Fator de potência | Guia prático
Fator de Potência
O fator de potência é uma medida da relação entre a potência elétrica transformada (ou ativa) e a potência total (ou aparente) consumida por uma carga elétrica. É uma medida da eficiência da transferência de energia elétrica entre a fonte de alimentação e a carga.
A potência ativa inclui toda a energia elétrica que é transformada em trabalho útil e a energia que é perdida no processo devido à resistência elétrica dos condutores e a outros fatores.
Cuidar que é um pouco diferente de potência útil, que é a quantidade de energia elétrica que é efetivamente utilizada pelo equipamento ou sistema elétrico para realizar seu trabalho. A diferença entre a potência ativa e a potência útil é causada pelas perdas elétricas, como as perdas devido à resistência dos condutores, correntes parasitas e outros fatores.
Como é cobrado
Antes de mais nada, você pode simular tudo isto em nosso script CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA.
O valor cobrado como reativo excedente na fatura de energia elétrica é referente à quantidade de energia reativa que o consumidor utilizou além do que foi previsto pelo contrato com a concessionária. Quando o fator de potência é menor que , significa que houve um excesso de uso de energia reativa em relação à potência ativa. Este excesso significa que a concessionária teve de fornecer mais energia reativa do que o previsto, deixando de vender a mesma quantidade de potência ativa a outros clientes. Portanto, o reativo excedente cobrado é uma forma de compensar o custo desse excesso para a concessionária. Na animação da Figura, pode-se compreender o efeito da correção do fator de potência, como também a forma de cobrança da concessionária.
[1] – A partir da Potência Ativa e do Fator de Potência , encontra-se a Potência Aparente , fazendo \(S = \frac{P}{{fp}} = \frac{{60}}{{0,6}} = 100\,{\rm{kVA}}\)
[2] – a Potência Aparente e do Fator de Potência , descobrimos a Potência Reativa , fazendo \(Q = \sqrt {{S^2} – {P^2}} = \sqrt {{{100}^2} – {{60}^2}} = 80\,{\rm{kVAr}}\)
[3] – Assim temos o Triângulo das Potências de nosso sistema elétrico, que tem Fator de Potência menor que \(0,60\).
[4] – Agora construímos o Triângulo das Potências de forma que tenhamos um Fator de Potência igual \(0,92\), com a mesma Potência Ativa. Da mesma forma que para fator de potência original encontramos primeiro a nova Potência Aparente \(S’\), fazendo:
\(S’ = \frac{P}{{0,92}} = \frac{{100.0}}{{0,92}} = 65.2\,{\rm{kVA}}\)
Verifique que, como esperado \(S’ < S\,\,\left( {65.2\,{\rm{kVA}} < 100\,{\rm{kVA}}} \right)\)
[5] – Na sequência calculamos a Potência Reativa \(Q’\) para um Fator de Potência \(0,92\), fazendo \(Q’ = \sqrt {{{S’}^2} – {P^2}} = \sqrt {{{65.2}^2} – {{60}^2}} = 25.5\,{\rm{kVAr}}\)
[6] – De posse da Potência Reativa atual \(Q = 80\,{\rm{kVAr}}\) e da desejada \(Q’ = 25.5\,{\rm{kVAr}}\) encontramos a quantidade de Potência Reativa dos Capacitores a serem instalados, fazendo \({Q_C} = Q – Q’ = 80 – 25.5 = 54,4\,{\rm{kVAr}}\)
[7] – Veja que com a instalação do banco aliviamos o sistema em \(S – S’ = 100 – 65,2 = 34.8\,{\rm{kVA}}\)
[8] – que correspondem, a um fator de potência de \(fp’ = 0,92\) a uma Potência Ativa \(\Delta P = 32.0\,{\rm{kW}}\) e a uma Potência Reativa \(\Delta Q = 13,6\,{\rm{kVAr}}\)
[9] – Esta Potência Ativa \(\Delta P = 32.0\,{\rm{kW}}\) que está sobrando é cobrada como multa por reativo excedido pela concessionária. Veja que na verdade nem é uma multa. Trata-se apenas de uma cobrança do que a concessionária poderia ter vendido em \({\rm{kW}}\) para outro cliente, mas não vendeu porque alguém está usando os sistema elétrico com potência reativa.
Malefícios do baixo fator de potência
Além da multa, um baixo fator de potência em uma instalação elétrica pode causar os seguintes problemas técnicos:
1. Diminuição da eficiência da instalação, aumentando o consumo de energia.
2. Aumento da perda de energia elétrica na forma de calor nas linhas de transmissão.
3. Problemas de estabilidade na rede elétrica.
4. Aumento do esforço mecânico e térmico nos componentes elétricos.
5. Quedas de tensão superiores a quedas de tensão com mesmo módulo de corrente com fator de potência mais alto.
Como é cobrado na fatura de energia?
De acordo com a Resolução nº 1000 da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), a multa por reativo excedido é cobrada a partir do momento em que o consumidor ultrapassa o limite de reativos permitidos na tarifa contratada. Essa multa é cobrada mensalmente e seu valor é calculado com base na integralização horária.
A integralização horária significa que a multa é aplicada de acordo com o tempo em que o consumidor ultrapassou o limite de reativos contratados. Por exemplo, se o consumidor ultrapassou o limite de reativos em 5 horas em um determinado mês, a multa será cobrada proporcionalmente a essas 5 horas.
Na prática, é mais comum a cobrança por ENERGIA reativa excedida. Isto não quer dizer que não possa ocorrer a cobrança por POTÊNCIA reativa excedia, porém o caso da potência (ou demanda) é assunto para um outro artigo.
Na fatura, de hora em hora, são integralizadas no tempo as potências ativa e reativa. Em termos mais simples, de hora em hora. Se o fator de potência médio de uma hora for menor que 0,92 em algum momento do mês, será iniciado um processo de contagem de reativos excedentes.
O fato curioso é que essa contagem se dá em kWxH, e não em kVArxh.
Vantagens de um alto fator de potência
Além da multa, seguem as vantagens adicionais de controlar o fator de potência:
1. Maior eficiência energética: Quando o fator de potência está próximo de 1, menos energia é desperdiçada como calor e mais é convertida em trabalho útil.
2. Redução de perdas de energia: Quando o fator de potência é alto, há menos perdas de energia nas linhas de transmissão e distribuição, o que resulta em uma rede elétrica mais eficiente.
3. Menor uso de corrente: Com um fator de potência elevado, a corrente necessária para alimentar os equipamentos é menor, o que resulta em uma carga menor sobre os cabos elétricos.
4. Melhoria da qualidade de energia: Um alto fator de potência resulta em uma corrente mais sinusoidal, o que resulta em uma melhoria da qualidade da energia elétrica fornecida.
5. Menor custo de operação: Além de ser mais eficiente, uma instalação elétrica com um alto fator de potência também pode ter menores custos de operação devido ao menor uso de corrente.
Conclusão
Corrigir o fator de potência de uma instalação elétrica é importante para aumentar a eficiência energética, reduzir as perdas de energia, melhorar a qualidade da energia elétrica fornecida e reduzir os custos de operação.
Nós, DAX Energy, oferecemos produtos e serviços de alta qualidade para atender às necessidades de correção do fator de potência de nossos clientes.
Entre em contato conosco para mais informações sobre como podemos ajudá-lo a melhorar sua instalação elétrica.
Mais informações sobre o tema em Compensação Reativa.
Angelo A. Hafner
Engenheiro Eletricista
Doutor em Eletromagnetismo
CONFEA: 2.500.821.919
CREA/SC: 045.776-5
aah@dax.energy
Referências
1. NBR 5410: Instalações elétricas de baixa tensão
2. NBR 14039: Instalações elétricas em edificações – Requisitos para projeto, execução e verificação
3. NBR IEC 61000-2-2: Compatibilidade eletromagnética (CEM) – Parte 2-2: Proteção de sistemas elétricos de potência contra perturbações conduzidas por redes de alimentação de baixa tensão
4. NBR IEC 61000-3-3: Compatibilidade eletromagnética (CEM) – Parte 3-3: Limites – Limites para flutuações e interrupções da tensão em sistemas elétricos de potência com tensão até 1000 V CA ou 1500 V CC
5. NBR IEC 61000-3-12: Compatibilidade eletromagnética (CEM) – Parte 3-12: Limites – Limites para flutuações e interrupções da tensão em sistemas elétricos de potência com tensão acima de 1000 V CA e 1500 V CC
6. NBR IEC 61000-3-12: Compatibilidade eletromagnética (CEM) – Parte 3-12: Limites – Limites para flutuações e interrupções da tensão em sistemas elétricos de potência com tensão acima de 1000 V CA e 1500 V CC
7. IEC 61000-2-4: Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 2-4: Immunity for industrial environments – Fast transients/burst
8. IEC 61000-2-5: Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 2-5: Immunity for industrial environments – Surge (power frequency magnetic field)
9. IEC 61000-3-3: Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 3-3: Limits – Limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in public low-voltage supply systems
10. IEC 61000-3-12: Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 3-12: Limits – Limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in low-voltage power supply systems for equipment with rated current ≤ 75 A per phase
11. IEC/TS 62043-3: Power quality – Power factor correction in low voltage AC power supply systems – Part 3: Technical specification for harmonic filters
