Fator de potência | Guia prático
Admin2023-02-01T13:40:51-03:00Fator 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.
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[1] – A partir da Potência Ativa e do Fator de Potência , encontra-se a Potência Aparente , fazendo \(S = \frac{P}{{fp}} = \frac{{60}}{{0,6}} = 100\,{\rm{kVA}}\)
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[2] – a Potência Aparente e do Fator de Potência , descobrimos a Potência Reativa , fazendo \(Q = \sqrt {{S^2} – {P^2}} = \sqrt {{{100}^2} – {{60}^2}} = 80\,{\rm{kVAr}}\)
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[3] – Assim temos o Triângulo das Potências de nosso sistema elétrico, que tem Fator de Potência menor que \(0,60\).
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[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 \(S’ < S\,\,\left( {65.2\,{\rm{kVA}} < 100\,{\rm{kVA}}} \right)\)
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[5] – Na sequência calculamos a Potência Reativa \(Q’\) para um Fator de Potência \(0,92\), fazendo \(Q’ = \sqrt {{{S’}^2} – {P^2}} = \sqrt {{{65.2}^2} – {{60}^2}} = 25.5\,{\rm{kVAr}}\)
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[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 \({Q_C} = Q – Q’ = 80 – 25.5 = 54,4\,{\rm{kVAr}}\)
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[7] – Veja que com a instalação do banco aliviamos o sistema em \(S – S’ = 100 – 65,2 = 34.8\,{\rm{kVA}}\)
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[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 \(\Delta Q = 13,6\,{\rm{kVAr}}\)
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[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.
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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
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