contratada, e 85% da máxima demanda dos últimos 11 
meses. Note bem a importância do controle de demanda: um pico de demanda 
na tarifação convencional pode significar acréscimos na conta de energia por 
até 12 meses. 
Para o cálculo da parcela de ajuste de fator de potência, o dia é dividido em 
duas partes: horário capacitivo e o restante. Se o fator de potência do 
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consumidor estiver fora dos limites estipulados pela legislação, haverá 
penalização por baixo fator de potência. Se o fator de potência do consumidor 
estiver dentro dos limites pré-estabelecidos, esta parcela não é cobrada. 
5,0) Tarifação Horo-Sazonal (Azul e Verde) 
Na tarifação horo-sazonal (azul ou verde), os dias são divididos em períodos 
fora de ponta e de ponta, para faturamento de demanda, e em horário 
capacitivo e o restante, para faturamento de fator de potência. Além disto, o ano 
é dividido em um período seco e outro período úmido. 
Assim, para o faturamento do consumo, acumula-se o total de kWh 
consumidos em cada período: fora de ponta seca ou fora de ponta úmida, e 
ponta seca ou ponta úmida. Para cada um destes períodos, aplica-se uma tarifa 
de consumo diferenciada, e o total é a parcela de faturamento de consumo. 
Evidentemente, as tarifas de consumo nos períodos secos são mais caras que 
nos períodos úmidos, e no horário de ponta é mais cara que no horário fora de 
ponta. 
Na tarifação horo-sazonal azul, o faturamento da parcela de demanda será 
igualmente composto por parcelas relativas à cada período: fora de ponta seca 
ou fora de ponta úmida, e ponta seca ou ponta úmida. Para cada período, o 
cálculo será o seguinte: 
Caso 1 - Demanda registrada inferior à demanda contratada. Aplica-se a 
tarifa de demanda correspondente à demanda contratada. 
Caso 2 - Demanda registrada superior à demanda contratada, mas dentro 
da tolerância de ultrapassagem. Aplica-se a tarifa de demanda correspondente 
à demanda registrada. 
Caso 3 - Demanda registrada superior à demanda contratada e acima da 
tolerância. Aplica-se a tarifa de demanda correspondente à demanda 
contratada, e soma-se a isso a aplicação da tarifa de ultrapassagem 
correspondente à diferença entre a demanda registrada e a demanda 
contratada. Ou seja: paga-se tarifa normal pelo contratado, e tarifa de 
ultrapassagem sobre todoo excedente. 
Na tarifa verde, o consumidor contrata apenas dois valores de demanda, um 
para o período úmido e outro para o período seco. Não existe contrato 
diferenciado de demanda no horário de ponta, como na tarifa azul. Assim, o 
faturamento da parcela de demanda será composto uma por parcela apenas, 
relativa ao período seco ou ao período úmido, usando o mesmo critério acima. 
Para o cálculo da parcela de ajuste de fator de potência, o dia é dividido em 
três partes: horário capacitivo, horário de ponta, e o restante. Se o fator de 
potência do consumidor, registrado de hora em hora ao longo do mês, estiver 
fora dos limites estipulados pela legislação, haverá penalização por baixo fator 
de potência. Se o fator de potência do consumidor estiver dentro dos limites 
pré-estabelecidos, esta parcela não é cobrada. 
Observações: 
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A tolerância de ultrapassagem de demanda é uma tolerância dada aos 
consumidores das tarifas horo-sazonais para fins de faturamento de 
ultrapassagem de demanda. Esta tolerância é de 10% para a maioria, caindo 
para 5% para alguns grandes consumidores. 
O período úmido é aquele onde, devido à estação de chuvas, os 
reservatórios de nossas usinas hidrelétricas estão mais altos. Como o potencial 
hidráulico das usinas cresce, existe um incentivo (tarifas mais baixas) para que 
o consumo de energia seja maior neste período. Os meses úmidos são: 
dezembro, janeiro, fevereiro, março e abril. 
O período seco é aquele onde, devido à falta de chuvas, os reservatórios de 
nossas usinas hidrelétricas estão mais baixos. Como o potencial hidráulico das 
usinas diminui, existe um acréscimo nas tarifas para que o consumo de energia 
seja menor neste período. Os meses secos são: maio, junho, julho, agosto, 
setembro, outubro e novembro. 
6,0) Por que controlar a demanda? 
Qualquer que seja o seu enquadramento tarifário dentro do Grupo A, a 
sua demanda registrada (para fins de faturamento) será, a cada mês, a maior 
demanda de cada um dos intervalos de integração de 15 minutos ao longo do 
mês. Se sua empresa estiver enquadrada na tarifa horo-sazonal azul, terá uma 
demanda registrada para o horário fora de ponta, e outra demanda registrada 
para o horário de ponta. Estes valores, quando elevados, podem ocasionar 
pesados acréscimos à sua fatura de energia. 
7,0) Por que controlar o fator de potência? 
A Portaria DNAEE 1569/93 estabeleceu novas regras para o fator de 
potência dos consumidores do Grupo A. Em linhas gerais, eles deverão manter 
o fator de potência de suas instalações acima de 0,92 indutivo durante os 
horários fora de ponta indutivo e de ponta, e deverão manter o fator de potência 
acima de 0,92 capacitivo no horário capacitivo. 
Como o fator de potência é medido pela concessionária de hora em hora, há 
que se controlá-lo continua e automaticamente, de modo a evitar multas por 
baixo fator de potência. 
8,0) Como a concessionária mede a demanda e o fator de potência? 
Assuma, como fato quase que certo, que a sua concessionária possui 
instalados, junto à sua entrada de energia, todos os medidores e registradores 
de energia necessários à cobrança das grandezas elétricas que o seu 
enquadramento tarifário permite a ela cobrar. 
Para isto, são medidos e registrados a demanda ativa e reativa a cada 15 
em 15 minutos, durante todos os dias entre as leituras de energia. Durante a 
leitura, esses dados são transferidos para um coletor de dados, e 
posteriormente, eles são descarregados no computador da concessionária que 
faz o faturamento de cada um dos clientes. 
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9,0) O que um Controlador pode fazer por mim? 
Um Controlador pode: 
Monitorar o comportamento da demanda e do fator de potência 
continuamente. Fornecer relatórios diários com tabelas e gráficos que permitem 
analisar o comportamento da demanda e do fator de potência (mediante o uso 
de software opcional de gerenciamento), e que permitem tomar as medidas 
corretivas cabíveis. Controlar automaticamente as cargas e os capacitores, 
impedindo a ocorrência de multas. 
Com isso, você pode conseguir boas economias na sua conta de energia 
elétrica. 
10,0) Como o Controlador controla a demanda e o fator de potência? 
Resumidamente, o modo de funcionamento do controlador é o seguinte: 
 Entrada de Dados: Os pulsos emitidos pelo medidor REP, utilizado pela 
concessionária para fazer os registros que servirão ao faturamento de sua energia, 
são os mesmos que o controlador utiliza para fazer cálculos e controles. Isto torna 
o controle 100% compatível com a sua medição. Estes pulsos são recebidos pela 
placa de interface do sistema, especialmente desenhada para este fim. 
 
Cálculos da Concessionária: A concessionária registra a DEMANDA 
ATIVA consumida a cada 15 minutos, o chamado intervalo de integração. A 
concessionária registra, igualmente, DEMANDA REATIVA a cada 15 minutos, e 
com base nestes valores, calcula o FATOR DE POTÊNCIA médio da instalação 
em cado intervalo de uma HORA, ao longo do mês. 
 Cálculos do controlador: O controlador faz constantemente vários 
cálculos que permitem alcançar um valor de demanda e fator de potência 
(figura ao lado), a cada intervalo de integração, dentro dos limites estabelecidos 
pela legislação em vigor, sem desligar inutilmente as cargas, sem 
sobrecarregar os capacitores, e sem prejudicar a produção. 
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Atuação do controlador: O controlador atua sobre as cargas e sobre os 
capacitores obedecendo aos critérios definidos pelo usuário, e garante que a 
demanda e o fator de potência alcançados no final de cada intervalo estarão 
dentro do limites prefixados. 
 
MEDIÇÃO DE ENERGIA REATIVA: 
 
1,0) INTRODUÇÃO: 
 
A energia elétrica reativa é normalmente expressa em kVArh. Por 
convenção, quando ela é dada em valores positivos ela é indutiva, e quando 
negativa ela é capacitiva. A energia reativa indutiva é necessária ao 
funcionamento de motores. Ela é responsável pela magnetização dos 
enrolamentos de motores e transformadores. 
O oposto da energia reativa indutiva é a energia reativa capacitiva, e por 
isto ela é expressa na mesma unidade, porém com valor negativo. A energia 
reativa capacitiva é normalmente fornecida ao sistema elétrico por 
capacitores. 
Outra forma de se explicar energia reativa é considerando-se o sincronismo 
entre tensão e corrente. Quando temos apenas cargas resistivas, a tensão e a 
corrente estão perfeitamente em fase. Ao ligarmos uma carga indutiva (motor), 
a corrente se "atrasa" em relação à tensão. As cargas capacitivas fazem o 
oposto, ou seja, "atrasam" a tensão em relação à corrente. Por esta razão é 
que utilizamos capacitores para corrigir o baixo fator de potência causado pelas 
cargas indutivas da maioria das instalações elétricas. 
A energia total (ou aparente) é a soma vetorial da energia reativa (indutiva e 
capacitiva) com a energia ativa, aquela necessária às cargas resistivas. Como a 
energia ativa e reativa tem 90º de defasagem entre si, a soma vetorial resulta 
em: 
2,0) O fator de potência é o quociente entre a energia ativa e a energia 
total: 
Para efetuar a medição da energia ativa, as concessionárias utilizam 
medidores de energia ativa (quilowatímetros). Os modelos mais comuns são os 
eletromecânicos, e são dotados de um disco que gira com velocidade 
proporcional ao consumo de energia ativa a cada instante. Estes medidores são 
parecidos com o que temos em nossas casas. A principal diferença é que o 
medidor é dotado de um dispositivo que emite um número determinado de 
pulsos a cada volta do disco. Estes pulsos são utilizados pelos sistemas de 
controle de demanda e fator de potência quando não existe a transmissão serial 
de informações (usada nos registradores/medidores com saída serial para o 
usuário). 
Nas instalações dos médios e grandes consumidores industriais são 
também instalados medidoresde energia reativa, para que as concessionárias 
possam medir o fator de potência na instalação. Da mesma forma, são 
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utilizados medidores eletromecânicos de energia reativa, na maioria das 
empresas. Entretanto, como os pulsos são iguais quando o disco gira para o 
lado certo (energia reativa indutiva) ou para o lado errado (energia capacitiva), 
e não se deseja confundir os registradores ou controladores que recebem estes 
pulsos, os medidores possuem uma trava que impede que o disco gire para o 
lado errado. Assim, os medidores de Kvarh normalmente só medem (e emitem 
pulsos) energia reativa indutiva. 
3,0) Por que se mede energia reativa em kQh? 
Com isto, os registradores da concessionária (RDTD, RDMT ou REP) e 
conseqüentemente os nossos controladores, nunca "enxergam" energia 
capacitiva se o medidor instalado for um medidor de Kvarh. Para minimizar este 
problema, algumas concessionárias costumam utilizar medidores especiais, 
preparados para medir energia reativa em kQh 
Com este artifício, as concessionárias podem medir de fator de potência até 
0,866 capacitivo, e por este motivo medidores de kQh são muito comuns por 
todo o país. Na área de atuação da Eletropaulo, por exemplo, quase a 
totalidade das instalações são feitas com medidores de kQh. Outras fórmulas 
úteis: 
4,0) Quais as novidades da medição eletrônica? 
A partir de 1996, passou-se a utilizar sistemas de medição eletrônicos por 
todo o país. A grande diferença entre um registrador e um medidor eletrônico é 
que este último dispensa o uso dos medidores eletromecânicos. 
Os medidores eletrônicos são mais modernos, mais fáceis de calibrar e 
testar, mais baratos, e mais simples de instalar. Com tantas vantagens, não há 
dúvida que as instalações com medidores eletromecânicos e registradores 
serão eliminadas aos poucos pelas concessionárias. 
No que se refere à medição de energia reativa, os medidores eletrônicos 
são muito mais eficientes. Eles têm a capacidade de ler a energia reativa, seja 
ela indutiva ou capacitiva. Entretanto, na tentativa de manter os medidores 
parecidos com os registradores o máximo possível, o CODI (em conjunto com a 
ABNT) não fez alterações no protocolo da saída serial do usuário. 
O protocolo atualmente utilizado informa o número de pulsos de energia 
reativa apenas, não prevendo a informação destes serem indutivos ou 
capacitivos. Para minimizar o problema, decidiram permitir que os medidores 
pudessem receber três tipos de programação: 
Para informar pulsos de energia reativa indutiva. 
1. Para informar pulsos de energia reativa em kQh. 
2. Para informar pulsos de energia reativa capacitiva durante o horário 
capacitivo, e de energia reativa indutiva durante o resto do dia. 
 Com a implantação da Portaria DNAEE 1569/93, as concessionárias de 
energia tem padronizado a programação dos medidores na alternativa 3, 
que coincidentemente era a única das três que não era aceita pelos 
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controladores de fator de potência do mercado. Isto forçou os fabricantes de 
controladores a alterarem os programas de seus equipamentos, para 
operarem na nova configuração. 
Abaixo, mostramos a tabela dos fabricantes e dos modelos de medidores e 
registradores uso mais frequente no momento: 
Fabricante Medidor Eletrônico Registrador 
ESB Saga 1000 - 
ELO MEP e MEMP REP 
Telemática - REP 
Nansen MEL - 
ABB Alpha - 
 
AS NOVAS REGRAS DO MERCADO DE ENERGIA: 
 
Com as privatizações e a introdução da competição, a nova dinâmica do 
mercado de energia foi sendo desenhada pelo Governo através da Lei 9648 que 
criou o Mercado Atacadista de Energia - MAE -, aprovada em maio de 1998, e pelo 
decreto 2655, de julho do mesmo ano, que criou o Operador Nacional do Sistema 
Elétrico - ONS. Ao ONS cabe supervisionar e controlar a operação da geração e 
transmissão de energia no Brasil, a fim de otimizar custos e garantir confiabilidade. 
O ONS também é responsável pela administração operacional e financeira dos 
serviços de transmissão e das condições de acesso à rede. O MAE é o ambiente 
onde se processará toda a comercialização de energia entre agentes produtores e 
comercializadores, assim como entre os consumidores livres que optarem. 
 
Ao contrário de outros países em que o Estado impôs suas condições, no 
Brasil o modelo escolhido foi o da auto-regulação. Por essa razão, um Acordo de 
Mercado foi firmado em agosto de 1998, no qual os agentes assinaram esse 
contrato multilateral que passa a ser a base das relações no âmbito do mercado 
atacadista, estabelecendo diretrizes de funcionamento, regendo as obrigações e 
direitos de seus membros, as condições de adesão, as garantias financeiras, suas 
regras comerciais, as condições para alteração de seus termos, além de outras 
determinações relevantes. 
 
O grande desafio é o crescimento assombroso da demanda em 
contraposição à exaustão dos recursos instalados. Atualmente, o Brasil tem uma 
capacidade instalada de geração de energia elétrica de 60 GW. Todavia, para 
acompanhar o crescimento econômico projetado para esta década, esta 
capacidade precisa crescer em média 5% ao ano até 2008, chegando então a 105 
GW. As taxas de crescimento previstas para o setor de energia no Brasil são das 
mais elevadas do mundo, sob a ótica de qualquer país desenvolvido. São 
excepcionais as oportunidade de se explorar as demandas existentes, desde que o 
mercado ofereça condições para os investidores. 
 
O MAE é composto por agentes de energia elétrica de todo o país que tem a 
Assembléia Geral como órgão deliberativo superior. Quando das privatizações, as 
empresas estatais, antes verticalizadas foram divididas em empresas geradoras e 
empresas distribuidoras. Essas empresas, junto com as empresas públicas, 
formam o MAE que tem no COEX - Comitê Executivo - sua primeira instância 
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decisória é formado por 26 conselheiros com direito a voto (13 escolhidos pelos 
agentes da categoria de produção e 13 oela categoria consumo), dois conselheiros 
sem direito a voto - os presidentes do ONS e da ASMAE - como convidados na 
condição de observadores, o Ministério das Minas e Energia, o BNDES e membros 
dos Conselhos de Consumidores. A categoria produção é composta pelos agentes 
de geração, pelos agentes comercializadores de Itaipu, pelos agentes 
compradores de quotas-partes de Itaipu e pelos agentes de importação de energia. 
 
A categoria consumo é formada pelos agentes de comercialização, pelos 
consumidores livres e pelos agentes de exportação de energia. A ASMAE - 
Administradora de Serviços do Mercado Atacadista de Energia Elétrica é uma 
sociedade civil de direito privado, cuja missão é operar o mercado e prover suporte 
administrativo, jurídico e técnico necessários para que o ambiente do MAE possa 
funcionar adequadamente. Seu presidente é Mitsumori Sodeyama, engenheiro 
eletricista e durante anos responsável pelo setor de planejamento da CESP. A 
ASMAE é responsável pelas seguintes atividades: operar e administrar o mercado; 
registrar os agentes e os contratos bilaterais; administrar o SINERCOM - Sistema 
de Contabilização e Liquidação de Energia; gerenciar a medição comercial; 
estabelecer o preço da energia no MAE; implantar e monitorar as regras de 
mercado; definir os procedimentos de mercado; promover o permanente 
acompanhamento legal da operação do mercado, propondo alterações quando 
necessário; prover os treinamentos necessários aos agentes; implementar 
ferramentas de serviços aos agentes, usando alta tecnologia de informação, com 
recursos de telecomunicações e Internet, Central de Atendimento, site da ASMAE 
e Sistema de Contabilização. 
 
O SINERCOM é o sistema computacional que suportará as transações 
comerciais do MAE. Como ele disponibilizará dados, relatórios e detalhes 
específicos de transações comerciais dos agentes, possui um sistema de 
segurança consideradoo mais moderno do mundo para garantir autenticidade, 
integridade e confidencialidade. Com um software importado, possui um certificado 
digital, um criptocard - cartão que gera uma nova senha a cada vez que é 
acessada - um firewall, barreira contra a entrada de hackers no sistema. 
 
Em agosto de 2000, começaram os testes dos agentes que foram treinados 
pelo mercado. Na primeira quinzena os testes serão feitos com dados fictícios e na 
segunda quinzena os testes serão com dados reais para deixar o mercado em 
condições de entrar em operação gradual em 1º de setembro. A contabilização e 
liquidação do mercado serão realizadas pela Câmara Brasileira de Liquidação e 
Custódia, empresa da Bolsa de Valores, especializada nessa área. 
 
DISTORÇÕES HARMÔNICAS: 
 
1,0) Introdução 
 
A qualidade da energia tem sido alvo de muito interesse e discussão e nos 
últimos anos. Cada vez mais, plantas industriais têm descoberto que tem de lidar 
com o problema da "energia suja". Esta é a expressão popular usada para 
descrever uma grande variedade de contaminações na corrente e na tensão 
elétrica. 
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Distorção harmônica é um tipo específico de energia suja, que é 
normalmente associada com a crescente quantidade de acionamentos estáticos, 
fontes chaveadas e outros dispositivos eletrônicos nas plantas industriais. 
 
2,0) O que são harmônicas? 
 
Tecnicamente, uma harmônica é a componente de uma onda periódica 
cuja freqüência é um múltiplo inteiro da freqüência fundamental (no caso da 
energia elétrica, de 60 Hz). A melhor maneira de explicar isto é com a ilustração ao 
lado. 
Nesta figura, vemos duas curvas: uma onda senoidal normal, representando uma 
corrente de energia "limpa", e outra onda menor, representando uma harmônica. 
Esta segunda onda menor representa a harmônica de quinta ordem, o que significa 
que sua frequência é de 5 x 60 Hz, ou 300 Hz. 
 
Na segunda ilustração, vemos como ficaria a soma das duas curvas. Esta 
curva resultante mostra bem a distorção harmônica da curva de tensão, que deixa 
de ser perfeitamente senoidal na presença de harmônicas. 
Harmônicas são um fenômeno contínuo, e não devem ser confundidos com 
fenômenos de curta duração que duram apenas alguns ciclos. Transientes, 
disturbações elétricas, picos de sobre-tensão e sub-tensão não são harmônicas. 
Estas perturbações no sistema podem normalmente ser eliminadas com a 
aplicação de filtros de linha (supressores de transientes). Entretanto, estes filtros 
de linha não reduzem ou eliminam correntes e tensões harmônicas. 
 
3,0) Quem causa as distorções harmônicas? 
 
Os principais equipamentos causadores das harmônicas são: inversores de 
freqüência, variadores de velocidade, acionamentos tiristorizados, acionamentos 
em corrente contínua ou alternada, retificadores, "drives", conversores eletrônicos 
de potência, fornos de indução e a arco, "no-breaks" e máquinas de solda a arco. 
A natureza e a magnitude das harmônicas geradas por cargas não-lineares 
dependem de cada carga especificamente, mas algumas generalizações podem 
ser feitas: 
• As harmônicas que causam problemas geralmente são as harmônicas 
ímpares. 
• A magnitude da corrente harmônica diminui com o aumento da freqüência. 
 
 
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4,0) Quais são as conseqüências de altos níveis de distorções harmônicas? 
 
Da mesma forma que a pressão alta pode causar sérios problemas ao corpo 
humano alto níveis de harmônicas numa instalação elétrica podem causar 
problemas para as redes de distribuição das concessionárias, para a própria 
instalação, e para os equipamentos ali instalados. As conseqüências podem 
chegar até à parada total de equipamentos importantes de produção. 
Segue uma lista de conseqüências que as harmônicas podem causar em diversos 
tipos de equipamentos: 
• Capacitores: queima de fusíveis, e redução da vida útil. 
• Motores: redução da vida útil, e impossibilidade de atingir potência máxima. 
• >Fusíveis/Disjuntores: operação falsa/errônea, e componentes danificados. 
• Transformadores: aumento de perdas no ferro e no cobre, e redução de 
capacidade. 
• Medidores: medições errôneas e possibilidade de maiores contas. 
• Telefones: interferências. 
• Acionamentos/Fontes: operações errôneas devido a múltiplas passagens 
por zero, e falha na comutação de circuitos. 
Distorções harmônicas causam muitos prejuízos a plantas industriais. De maior 
importância, são a perda de produtividade, e de vendas devido a paradas de 
produção cusadas por inesperadas falhas em motores, acionamentos, fontes ou 
simplesmente "repicar" de disjuntores. 
 
5,0) O que os capacitores para correção de fator de potência tem a ver com 
as harmônicas? 
 
Em uma planta industrial que contenha capacitores para correção de fator 
de potência, as distorções harmônicas podem ser amplificadas em função da 
interação entre os capacitores e o transformador de serviço. Este fenômeno é 
comumente chamada de ressonância harmônica ou ressonância paralela. 
Muitos dizem, erroneamente, que os causadores das harmônicas são os 
capacitores. Na verdade, capacitores não geram harmônicos, e sim agravam os 
problemas potenciais das harmônicas. Eles são os equipamentos mais sensíveis 
às harmônicas, e os que mais sofrem na presença delas. Talvez por esta razão, 
problemas de harmônicas freqüentemente não são conhecidos até que são 
aplicados capacitores para correção de fator de potência. 
 
6,0) Como as harmônicas podem ser eliminadas? 
 
Normalmente, a solução mais confiável e acessível é feita com o uso de 
filtros de harmônicas. Um filtro de harmônicas é essencialmente um capacitor para 
correção de fator de potência combinado em série com um reator (indutor). 
 
 
INSTALAÇÃO DE CAPACITORES 
 
1.0) Devem ser instalado o mais próximo possível das cargas indutivas. 
Com isso, evita-se a passagem de correntes reativas por longos trechos de cabos, 
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chaves, etc. Nos motores, vale lembrar que a instalação de capacitância fixa pode 
não ser tecnicamente correta caso haja variação de carga no eixo, provocando 
oscilações somente na indutância. Neste caso o ideal seria um banco com 
capacitâncias de valores escalonados, monitoradas por um controlador automático. 
2) Quando não for viável (por motivos técnicos ou econômicos) instalar junto 
a carga, faze-lo através de um banco automático no painel mais próximo. A 
utilização de um controlador automático eficiente se faz indispensável. 
3)Evitar que se ligue o capacitor com a mesma chave que manobra o motor. 
Com isso eveta-se que se crie um circuito LC em ressonância ao desligar o motor 
que passa a ser um gerador enquanto girar (ligação em paralelo). Nesta situação a 
tensão pode chegar até o dobro da nominal. 
4) Evitar sempre que depois de desligado o capacitor seja religado antes de 
60 s (ver o exposto no item 4 – Informações Técnicas). Com isso, evita-se que o 
mesmo não receba tensões com valores acima dos 10% permitido. Para tal, pode 
ser utilizado o controlador CM 1000 da EMBRASUL que tem uma função que 
garante que não haja religamento antes de 60 s ou pelo menos um temporizador 
com retardo na partida. Imagine o que acontece no capacitor no caso de uma 
rápida falta da concessionária, ou quando, o eletricista tenta engatar os fusíveis de 
alta na chave-fusível por várias vezes e só consegue após inúmeras tentativas... 
ou ainda quando o operador liga e desliga uma carga por várias vezes sucessivas 
que tenha um capacitor ligado com ela... 
5) Evitar a instalação de capacitores em painéis fechados, principalmente 
naqueles com muitos componentes que dissipem calor. O ideal é que a 
temperatura não ultrapasse 40 0 C em torno da caixa do capacitor. 
6) Como todo o equipamento elétrico a carcaça do capacitor deve ser 
aterrada. 
7) Os capacitores devem ser instalados como se fossem uma carga, ou 
seja, devem ser desligados ao passoque se desligam as cargas. Não devem 
nunca permanecer ligados diretamente (24h/dia) sem necessidade. 
8) Se a tensão da rede (concessionária) ultrapassar os 5% de sobretensão, 
solicite a concessionária a solução do problema (você tem respaldo legal para tal). 
9) A correção em média tensão é uma solução pouco aconselhável porque 
visa exclusivamente evitar a multa. A filosofia correta é fazer duas coisas: 
1. Evitar a multa; 
2. Fazer uso mais racional da energia elétrica aliviando 
transformadores e equipamentos e reduzindo o consumo. 
A correção em média-tensão exigirá investimentos altos em equipamentos para 
comando, pois, com a nova legislação terá que haver um sistema que opere 
automaticamente o banco. 
 
10) Evite instalar capacitores em circuitos onde haja presença de 
harmônicas. Elas também são danosas aos capacitores. O ideal é que se aça uma 
medição para avaliar a intensidade das mesmas. 
Harmônicas são normalmente provenientes de instalações que tenham 
comandos tiristorizados. 
1,0) INFORMAÇÕES TÉCNICAS: 
Conforme norma da ABNT, a Energia Elétrica das concessionárias deve 
oscilar entre +5% e –10% da tensão nominal. 
VIDEIRA, DEPARTAMENTO MANUTENÇÃO 07/04/05 Pg: 14 / 14 
Os capacitores conforme norma da ABNT, devem ser fabricados para 
suportar até 10% de sobretensão. 
Os resistores de descarga devem garantir que em 60 segundos haja no 
capacitor 10% da tensão nominal, no máximo. (Gráfico n.1) 
Ao energizar o capacitor ele sempre somará a tensão residual (após 
descarga) com a que está sendo conectada. Ver o que acontece (Gráfico n.2) ao 
religar após 30 segundos : a uma sobretensão de + ou – 150v porque havia esse 
residual. Portanto a tensão no capacitor será = ou – 530v. Aproximadamente 40% 
a mais. 
Para os capacitores a seco dito auto-regenerativos significa que quando há 
um curto-circuito-interno (furo de isolamento) naquele ponto se criará um ponto 
isolante sem propriedade capacitiva. Por isso, quando a corrente nominal do 
capacitor começa a cair é porque já houve muitos furos do dielétrico no interior da 
célula, portanto, suas placas estão com muitas ïlhas de isolamento. 
Furos de isolamento ocorrem somente por sobretensão além dos 10% 
permitidos. 
 
GERENCIAMENTO ENERGÉTICO 
1.0) Introdução 
Em face do crescente uso de automação nas indústrias, e do aumento das 
multas e ajustes cobrados pelas concessionárias, o gerenciamento da energia 
elétrica vem se tornando uma necessidade para as empresas interessadas em 
reduzir custos. Como veremos, os consumidores não estão se preocupando 
apenas com os ganhos decorrentes da eliminação de multas, e passam a exigir 
recursos para que se alcance um aumento de produtividade através da 
diminuição de interrupções, maior vida útil dos transformadores, e demais 
equipamentos instalados nas subestações. 
Esta crescente automação nas indústrias brasileiras vem sendo 
impulsionada principalmente por três fatores: as empresas sentem cada vez 
mais a necessidade de redução de custos, os preços dos equipamentos e 
sistemas vem caindo significativamente, e a capacidade destes mesmos 
sistemas vem crescendo em progressão geométrica. Dentro deste quadro, 
surge com destaque o gerenciamento e a conservação de energia elétrica, por 
razões específicas: crescente rigidez nos critérios de faturamento e nas tarifas 
de energia elétrica, e sua aplicação à quase que totalidade dos processos 
industriais. 
Pretendemos mostrar as vantagens de um novo conceito de gerenciamento 
de energia, onde cresce cada vez mais a importância da medição realizada por 
transdutores eletrônicos nos diversos setores de uma instalação. 
2.0) A evolução da tecnologia 
Até o início dos anos 80, usavam-se conjuntos de relés para controlar a 
demanda de energia. Nesta época, o surgimento das tarifas hora-sazonais 
coincidiu com os primeiros controladores micro-processados. Os equipamentos 
eram verdadeiras "caixas pretas", sem nenhuma capacidade de programação 
por parte do usuário. A evolução continuou, e os controladores passaram a 
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dispor de CPUs mais potentes, capazes de controlar displays, teclados, e de 
armazenar dados. Em 1988, surge o primeiro equipamento com capacidade de 
comunicação serial, justamente no momento em que os PCs começavam a se 
espalhar por todo o país. 
De lá para cá, se passaram mais de 10 anos. A evolução da interface visual 
dos sistemas (software) foi enorme. Gráficos mais bonitos, relatórios mais 
completos, mais análises, e mais estatísticas. Mas enquanto a informática 
explodiu em todo o mundo, os sistemas de controle pouco evoluiram, 
principalmente no quesito hardware. Prova disto é que, ainda hoje, grandes 
marcas do setor vendem sistemas baseados em velhas CPUs de 8 bits. Seus 
fabricantes alegam ter capacidade de fazer gerenciamento energético, 
bastando para tanto instalar medidores de energia ativa com saída em pulsos, e 
placas de entradas digitais que levarão as informação até a CPU central, ou a 
CPUs 
3. Por que gerenciar a energia elétrica 
Existem duas razões para se gerenciar a energia de uma instalação: reduzir 
a conta de energia, e aumentar a produtividade. 
A redução na conta se dá otimizando os contratos de demanda, e 
eliminando as ultrapassagens de demanda e os ajustes de fator de potência. 
Isto é possível porque existe uma legislação de âmbito nacional que regula a 
cobrança da eletricidade por todas as concessionárias. A figura abaixo ilustra o 
comportamento das demandas (ativa e reativa) e do fator de potência a cada 60 
segundos, onde podem ser visualizadas oscilações de maior importância. 
A importância do gerenciamento de energia vem crescendo porque, além da 
redução na conta de energia, atualmente já é possível alcançar grandes ganhos 
de produtividade, facilitando a manutenção e a operação das plantas. Confira 
as razões para isto: 
• A riqueza de informações e detalhes permite a supervisão total do 
fluxo de energia na instalação, inclusive alimentando sistemas de 
gestão empresarial (ERP) em tempo real. 
• A competitividade da economia globalizada obriga as empresas a 
conhecer detalhadamente seus custos de energia, rateando-o entre 
os vários setores (centro de custos) da planta. 
• Fusões e cisões de empresas, tão comuns em nossos dias, criam a 
necessidade de se dividir os custos da energia entre as distintas 
áreas contábeis. 
• Motores de indução tem máxima vida útil quando operados com fator 
de potência entre 0,95 e 1. 
• Transformador tem máximo rendimento quanto maior for o fator de 
potência, e sua eficiência é um grande trunfo contra a obsolescência 
precoce de subestações. 
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• Proteções (fusíveis e disjuntores) podem atuar desnecessariamente 
se a qualidade da energia utilizada cair abaixo de certos limites (uma 
combinação de fator de potência, distorções harmônicas e número de 
interrupções e transientes). 
• Um fenômeno chamado "efeito joule" causa aquecimento 
desnecessário em quaisquer equipamentos elétricos, incluindo fios e 
cabos, à medida que cai o fator de potência, comprometendo a vida 
útil de inúmeros componentes. 
Mais e mais empresas têm avançado na idéia de se gerenciar as grandezas 
elétricas em cada uma das subestações, controlando o fator de potência e 
várias outras grandezas em cada barramento elétrico de distribuição. 
3. As vantagens da medição eletrônica 
A tabela abaixo produz uma comparação entre os sistemas baseados em 
medição eletrônica, e os sistemas com medidores eletromecânicos. 
Sistemas com medição eletrônica Sistemas com medidores eletromecânicos 
Várias grandezas no mesmo 
instrumento 
Um instrumento para cada grandeza 
Leituras instantâneas diretas permitem 
o registro histórico de todas as 
grandezas elétricas 
Valores precisam ser processados, e não 
podem ser usados em manutenção 
preventiva. 
Demanda e Fator de Potência 
instantânea 
Demanda e Fator de Potência1 
projetados2Leituras de tensão e corrente por fase Não informa valores de tensões e correntes 
Leituras de potências3 por fase Não informa valores de potência 
Leituras de Distorções Harmônicas4 Não informa valores de distorções harmônicas 
Leituras de consumos acumulados 
(ativo e reativo) 
Valores de consumos devem ser 
acumulados pelo sistema de 
gerenciamento5 
Consistência dos dados é total 
(inclusive dos acumuladores) 
Consistência pode ser quebrada por falta 
de energia nos diversos componentes do 
sistema 
Leituras detalhadas auxiliam a 
conferência da ligação do próprio 
medidor 
Requer muita experiência para garantir a 
correta ligação dos medidores 
Instalação simplificada (rede serial RS-
485 com um par de fios apenas) 
Cabos de cada ponto de medição devem 
ser levados até a CPU central 
Menor número de componentes 
(apenas os medidores e o gerenciador) 
Vários componentes adicionais 
(emissores de pulsos, placas de entradas, 
etc.) 
Maior confiabilidade e precisão (até 
0,2%) 
Partes móveis diminuem a precisão (entre 
1 e 2%) 
Calibração única (na fabrica) Necessidade de calibrações periódicas 
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1 Disponível apenas se forem instalados medidores de energia reativa. 
2 Não são divulgadas informações sobre os algoritmos de projeção destas 
grandezas no caso das medições setoriais. 
3 Potências ativa, reativa e aparente (total). 
4 Apenas alguns modelos de medidores. 
5 Valores podem ser inconsistentes em caso de falta de energia. 
 
 
 
5. Pré-requisitos desejáveis 
As mais recentes exigências de gerenciamento energético desencadeiam 
uma série de novos pré-requisitos, donde destacamos: 
5.1. Controle de Fator de Potência Setorial 
Para evitar o fluxo de energia reativa entre os vários setores de uma 
instalação, o controle de fator de potência deve ser feito em cada 
transformador. No exemplo a seguir, mostramos o controle de fator de potência 
em uma instalação com 5 transformadores, e 5 estágios de capacitores em 
cada um deles. 
Em função da legislação vigente, os 5 estágios usados para controlar o fator 
de potência geral (1 estágio junto a cada transformador) são acionados 
conforme o comportamento da projeção do fator de potência geral da instalação 
para cada intervalo de 1 hora. Para maior clareza, estes estágios são os 
identificados na figura abaixo como C1, e interligados pelas linhas pontilhadas 
azuis do sistema de supervisão e controle. 
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No exemplo acima, os estágios usados para controle de fator de potência 
local são acionados conforme a variação instantânea do fator de potência em 
cada um dos ramais, respeitando-se um tempo mínimo de descarga para os 
capacitores, e efetuando um rodízio entre os mesmos. Eles estão interligados 
ao sistema de controle pelas linhas verdes, e identificados como C2 a C5. 
5.2) Monitoração de todas as grandezas elétricas em todas as 
subestações. 
No modelo proposto, a CPU principal concentram as leituras de todos os 
transdutores, processa as informações, e comanda as saídas, além de enviar 
todas as informações para a estação de supervisão e controle. 
Na estação de supervisão, o operador deve ter acesso, em tempo real, a 
todas as grandezas elétricas em todas as subestações: correntes nas três 
fases, tensões nas três fases, frequência da rede, fator de potência instantâneo, 
potência ativa, potência reativa, potência aparente, consumo ativo acumulado, 
e consumo reativo acumulado. 
Além disto, o sistema deve armazenar os dados históricos de demanda e 
fator de potência de cada transformador a cada intervalo de integração, 
conforme legislação vigente, e em sincronismo com a medição da 
concessionária. 
5.3) Conectividade com Sistemas de Supervisão SCADA 
Muitas empresas utilizam sistemas SCADA (Wizcon, Fix, Intouch, Factory 
Link, Unisoft, Elipse e outros) para supervisionar seus parques produtivos, e é 
indiscutível a utilidade destes sistemas. Importante, portanto, é que outros 
sistemas de gerenciamento possuam capacidade de se comunicar diretamente 
com estes sistemas de supervisão, por meio da rede local. Mas atenção: a 
comunicação via DDE é instável e afeta gravemente a segurança da 
supervisão, assim como da própria rede local. As soluções mais modernas 
utilizam protocolo TCP/IP. 
 
5.4) Ferramentas de análise financeira, estatística e de processos 
Com ferramentas de análise de custos, a administração da planta terá todas 
as informações para fazer um perfeito custeio do produto acabado, seja por 
lotes ou turnos de produção. Por esta razão, o sistema deve possuir 
ferramentas de análise, estatística e gerenciamento, habilitado individualmente 
por meio de senhas. Com elas, um operador ou gerente pode dimensionar 
expansão de bancos de capacitores, estimar novos valores ideais para as 
demandas contratadas junto à concessionária, determinar potenciais de 
economia, simular transferência ou instalação/retirada de novas máquinas, 
além de visualizar todas as informações sob a forma de gráficos ou tabelas.