O fator de potência de uma instalação é determinado pelas cargas que são conectadas no sistema. Caso o ângulo do fator de potência não fique de acordo com o especificado pela Aneel, o proprietário da instalação estará sujeito a multas e encargos cobrados pelas concessionárias. Neste artigo abordaremos alguns princípios teóricos e alguns métodos para correção do fator de potência.
Potência Média
Para um sistema em corrente contínua temos que a potência é expressa pelo produto da tensão(V) com a corrente(I). Entretanto, para a corrente alternada temos que considerar ainda o defasamento angular entre a tensão e corrente, que pode ser expressa pela seguinte fórmula.
Através dessa equação podemos observar que uma carga puramente resistiva irá absorver toda a potência fornecida pela fonte, enquanto a carga puramente capacitiva ou indutiva não irá absorver potência da fonte.
Valor Eficaz ou em RMS
“O valor eficaz de uma corrente periódica é a corrente CC que libera a mesma potência média para um resistor que a corrente periódica” (Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku – Fundamentos de Circuitos elétricos). No caso da corrente alternada o valor eficaz da corrente (Irms) e tensão (Vrms) são calculados através das fórmulas:
A maior parte dos cálculos em regime permanente no sistema elétrico são utilizando valores eficazes (RMS).
Potência Aparente e Fator de Potência
Após analisarmos essa parte iremos adaptar a fórmula da potência média utilizando os valores RMS, obtendo a seguinte equação.
Após passarmos os valores da tensão e corrente máxima para valores em RMS obteremos 2 grandezas que são a potência aparente (S) e o fator de potência (FP) que podem ser expressos pelas equações abaixo:
Através desta fórmula podemos mostrar que o ângulo do fator de potência é igual ao ângulo da impedância da carga, que fica melhor exemplificada nos triângulos abaixo:
Através destes passos conseguimos concluir que a potência aparente S é a soma fasorial da potência ativa (P) e a potência reativa (Q).
Sendo que a potência aparente é expressa pela unidade VA (volt-amper), potência ativa em W (watts) e a potência reativa em VAr (volt-amper reativo).
A potência que produz trabalho efetivamente é a ativa, considerando a potência aparente constante quanto menor o ângulo do fator de potência maior será a potência útil entregue a carga.
Análise do Fator de Potência
A potência aparente pode ter características indutivas (fator de potência atrasado) ou capacitivas (fator de potência adiantado) a depender do ângulo do fator de potência. A depender do sentido do fluxo de potência no sistema, temos o seguinte comportamento:
Para um dado referencial, pode-se dizer que o 1° e 3° quadrante indica o consumo de potência aparente com fator de potência adiantado ou atrasado. Para o 2° e 4° quadrante temos exportação ou geração de potência com o mesmo fator de potência adiantado ou atrasado.
Correção do Fator de Potência
Segunda a resolução da Aneel 1000, o fator de potência de referência indutivo ou capacitivo, tem como limite mínimo o valor de 0,92 para uma unidade consumidora do grupo A. Sendo assim, em uma determinada instalação que estiver com o fator de potência fora dessa faixa estipulada, deve-se adotar algum método para correção. Para um fator de potência indutivo, deve-se utilizar um capacitor para correção. Já para fator de potência capacitivo, deve-se fazer a utilização de um reator para correção. A conexão do equipamento para correção do fator de potência sempre é feita em paralelo com a carga que se deseja compensar o reativo.
Esse cálculo da correção do fator de potência é realizado através da soma fasorial das correntes e potências do circuito.
Imagine um sistema que funcione segundo o triângulo de potência mostrado abaixo:
Como pode ser visto, o fator de potência é indutivo e está abaixo do permitido pela Aneel, devendo ser adotado algum método de compensação para sua correção. Vamos realizar um cálculo simples para verificar qual a potência reativa esperada para o fator de potência de 0,92.
Para saber qual o valor da potência reativa que devemos inserir no sistema (banco de capacitor) para correção do fator de potência, basta subtrair a potência medida pela potência desejada.
Portanto pode-se concluir que um banco de capacitor de 100kVAr, inserido em paralelo com aquela carga, seria suficiente para correção do fator de potência.
Conclusão
Entender o triângulo de potência é fundamental para compreender o porquê e como realizar a correção do fator de potência de forma adequada. Existem diversos equipamentos que podem ser adotados para correção do fator de potência, cujo objetivo é alterar o balanço de reativo para chegar no ângulo do fator de potência desejado.
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Um abraço e até a próxima,
Equipe Mesh Engenharia
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