Correção do fator de potência

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1 Correção do fator de potência

2 Correção do fator de potência Legislação

3 Composição da fatura de energia elétrica A legislação brasileira permite às concessionárias calcular as faturas em função do: (a) consumo (kwh), (b) demanda (kw), (c) fator de potência, (d) diferentes tipos de tarifas. Cada tipo de tarifa se encaixa em uma tipificação do perfil do consumidor, conforme tabela a seguir.

4 Composição da fatura de energia elétrica Grupo A - Alta Tensão A kv ou mais; A-2-88 a 138 kv; A-3-69 kv; A-3a - 30 a 44 kv; A-4-2,3 a 13,8 kv; A.S. - 2,3 a 13,8 kv (Subterrâneo). Grupo B - Baixa Tensão B-1 - Residencial; B-1 - Residencial Baixa Renda; B-2 - Rural; B-3 - Não Residencial Nem Rural; e B-4 - Iluminação Pública.

5 Parâmetros para tributação 1) Consumo Registro de energia elétrica consumida durante um intervalo de tempo. No cálculo das faturas é considerado o período mensal e a unidade é o kwh (quilo watts hora). 2) Demanda Demanda corresponde ao consumo de energia dividido pelo tempo adotado na verificação.

6 Parâmetros para tributação 3) Fator de Potência Conforme legislação brasileira, o fator de potência deverá ter como limite mínimo o valor de 0,92. Caso ocorra valores menores o consumidor será penalizado. Nota(1): Para maiores detalhes consulte as Normas disponibilizadas no site ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica - Brasil, ou consulte sua concessionária.

7 Parâmetros para tributação Fator de Potência

8 Parâmetros para tributação Fator de Potência FP capacitivo FP indutivo - 0,92 1,0 0,92 Multa no horário das 00:00 as 6:00 hs (o sistema pode ficar indutivo sem acarretar em multa) Multa no horário das 6:00 as 24:00 hs (o sistema pode ficar capacitivo sem acarretar em multa)

9 Sistema tarifário Com as considerações citadas temos basicamente os seguintes tipos de tarifação: -Tarifa monônia - Tarifa binômia: - convencional - horossazonal verde - horossazonal azul

10 Sistema tarifário Tarifa Monômia - tarifa de fornecimento de energia elétrica constituída por preços aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa (baixa tensão). Tarifa Binômia - conjunto de tarifas de fornecimento constituído por preços aplicáveis ao consumo de energia elétrica ativa e à demanda faturável (alta tensão). A estrutura tarifária binômia está dividida em convencional e horossazonal, no que diz respeito aos componentes de energia e demanda, bem como a relatividade de preços nos diversos horários.

11 Sistema tarifário Tarifa Binômia Tarifa Convencional Estrutura caracterizada pela aplicação de tarifas de consumo de energia elétrica e/ou demanda de potência, independentemente das horas de utilização do dia e dos períodos do ano, e aplicada aos consumidores atendidos em tensão inferior a 69 kv com demanda contratada inferior a 300 kw e que não tenham optado pela tarifa horossazonal. Tarifa Horossazonal As tarifas horossazonais, por sua vez, estão divididas em VERDE e AZUL. Tais tarifas têm preços diferenciados em relação às horas do dia (ponta e fora de ponta) e aos períodos do ano (úmido e seco).

12 Sistema tarifário A Estrutura Tarifaria Horo-sazonal considera algumas condições, onde o perfil do consumidor e a disponibilidade de fornecimento de energia é levado em consideração. 1) Divisão do Dia Horário de Ponta - Corresponde ao intervalo de 3 horas consecutivas, ajustado de comum acordo entre a concessionária e o cliente, situado no período compreendido entre as 18h e 21h e durante o horário de verão das 19h à 22h. Horário Fora de Ponta - Corresponde às horas complementares ao horário de ponta 2) Divisão do Ano Período Seco - Compreende o intervalo situado entre os meses de maio a novembro de cada ano (sete meses). Período Úmido - Compreende o intervalo situado entre os meses de dezembro de um ano a abril do ano seguinte (cinco meses).

13 Composição da fatura de energia elétrica DO IS PERÍO DO S A NU A IS SE CO ÚM IDO M AIO A NO V EM BRO DE ZEM B RO A ABR IL DO IS SEG M E NTO S HO RÁR IO S Fora de Ponta Ponta Fora de Ponta 0 h 18:30 21:30 24:00 Três horas consecutivas nos dias úteis, conforme as características do sistema elétrico da concessionária.

14 Correção do fator de potência Fundamentação teórica

15 Tensão e corrente elétrica Em sistemas CA temos 2 tipos de cargas: V I Lineares Cargas que não provocam distorções na freqüência da rede de alimentação e não afetam a forma de onda do sistema de alimentação. Este será o foco do nosso trabalho. Model V 0.0V Snapshot Waveform Three Phase Wye 480.0A Vb Ib 0.0A Não lineares Cargas que introduzem distorções na forma de onda de tensão e/ou corrente no sistema elétrico V 0.00ns us/div WEG.Q-P1M2 04/23/04 10:29: A 16.67ms

16 Circuitos resistivos em CA Em um circuito puramente resistivo alimentado com uma tensão alternada (CA) a tensão e a corrente estão em fase. U =R.I ou I = U/R (valores eficazes para I e U) V I

17 Circuitos indutivos em CA I V Quando uma tensão alternada senoidal é aplicada a um indutor ideal a corrente estará atrasada de 90º em relação à tensão. I V

18 Circuitos Capacitivos

19 Circuitos Capacitivos em CA Um capacitor ideal ligado à uma tensão alternada senoidal, a corrente estará 90º adiantada em relação à tensão. V C I C I C V C 90º

20 Circuitos Capacitivos em CA Associação de capacitores: Ceq = C1 +C2 Potência reativa de capacitores: 2. π. f. C. Un Q C =

21 Circuitos RLC em CA Circuito RLC série Ressonância série: se XL = XC; Z = R; I em fase com V Freqüência de ressonância f0: f 0 = 1 2. π. L. C - L dado em Henries ( H ); - C em Farads ( F); - f0 em Hertz (Hz) O circuito da Figura anterior temos as seguintes características : Na freqüência f0, o circuito é puramente resistivo. A corrente é máxima de valor V/R. Abaixo de f0 a impedância será capacitiva (XC>XL). Acima de f0 a impedância será indutiva ( XC < XL ).

22 Circuitos RLC em CA Filtros passivos: Genericamente, filtros são circuito que deixam passar só sinais de determinadas freqüências, atenuando outras. Podemos ter os seguintes tipos de filtros: Filtros Passa Altas (FPA ) Filtros Passa Baixas (FPB) Filtro Passa Faixa ( FPF) Filtro Rejeita Faixa ( FRF) Se considerarmos o filtro ideal as curvas de respostas em freqüência serão as seguintes: ganho FPA ganho FPB ganho FPF ganho FRF f Ci f CS f Ci f CS f Ci f CS

23 Resumo cargas lineares

24 Energia elétrica Cálculo do consumo de energia elétrica Considerando um banho de 10 minutos em um chuveiro elétrico de potência de 5.200W. Calcular o consumo de energia deste banho.

25 Energia elétrica Considerando que o preço cobrado pela concessionária que fornece energia é R$ 0,32/kWh. Calcule o valor do consumo de energia em reais deste banho

26 Potência elétrica POTÊNCIA APARENTE, ATIVA E REATIVA Potência aparente Potência ativa Potência reativa

27 Potência elétrica

28 Potência elétrica Obs.: A potência reativa não produz trabalho e circula entre a carga e a fonte, ocupando espaço no sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa.

29 Potência elétrica Cálculo do ganho de potência aparente S, com redução da potência reativa - Q do sistema Q=? Q=?

30 Correção do fator de potência Componentes utilizados em CFP

31 Capacitores Capacitores para correção do fator de potência Capacitores para iluminação e motores monofásicos

32 Capacitores As linhas de capacitores para corrente alternada produzidos pela WEG, estão divididas para 3 tipos de aplicações: Correção do Fator de Potência (C.F.P.), motores monofásicos (motor run) e Iluminação (lighting). Conforme tabela 01. Modelos Descrição Caneca Aplicação Norma Aplicada CMRW Capacitor permanente Plástica Motores monofásicos IEC e UL810 CMRW-S Capacitor permanente com filme segmentado Plástica Motores monofásicos IEC e UL810 CDW Capacitor permanente com dupla capacitância Alumínio Motores monofásicos IEC e UL810 CMRW-M Capacitor permanente Alumínio Motores monofásicos IEC e UL810 CLAW Capacitor permanente Plástica Iluminação IEC61048 e IEC61049 CILW Capacitor permanente Plástica Iluminação IEC61048 UCW Unidade Capacitiva Monofásica Alumínio C.F.P. NBR IEC /2 UCW-T Unidade Capacitiva Trifásica Alumínio C.F.P. NBR IEC /2 Tabela 01

33 Capacitores Auto-regenerativo

34 Capacitores Auto-regeneração do filme Causas: Sobretensões superiores a 10% da Un Sobrecorrentes superiores a 30% da In Distorções harmônicas Conseqüências: Perdas de capacitância e potência em kvar Final de vida útil: expansão Benefício: Segurança quanto a explosão da caneca

35 Capacitores Dispositivo de proteção anti-explosão

36 Capacitores Capacitores para correção do fator de potência Vista interna das UCW s (Fig.1) UCW normal x UCW expandido (Fig. 2)

37 Capacitores Capacitores para correção do fator de potência

38 Capacitores Bobinas produzidas com filme de polipropileno metalizado com dielétrico seco Resistências de descarga incorporadas nas UCW-T, MCW, BCW e BCW-P Fabricados em 50 e 60 HZ Normas NBR IEC60831/1-2 e UL810

39 Capacitores Homologação UL mercado americano ensaios rigorosos referente a segurança dos produtos. Exemplo de ensaio: - É provocada falha no capacitor (Aplicada tensão CC = 10 x Vn) - Aplicada 10kA/550Vca = capacitor deve expandir

40 Capacitores UCW (Unidade Capacitiva Weg Monofásica) Unidade capacitiva para montagem de módulos e bancos trifásicos - 0,83 a 6,67 kvar Resistores de descarga não incorporados Tensões até 535V Substituição de células expandidas nos módulos e bancos. (Obs.:- sempre verificar as demais células verificar se estão em fim de vida útil). Terminais tipo fast-on e Fenda Philips combinada = Alta confiabilidade e segurança

41 Capacitores UCW-T (Unidade Capacitiva Weg Trifásica) Potências disponíveis De 0,5 a 15kvar em 220V De 0,5 a 25kvar em 380/440/480V Resistores de descarga incorporados internamente Capa de proteção para as conexões Terminais tipo fast-on e fenda-philips

42 Capacitores BCW (Banco de Capacitores Trifásico) Unidades capacitivas monofásicas ligadas em triângulo (de 6 a 15 UCW s) Resistores de descarga incorporados Através de montagem na vertical, temse eficiente refrigeração das unidades através de aletas Potências até 50kvar em 220V e 75kvar em 380/440/480V

43 Capacitores BCWP (Banco de Capacitores Trifásico com proteção e manobra incorporados) Potências de até 75kvar em 380V; Capacitores UCW conectados na configuração Delta; Possuem proteção geral com Fusíveis NH ou Disjuntor DWA; Relé temporizador eletrônico RTW-RE que protege os capacitores na reenergização; Resistores de descarga incorporados; Caixa tipo Box de fácil abertura e acesso para manutenção;

44 Capacitores Esquema de ligação triângulo de células UCW T1 T2 T3 A ligação pode ser em estrela porém não deve-se conectar o ponto comum a terra.

45 Capacitores Esquema de ligação estrela de células UCW T1 T2 T3 Na ligação em estrela não se deve conectar o ponto comum a terra.

46 Contatores para capacitores - CWMC Contatos Auxiliares Contatos auxiliares normalmente abertos adiantados (NAa) de AgSnO 2 (Prata-Óxido de Estanho) Resistências de Pré-carga Resistores de CrFeAl (Cromo-Ferro-Alumínio) com alta resistividade (ρ =7 Ω/m) Isolamento de dupla camada (T trabalho =1400 o C) 1 a camada Silicone (Isolamento) 2 a camada Fibra de vidro (V-0)

47 Contatores para capacitores - CWMC Corrente nos contatos sem a utilização de resistores de pré-carga

48 Contatores para capacitores - CWMC Através dos contatos auxiliares adiantados (NAa), especiais para essa aplicação, em série com resistores de pré-carga, os capacitores são precarregados e em seguida os contatos principais fecham e mantém em operação normal os capacitores. Corrente nos contatos com a utilização de resistores de pré-carga Este processo evita perturbações na rede e a soldagem dos contatos principais.

49 Contatores para capacitores - CWMC Categoria de Emprego AC-6b Manobra de capacitores trifásicos Valores para temperatura ambiente de 55 o C CWM 25C CWM 32C Potência Reativa kvar 220 V kvar 380 V kvar 440 V Ie (AC-6b) A Composição dos contatos auxiliares NA ou 1NF NA ou 1NF

50 Contatores para capacitores - CWMC Categoria de Emprego AC-6b Manobra de capacitores trifásicos Valores para temperatura ambiente de 55 o C CWM 50C CWM 65C Potência Reativa kvar 220 V kvar 380 V kvar 440 V Ie (AC-6b) A Composição dos contatos auxiliares NA ou 1NF NA ou 1NF

51 Disjuntores em caixa moldada - DWA Disponíveis em 5 tamanhos básicos. Intensidade de emprego de 10 a 1600A em CA e CC, com capacidade de interrupção de curto-circuito de 16 a 80kA. Proteção de redes de distribuição, motores e geradores. Versões bipolar, tripolar e tetrapolar de 10 a 1600A. Regulação térmica ajustável a partir do DWA 400. Acessórios Plug-in com dupla isolação

52 Fusíveis de proteção gl/gg Proteção dos equipamentos e fiação (barramentos) contra curto-circuito, atuando também como limitadores das correntes de curto-circuito.

53 Fusíveis de proteção gl/gg Classe gl-gg - 500Vca; Elavada capacidade de ruptura: Tipo D: 50kA; Tipo NH: 120kA Material cerâmico de alta qualidade; TIPO NH TIPO D

54 Correção do fator de potência Dimensionamento e aplicação

55 Fator de potência x Fator de deslocamento Fator de Deslocamento Cargas Lineares kvar FP= cosφ Fator de Potência Cargas lineares e não lineares FP = ( I I i( 1) ef i( 1) ef ) 2 +.cosφ ( I i( h) ef ) 2

56 Representação das potências: cargas não lineares kva = k var + kw DkVA 2 kvar O transformador deve fornecer a potência extra (DkVA)

57 Triângulo das potências In= P(kW) - motor 3.Vn.cos Φ.n POTÊNCIA APARENTE: (kva) Potência Total entregue ao consumidor pela concessionária de energia elétrica. ϕ P = V3. V. I. cosϕ Ativa ( kw ) Q = v3. V. I. sen ϕ Reativa ( kvar ) S 2 2 = kvar + kw 2 P = Q = 3 U I cos ϕ 3 U I sen ϕ S = 3 U I ( kw ) ( kvar ) ( kva ) Φ = arctg Q P

58 FATOR de POTÊNCIA FATOR de EFICIÊNCIA ENERGÉTICA É a relação entre a potência ativa e a potência aparente Potência que realiza trabalho útil FP kw = = cosϕ kva Potência total entregue

59 Para um motor IP55, 55 KW, 4 polos, 220Vca qual a potência aparente que este motor consome a 100% de carga. Exercício Potência Corrente Rendimento FP Tabela catálogo Geral WMO P ( kva) = In. 3. Vn = 173.1,73.0,22 = 66 kva

60 Potência Trafo 1000 kva FP 0,5 0,8 1,0 Potência Útil 500kW 800kW 1000kW

61 Exemplo: P = 1000W cosϕ = 0,5 S =? cosϕ = P = 1000 = 2000VA S 0,5 P = 1000W cosϕ = 0,92 S =? cosϕ = P = 1000 = 1087VA S 0,92

62 Fator de Potência é Fator de Competitividade!... ESPANHA 0,92 CORÉIA 0,93 FRANÇA 0,93 BÉLGICA 0,95 ALEMANHA 0,96 SUÍÇA 0,96 PORTUGAL 0,93 ARGENTINA 0,95

63 Causas do baixo fator de potência Transformadores operando em vazio Motores super dimensionados Grande N de motores < 10cv Utilização de reatores para lâmpadas de descarga com baixo Fator de Potência Fornos de indução eletromagnética Máquina de solda a transformador

64 Conseqüências de um baixo fator de potência Consumo excedente na conta de energia elétrica Aumento das perdas elétricas nos condutores pelo efeito Joule Necessidade de aumento do diâmetro dos condutores Queda e flutuações de tensão Sobrecarga dos equipamentos de manobra Limitação da capacidade dos transformadores de alimentação

65 Correção na média tensão - Desvantagens Inviabilidade econômica de instalar banco de capacitores automáticos; Maior probabilidade da instalação se tornar capacitiva (capacitores fixos); Aumento de tensão do lado da concessionária; Aumento da capacidade de curto-circuito na rede da concessionária; Maior investimento em cabos e equipamentos de B.T.; Manutenção mais difícil; Benefícios inerentes a eliminação de reativos nos cabos, trafos, etc., não são obtidos.

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67 Correção do FP Qc=Capacitor ϕ 1 ϕ 2 P = V3. V. I. cosϕ.η Ativa ( kw ) Q = v3. V. I. sen ϕ Reativa ( kvar )

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69 Formas de aplicação de capacitores para correção do fator de potência COMPENSAÇÃO INDIVIDUAL Viável economicamente para cargas > 10cv; Energia reativa compensada no local de origem.

70 Formas de aplicação de capacitores para correção do fator de potência COMPENSAÇÃO EM GRUPO Para cargas indutivas < 10cv existentes em um mesmo local e circuitos de iluminação.

71 Formas de aplicação de capacitores para correção do fator de potência COMPENSAÇÃO CENTRAL (AUTOMÁTICA) Instalações com necessidade de potência reativa oscilante com o tempo.

72 Formas de aplicação de capacitores para correção do fator de potência COMPENSAÇÃO MISTA Utiliza os três tipos de compensação acima descritos.

73 Formas de aplicação de capacitores para correção do fator de potência COMPENSAÇÃO Transformador Correção fixa para o transformador de potência

74 Dimensionamento da correção do fator de potência - CFP em: Motores Transformadores Bancos automáticos Fatura de energia

75 Dimensionamento da manobra e proteção de capacitores Os seguintes parâmetros dos capacitores de potência devem ser considerados: Temperatura de operação: -25 C a +55 C (+5/B) IEC /2 Altitude máxima: m IEC /2 Máxima tensão admissível: 1,1 x Vnom /8hs a cada 24hs IEC /2 Máxima corrente admissível: 1,30 x Inom (r.m.s.) IEC /2 Corrente de Pico ((Inrush): 100 x Inom IEC /2 (min manobras) Tolerância na Capacitância: -5 /+ 5% IEC /2

76 Dimensionamento da manobra e proteção de capacitores Fusíveis tipo D e NH NBR 5060 Classe gl/gg I nf 1,65 x I nc Disjuntores DWA I nd 1,43 x I nc Contatores CWMC Ver tabela catálogo

77 Categoria de Emprego AC-6b Manobra de capacitores trifásicos Valores para temperatura ambiente de 55 o C CWM 25C CWM 32C Potência Reativa kvar 220 V kvar 380 V kvar 440 V Ie (AC-6b) A Composição dos contatos auxiliares NA ou 1NF NA ou 1NF

78 Categoria de Emprego AC-6b Manobra de capacitores trifásicos Valores para temperatura ambiente de 55 o C CWM 50C CWM 65C Potência Reativa kvar 220 V kvar 380 V kvar 440 V Ie (AC-6b) A Composição dos contatos auxiliares NA ou 1NF NA ou 1NF

79 Dimensionamento da manobra e proteção de capacitores Considerando um capacitor de 50 kvar / 440 V, qual o disjuntor de proteção recomendado? Para 50 kvar em 440Vca In 50 = 0,44. 3 = 65,68A O disjuntor recomendado é 66 x 1,43 = 95A disjuntor de 100A. A capacidade de curto circuito mínima deste disjuntor deve ser calculada em função da corrente de curto circuito trifásica simétrica no ponto de conexão do capacitor. De uma forma prática, a corrente de curto circuito simétrica máxima (desconsiderando as contribuições de motores, geradores síncronos e os próprios capacitores) é:

80 Dimensionamento da manobra e proteção de capacitores Considerando então um transformador de 500kVA, Z%=5,2%, tensão secundária de 440Vca, qual disjuntor usar no banco de capacitores anterior? Pela fórmula acima, temos: - O disjuntor, independente da corrente nominal, deverá ter uma capacidade de interrupção de, no mínimo, 12,63kA / 440Vca. Neste caso, o disjuntor será de 100A, 15kA/440Vca 500 Icc = = A= 12,6kA em 440Vca 0, ,052

81 Cálculo da CFP - Motores Método analítico % Carga: - Fator relativo a potência de trabalho do motor: - Motor operando a 50% de P = 0,5 - Motor operando a 75% de P = 0,75 - Motor operando a 100% de P = 1,0 P: - Potência ativa em kw Fator F F: - Fator de multiplicação (tabelado) Fator de potência atual x fator de potência desejado η: - Rendimento do motor em função do percentual de carga que esta operando Qcamp: - Potência reativa do capacitor necessário no motor em kvar

82 Cálculo da CFP - Motores Método da tabela Para o motor abaixo calcular os capacitores para corrigir o FP para 0,92: - 7,5cv / 5,5 kw, 2 Pólos, 220Vca, carga de 75% Para o cálculo da correção ver: - CosØ Dados no catálogo da WMO ou placa de identificação do motor - - Dados no catálogo da WMO ou placa de identificação do motor

83 Tabela catálogo Geral WMO

84 86,2 0,80 Tabela catálogo Geral WMO

85 0,324 Tabela catálogo Mod.911 WA

86 Cálculo da CFP - Motores Método da tabela Motor: - 7,5cv 5,5 kw / 2 Pólos / 220Vca / Carga de 75% CosØ = 0,80 = 86,2 F = 0,324 Qkvar = 0,75 x 5,5 x 0,324 0,862 Qkvar = 1,6 kvar Comercial: MCW2,5V25 (2,5 kvar) ou UCWT2V25 (2 kvar)

87 Cálculo da CFP - Motores Método analítico Utilizando o capacitor de 2,5 kvar,qual será o novo Fator de Potência? Qkvar = 0,75 x 5,5 x F 0,862 2,5 = 4,785. F F = 0,5225 Na tabela de F buscamos a linha horizontal do fator de potência = 0,8. Na linha horizontal do 0,8 identificamos o valor que mais se aproxima de 0,5225. Neste ponto, buscamos no eixo vertical o novo fator de potência. Cos Ø = 0,98

88 Cálculo da CFP - Motores Para o motor abaixo calcular os capacitores para corrigir o FP para 0,95: kw, IP55, W21, 4 Pólos, 380 Vca, Carga de 100% Para o cálculo da correção ver: - CosØ Dados no catálogo da WMO ou placa de identificação do motor - - Dados no catálogo da WMO ou placa de identificação do motor

89 Cálculo da CFP - Motores para cálculo da potência a vazio jun/2008

90 Cálculo da CFP - Motores St = 225 kva S1 = 184 kva S2 = 167 kva S1-S2 = 17kVA ou seja * Neste caso o Capacitor WEG fornece 40 kvar corrigindo F.P. para 0,95 Motor WEG, 150kW/200cv, 380V, 4P, n=94,6, I n = 280A, FP=0,86 (100%) e S = 184kVA Motor + Capacitor*: F.P.= 0,95 e S = 167 kva

91 Cálculo da CFP - Motores Dica: - Conexões diretas capacitor-motor (sem contator) são possíveis, mas não recomendadas, desde que a potência do capacitor seja 90% da potência a vazio do motor. - No caso apresentado a potência máxima permitida seria P = 92,6 A x 0,38 x 1,73 x 0,9 = 55 kva Ver tabela motor O uso do contator para manobra do banco visa reduzir riscos de ressonância e sobreexcitação que podem ocorrer durante a energização e desenergização do motor.

92 Cálculo da CFP - Transformadores Potência de excitação (kvar) Distribuição P Excit (kvar) = Io (%) x P n (kva) 100 Onde P N (kva) = Potência Nominal Io (%) = Corrente de excitação Força P Excit (kvaar)= Io (%) x P n (kva) 2 Po (kw) Po (kw) = Perda a vazio Fator de Potência FP = cosϕ = Po (kw) P Excit (kvaar) Onde: Po (kw) = Perda a vazio

93 Cálculo da CFP - Transformadores Exemplo 1 transformador de distribuição PN (kva) = 300 kva Io (%) = 2,2 Po (W) = 950W

94 Cálculo da CFP - Transformadores Exemplo 1 transformador de distribuição P Excit (kvar) = Io (%) x PN (kva) 100 P Excit (kvar) = 2,2 x P Excit = 6,6 kvar

95 Cálculo da CFP - Transformadores Exemplo 1 transformador de distribuição FP = cosϕ = Po (kw) P Excit (kvar) cosϕ = 0,950 6,6 cosϕ = 0,14

96 Cálculo da CFP - Transformadores Regulação Potência: 1000 kva Tensão do secundário: 380V Fator de Potência % Potência Nominal Regulação Tensão (V) cosϕ = ,4 374,68 cosϕ = 0, ,98 364,88

97 Cálculo da CFP - Motores e Transformadores Dica: - Para motores e transformadores recondicionados e/ou recuperados os valores nominais de fator de potência ficam abaixo dos valores originais. Cuidado ao dimensionar a correção para estes tipos de equipamentos.

98 Cálculo da CFP - Banco de capacitores Cub. Medição (MT) QDMT TC1/2/3 TP1/2 50/51N kwh kw kvarh QGBT S0 1 Q0 1 Q1 Q2 Q3 CA TC1/2/3 CV Trafo 1.000kVA 13,8kV / 380V Z%=5% F01 TP1/2 A V S0 2 Q0 2 V, A, Hz, CA FP TC1/2/3 kwh, kw kvarh TI E Qx Qy Qz CV Trafo 1.000kVA 13,8kV / 380V Z%=5% F01 TP1/2 A V V, A, Hz, FP kwh, kw kvarh CCM S01 QDF S01 CA TC1/2/3 A V CA TC1/2/3 A V Q1 Q2 Q3 Q4 F01 TP1/2 CV Q1 Q2 S3 S4 F01 TP1/2 CV K1M K2M1 K2M2 U3 K4M1 K4M2 K4M3 F3 M 50C V M 10C M 100C M 30CV V V

99 Cálculo da CFP - Banco de capacitores TENSÃO 380 V-60Hz -MOTOR 4P rpm Potência Corrente Rendi- Potência Potência Potência Qde FP Mecânica Nominal mento Elétrica Elétrica Reativa CV kw In(A) 100% 100% (kw) (kva) (kvar) 1,50 1,10 2, ,5 0,82 2,77 3,37 1,93 3,00 2,20 5, ,0 0,80 21,20 26,51 15,90 5,00 3,70 8,1 3 85,5 0,81 12,98 16,03 9,40 7,50 5,50 11,6 3 88,0 0,82 18,75 22,87 13,09 12,5 9,20 19,3 3 88,5 0,82 31,19 38,03 21,77 20,0 15,0 29,9 3 90,2 0,83 49,89 60,11 33,53 25,0 18,5 37,0 3 91,0 0,83 60,99 73,48 40,98 50,0 37, ,4 0,86 120,13 139,69 71,28 60,0 45, ,0 0,87 96,77 111,23 54, ,5 0,87 117,65 135,23 66, ,1 0,85 138,15 162,53 85,62 32 TOTAL: 670,5 789,1 415,0

100 C A R G A Valores sem Grandezas correção FP Tensão da Instalação... : 380 V Potência Ativa Total... (P) : 670 kw Potência Reativa Total... (Q) : 415 kvar Potência Aparente... (S) : 789 kva Corrente Nominal Total... (In) : A Fator de Potência da Instalação... : 0,85 Indutivo Fator de Potência desejado... : Indutivo Valores com correção FP=0, V 670 kw 415 kvar 789 kva A 0,85 Indutivo 0,920 Para FP= 0,95 Valores com correção FP=0, V 670 kw 415 kvar 789 kva A 0,85 Indutivo 0,950 Bco. Capacitores necesário... : kvar para correção do F.P.: 129 kvar 195 kvar Bco. de Capacitores proposto... : kvar 130,0 kvar 200,0 kvar Novo Fator de Potência... : Novo Valor Corrente Nominal... : A Corrente Liberada... : A 0,92 Indutivo A 91 A 0,95 Indutivo A 128 A MELHOR EFICIÊNCIA

101 Cálculo da CFP - Banco de capacitores SITUAÇÃO: UMA FÁBRICA NECESSITA DE BANCO AUTOMÁTICO DE CAPACITORES PARA CORREÇÃO DE F.P., EM 380V, EM PAINEL SOB TEMPERATURA DE 40 C. VALOR TOTAL DO BANCO: 100kVAr/6 estágios

102 Diagrama unifilar do banco Vca

103 Cálculo da CFP - Banco de capacitores Cálculo da corrente total e disjuntor geral 120 DWA400N

104 Cálculo da CFP - Banco de capacitores Cálculo condutores, contatores e fusíveis por estágio Dimensionamento fusíveis: Incap-25 = 25/0,38*1,73 = 38A Infus.= 38A * 1,65 = 63A Incap-15 = 15/0,38*1,73 = 23A Infus.= 23A * 1,65 = 38A Fusivel = 63A Fusivel = 50A Incap-5 = 5/0,38*1,73 = 8A Infus.= 8A * 1,65 = 13,2A Fusivel = 16A

105 Cálculo da CFP - Banco de capacitores Cálculo condutores, contatores e fusíveis por estágio Dimensionamento contatores: 25kVAr 15kVAr 5kVAr Contator CWMC32 Contator CWMC25 Contator CWMC25

106 Cálculo da CFP - Banco de capacitores Cálculo condutores, contatores e fusíveis por estágio Dimensionamento condutores elétricos: Os cabos devem ser dimensionados considerando o nível de curto circuito, capacidade de corrente e queda de tensão -ver tabela específica do fabricante. De maneira simplificada, vamos considerar a capacidade de corrente definida pela proteção. Neste caso, a capacidade dos fusíveis será utilizada para dimensionar os cabos elétricos. Infus.= 63A Condutor elétrico = 16 Infus.= 50A Condutor elétrico = 10 Infus.= 16A Condutor elétrico = 2,5 Para fusível de 16A, consideramos como seção mínima do circuito de força o cabo de 2,5

107 Cálculo da CFP - Banco de capacitores Cálculo condutores, contatores e fusíveis por estágio Atenção: para condutores elétricos verificar as condições de instalação (por ex. agrupamento, temperatura ambiente, capacidade de interrupção, maneira de instalar). Sempre consultar catálogos específicos de forma a proceder ao correto dimensionamento dos condutores elétricos. A tabela ao lado é um exemplo de capacidade de condução para cabos instalados em eletrocalhas fechadas, sem considerar nenhum fator de redução.

108 Cálculo da CFP - Banco de capacitores 50 CWM32C CWM32C CWM32C CWM25C CWM25C CWM25C DWA400- N ,5 2,5

109 Cálculo da CFP Fatura de energia O cliente só disponibiliza a fatura de energia elétrica. Neste caso, pode-se fazer uma avaliação, mas como veremos a seguir, o cálculo não será conclusivo e determinado. Erros de dimensionamento de capacitores podem comprometer o desempenho do sistema elétrico. Todo o cuidado é pouco para dimensionamento do fator de potência utilizando-se somente a fatura de energia elétrica.

110 Cálculo da CFP Fatura de energia Fatura de Energia Elétrica Tarifa binômia

111 Cálculo da CFP Fatura de energia Fatura de Energia Elétrica 1 2 3

112 Cálculo da CFP Fatura de energia Descrição Faturado Tarifa Valores DEM REATIVA EXC PONTA 379,0 22, ,91 DEM REATIVA EXC FORA PONTA 338,0 7, ,23 ENERGIA REATIVA EXC PONTA 4552,0 0, ,36 ENERGIA REATIVA EXC FP IND ,0 0, ,40 Total do Exc c/ ICMS Valor da Fatura , ,63 29,1%

113 Cálculo da CFP Fatura de energia Considerando a tabela: Qc=1300kW x 0,324 = = 421,2 kvar

114 Cálculo da CFP Fatura de energia 0,66. Da tabela 0,66 0,712. Logo: 0,712 = 53,4 kvar = 55 kvar 55 / 10 = 5,5 = 6 células 6 x 10 kvar ou 2 x 2,5kvar + 4 x 5kvar + 3 x 10kvar

115 Cálculo da CFP Fatura de energia Exemplo prático de avaliação de uma correção do fator de potência: - Considerando uma medição de grandezas elétricas numa indústria de papel, durante o seguinte período: 17:29:00 de 28/09/2001 a 15:01:00 de 01/10/2001, temos os seguintes valores médios: Demanda = 441,19 kw Fator de Potência = 0,708 indutivo Total de horas = 45 Qual a potência capacitiva para elevar o fator de potência da instalação para 0,95? - na tabela F temos = 0,691 para corrigir para 0,95. Pc = 441,19 x 0,691 = 305 kvar

116 Cálculo da CFP Fatura de energia Figura kvar

117 Cálculo da CFP Fatura de energia Figura 2

118 Cálculo da CFP Fatura de energia No exemplo em questão o banco de capacitores recomendado para a correção da carga (conforme medição) seria de 518 kvar, valor muito superior ao encontrado quando se utiliza a demanda e fator de potência médio. Dica: - a utilização de contas de energia elétrica para o cálculo do banco de capacitores é orientativa. Os valores informados na fatura (fator de potência) são uma média de 30 dias de medição o que pode induzir a erros de cálculo.

119 Cálculo da CFP CD para auxílio do cálculo da Correção do Fator de Potência

120 Cálculo da CFP Fatura de energia

121 Correção do fator de potência Instalação

122 Sugestões para instalação de capacitores em partidas de motores Partida direta Para partida direta o capacitor deve ser ligado conforme diagrama ao lado. Verificar sempre o regime de funcionamento do motor. Para partidas consecutivas com tempos inferiores a 1 minuto prever restrição de religamento do banco. Podem ocorrer sobreexcitações de tensão nos capacitores

123 Sugestões para instalação de capacitores em partidas de motores Partida direta Deve-se cuidar ao instalar o capacitor após o relé térmico ligação B da figura anterior. Para capacitores com esta configuração, haverá necessidade de alterar o ajuste da proteção proporcionalmente a redução de corrente aparente, visto que haverá redução da corrente circulante pelo térmico. Por exemplo: Um motor de 50 HP, 4 pólos, operando com 100% de carga mecânica, com um capacitor solidário de 10kVAr, terá uma redução na corrente de linha em torno de 9,0%. O ajuste do relé térmico neste caso deverá ser reduzido em 9%.

124 Sugestões para instalação de capacitores em partidas de motores Partida estrela - triangulo É necessário o uso de um contator para o acionamento do capacitor. Na transferência de K2 e K3 a tensão sob o capacitor será a somatória do valor armazenado mais a tensão da rede. Por este motivo, o banco só deve ser energizado após fechamento de K1 e K3.

125 Sugestões para instalação de capacitores em partidas de motores Partida compensadora Neste tipo de compensação é imprescindível o uso de um contator para o acionamento do capacitor. O funcionamento da partida compensadora, pode ser resumida da seguinte maneira: - Os contatores K2 e K3 são ligados e alimentam o motor com tensão reduzida através do autotransformador; após temporização feita pelo sistema de comando, os contatores K2 e K3 são desenergizados e alguns milisegundos após é enviado um sinal para alimentar o motor com tensão nominal através do contator K1. Assim o capacitor será carregado durante a partida com a tensão de alimentação reduzida (devido autotransformador) e, na transferência, a tensão sob o mesmo será a somatória do valor armazenado mais a tensão da rede.

126 Sugestões para instalação de capacitores em partidas de motores Softstarter É necessário o uso de um contator para o acionamento do capacitor. O capacitor só deve ser ligado a rede após a rampa de aceleração da softstarter terminar. Muito cuidado com partidas multibombas. Podem ocorrer sobretensões nos capacitores.

127 Sugestões para instalação de capacitores em sistemas com geradores de energia elétrica Existem diversas maneiras de efetuar a instalação de capacitores com segurança quando na presença de grupos geradores. Uma maneira prática é prever equipamentos de manobra para os capacitores e que esses equipamentos tenham seu comando bloqueado pela carga, ou seja, quando a carga for retirada do sistema, o banco de capacitores também é desconectado. Na maioria das plantas industriais, esta técnica não é possível, pois há uma grande variação de carga (e potência reativa) ao longo do processo produtivo. Neste caso é recomendado a utilização de bancos automáticos de capacitores, com acionamento através de controladores eletrônicos.

128 Manutenção e instalação de capacitores Manutenção preventiva - mensal Verifique visualmente em todos os capacitores se houve atuação do dispositivo de segurança interno, indicado pela expansão da caneca de alumínio no sentido vertical Medir a tensão e a corrente em cada unidade com instrumento TRUE RMS na primeira energização. Fazer acompanhamento das mesmas. Se atingirem ao longo do tempo, valores menores do que 20% da nominal, os capacitores deverão ser substituídos. 1.3 Verificar o funcionamento adequado dos contatores 1.4 Verificar se há fusíveis queimados. Caso positivo, identificar a causa da queima antes da troca.

129 Manutenção e instalação de capacitores Manutenção preventiva - mensal Verificar se os terminais dos capacitores estão em perfeitas condições de contato Nos bancos com ventilação forçada, comprovar o funcionamento do termostato e ventilador. 1.7 A temperatura externa do capacitor deverá ser menor do que 55oC. 1.8 Verificar a existência de vazamentos na caneca metálica. Qualquer tipo de vazamento implicará na imediata substituição do capacitor.

130 Manutenção e instalação de capacitores Manutenção preventiva - semestral 2.1 Efetuar limpeza completa do conjunto painel metálico ou conjunto de capacitores MCW, usando álcool isopropílico. 2.2 Repetir os procedimentos do item 1 manutenção preventiva - mensal 2.3 Reapertar todos os parafusos dos contatos elétricos e mecânicos. 2.4 Medir a temperatura dos cabos conectados ao contator. 2.5 Verificar estado de conservação das vedações contra entrada de insetos e outros objetos.

131 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 3.1 Posição de montagem Linha de capacitores para Correção do Fator de Potência - diâmetro 60mm. PREFERENCIAL Os capacitores para correção do fator de potência, diâmetro 60mm, podem ser montados na horizontal e na vertical com os terminais para cima. A posição mais favorável para a dissipação térmica é a vertical com os terminais para cima.

132 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 3.1 Posição de montagem Recomendada Linha de capacitores para Correção do Fator de Potência - diâmetro 85mm Os capacitores para correção do fator de potência, diâmetro 85mm, devem ser montados na vertical com os terminais para cima, pois é a posição mais favorável para a dissipação térmica.

133 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 3.2 Evitar instalação de cabos de sinal / controle muito próximos aos condutores de força ligados a capacitores. 3.3 Após desenergização de um capacitor, aguardar 1 minuto para sua reenergização. Os capacitores para correção do fator de potência devem ser instalados sempre com seus respectivos resistores de descarga. 3.4 É indicado evitar energização e reenergização simultânea de bancos de capacitores.

134 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 3.5 As estruturas metálicas de suporte e carcaça dos capacitores deverão ser rigidamente aterradas. 3.6 Capacitores e bancos devem ser instalados em locais ventilados e com espaçamento que permita sua refrigeração. 3.7 Evitar exposição ao sol ou proximidade de equipamentos com temperaturas elevadas. 3.8 Não bloquear a entrada e saída de ar dos gabinetes.

135 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 3.9 Evitar instalação de capacitores em sistemas elétricos que tenham cargas não lineares verificar níveis de distorção harmônica Não utilizar os terminais das células UCW para fazer interligações entre si. Este tipo de ligação aumenta a corrente nos terminais, provocando aquecimento e conseqüente vazamento das células Considerar sempre as perdas por efeito joule dos capacitores para montagem de bancos.

136 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 3.12 Para casos onde o fornecimento de energia elétrica apresente variação de tensão, pode-se utilizar capacitores de tensão reforçada. Deve-se tomar o cuidado para estes casos, pois a utilização de capacitores com tensão superior a tensão nominal reduz a potência reativa conforme a fórmula a seguir:

137 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores Un 2 Qnovo = Qcap 2 Ucap Onde: -Qcap = potência reativa do capacitor - Qnovo = nova potência reativa ou potência disponível com a nova tensão - Un = Tensão da rede - Ucap = tensão do capacitor (nunca poderá ser inferior a tensão da rede)

138 Manutenção e instalação de capacitores Análise de defeitos mais comuns em capacitores para correção do fator de potência 4.1 Queima do indutor de pré-carga do contator de manobra de capacitores. Possíveis causas: - Repique do contator, que pode ser ocasionado pelo repique do controlador automático de fator de potência, queda de tensão do circuito de comando do contator, queda e retorno de tensão da concessionária com intervalo muito pequeno entre a queda e o retorno de tensão.

139 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 4.2 Queima de fusíveis. Possíveis causas: - Harmônicos na rede com geração de ressonância série (aumento de corrente). - Desequilíbrio de tensão - Uso de fusíveis ultra-rápidos O correto é utilizar fusível gl-gg - Aplicação de tensão em capacitores carregados

140 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 4.3 Expansão da unidade capacitiva - UCW. Possíveis causas: - Repique no contator - Temperatura acima dos valores nominais de funcionamento - Tensão acima dos valores nominais de funcionamento - Chaveamento dos capacitores sem considerar os tempos de descarga dos mesmos - Final de vida dos capacitores

141 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 4.4 Corrente especificada abaixo da nominal. Possíveis causas: - Tensão no capacitor abaixo da nominal - Células expandidas - Alto índice de regeneração das unidades capacitivas, implicando na redução da potência reativa entregue ao sistema

142 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 4.5 Vazamento e/ou aquecimento nos terminais da unidade capacitiva. Possíveis causas: - Mal contato nos terminais de conexão - Erro de instalação, como por exemplo, execução de solda nos terminais da unidade capacitiva - Interligação elétrica entre unidades capacitivas, ultrapassando a capacidade de condução de corrente dos terminais dos capacitores.

143 Manutenção e instalação de capacitores Sugestões e cuidados para instalação de capacitores 4.6 Tensão acima da nominal. Possíveis causas: - Sistema elétrico com fator de potência capacitivo - Ressonância paralela ocasionando aumento de tensão 4.7 Corrente acima da nominal. Possíveis causas: - Ressonância série entre capacitores e transformador

144 Correção do fator de potência CFP e Harmônicos

145 Cálculo da CFP Harmônicos Sinais de corrente ou de tensão que são representados por uma forma de onda periódica, deformada, composta pela freqüencia fundamental da rede elétrica, 50 ou 60Hz, mais os múltiplos desta freqüência que podem atingir valores de vários khz. ORIGEM: - CARGAS NÃO LINEARES Conversores / inversores de freqüência; Acionamentos de corrente continua; Retificadores; Fornos a arco e de indução; Reatores eletrônicos de iluminação;

146 Cálculo da CFP Harmônicos Algumas formas de ondas de cargas não lineares Model V Waveshape Disturbance Single Phase 10.0A Va Ia Model V Waveshape Disturbance Three Phase Wye 1.0KA Va Ia Model V Snapshot Waveform Three Phase Delta 90.0A Va Ia 0.0V 0.0A 0.0V 0.0A 0.0V 0.0A V -10.0A 0.00ns 2.50 ms/div 50.00ms COP.Q-P1M1 05/04/00 13:44: V -1.0KA 0.00ns 2.50 ms/div 50.00ms FGE.Q-P1M1 07/13/00 20:47: V -90.0A 0.00ns us/div 16.67ms PAL.Q-P1M1 05/18/00 17:15: Computadores tipo PC dfp Lâmpadas vapor metálico dfp = 0,97 Entrada inversor 30 CV dfp = 0,86

147 Cálculo da CFP Harmônicos LIMITES ACEITÁVEIS NO CAPACITOR : 30 % de distorção total em corrente; 5% de distorção total em tensão, com porcentagem individual máxima de 3%. DICA : Considera-se que há harmônicos na rede, sempre que as cargas não lineares representem mais de 20% da carga total instalada. CAPACITORES NÃO GERAM HARMÔNICOS!!!

148 Cálculo da CFP Harmônicos EFEITOS Falhas nos capacitores devido a: - aquecimento excessivo devido as correntes adicionais de harmônicos. - sobrecorrentes nos capacitores - ressonância série - sobretensões - ressonância paralela Aumento das perdas em equipamentos eletrônicos Funcionamento irregular nos equipamentos de proteção e controle Interferências eletromagnéticas Vibrações e ruído acústico Aumento da temperatura nos cabos e equipamentos de manobra Sobretensão Queima de reatores e lâmpadas de descarga

149 Cálculo da CFP Harmônicos RESSONÂNCIA SÉRIE I=E/R R 0 I α Ocorre entre o transformador de força e os capacitores ou banco de capacitores ligados num mesmo barramento. Corrente assume valor alto

150 Cálculo da CFP Harmônicos RESSONÂNCIA PARALELA Ocorre entre as cargas e os capacitores, conectados num mesmo barramento. Tensão e impedância assumem valores altos

151 Casos práticos fator de potência em instalações com THD Cargas Não Lineares Distorção total em corrente da instalação TDD Distorção em tensão típica no barramento THD(v) Fator de Potencia Tempo de vida útil dos capacitores na instalação ± 95% Maior que 30% De 10% a 15% De 0,90 até 0,92 Curtíssima (1 a 2 Meses) ±75% De 20% até 30% De 7% a 10% De 0,88 a 0,90 Curta (2 a 6 Meses) ±50% De 10% até 20% De 4% a 7% De 0,85 a 0,88 Média (1 a 3 anos) ± 20% Menor que 10% De 2% a 4% De 0,75 a 0,85 Grande (3 a 6 anos) Obs.: 1) Os valores citados acima são baseados em valores médios e experiências fornecidas por usuários de capacitores em instalações com distorção harmônica. 2) Existiram casos com DH de 4% e os capacitores tiveram vida útil de 6 meses. Bem como casos onde a DH era de 10% e os capacitores suportaram 2 anos, se a DH é constante sobre os capacitores, a vida útil é jun/2008 muito reduzida.

152 Correção do fator de potência Casos CFP

153 Casos práticos 1 Uso de capacitores de prolipropileno metalizado caneca plástica para correção do fator de potência Este tipo de capacitor também fornece reativos para a rede, mas não dispõe do recurso de proteção necessário para este tipo de aplicação. Não deve ser utilizado em hipótese alguma para este fim.

154 jun/2008

155 jun/2008

156 Casos práticos E quando existem harmônicos na instalação

157 Casos práticos kw (P) FP = = COSϕ kva (S)

158 Casos práticos 2 Fábrica de capacitores WEG Ao ser ligado o banco automático de capacitores para a correção do fator de potência da fábrica, a distorção das formas de ondas das tensões no interior da mesma inviabilizava o teste dos capacitores produzidos.

159 Casos práticos 2 Fábrica de capacitores WEG 134 kv 13,8 kv 300 kva 13,8/0,38 kv Z=5,05 % 1,5 MVA 13,8/1,5 kv Z=6,05 % Pto. das medições Fábrica capacitores Forno de Indução 1,5MVA 380V DHT=14,6% 5 a H=9,6% 7 a H=11,0% Bco.Cap. 115 kvar QGBT 1 QGBT 2 QGBT 3 Teste Cap.

160 Casos práticos 2 Fábrica de capacitores WEG Análise das distorções das formas de ondas das tensões e das correntes nas fases: A - B - C durante as manobras com: Forno de Indução ligado e desligado e o Banco de Capacitores ligado e desligado

161 Forno: desligado Banco Cap.: desligado Model V Snapshot Waveform Three Phase Wye 465.0A Va Ia 0.0V 0.0A Nota-se a boa qualidade das formas de ondas, de tensão e corrente, porem com baixo FP V 0.00ns us/div WEG.Q-P1M2 04/23/04 11:13: A 16.67ms Distorção Harmônica Total DHT Fases Fase A Fase B Fase C Neutro Formato % % % Amps/Volts Amps./Volts A V A V A V A V Valores a 60 Hz 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 32,64 0,98 DHT 1,74 0,98 1,97 0,88 2,26 0,97 12,99 3,28

162 Forno: desligado Banco Cap.: ligado Model V Snapshot Waveform Three Phase Wye 400.0A 0.0V Vb Ib 0.0A Ao ser ligado o bco. de capacitores houve um considerável aumento da DH da corrente V 0.00ns us/div WEG.Q-P1M2 04/23/04 08:52: A 16.67ms Distorção Harmônica Total DHT Fases Fase A Fase B Fase C Neutro Formato % % % Amps/Volts Amps./Volts A V A V A V A V Valores a 60 Hz 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 35,87 1,22 DHT 14,91 1,54 19,38 2,31 14,10 1,89 22,23 3,11

163 Forno: ligado Banco Cap.: desligado Model 7100 Snapshot Waveform Three Phase Wye 350.0V 430.0A 0.0V Vb Ib 0.0A Ao ser ligado o Forno houve um considerável aumento da distorção nas formas de onda, da tensão e corrente mesmo com o bco. desligado V 0.00ns us/div WEG.Q-P1M2 04/23/04 11:03: A 16.67ms Distorção Harmônica Total DHT Fases Fase A Fase B Fase C Neutro Formato % % % Amps/Volts Amps./Volts A V A V A V A V Valores a 60 Hz 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 39,15 1,53 DHT 9,37 5,90 10,23 6,69 9,14 6,04 16,04 3,16

164 Forno: ligado Banco Cap.: ligado Model V Snapshot Waveform Three Phase Wye 480.0A 0.0V Vb Ib 0.0A Com o Forno e bco. de cap. ligados, a DH atinge seus valores máximos V 0.00ns us/div WEG.Q-P1M2 04/23/04 10:29: A 16.67ms Distorção Harmônica Total DHT Fases Fase A Fase B Fase C Neutro Formato % % % Amps/Volts Amps./Volts A V A V A V A V Valores a 60 Hz 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 31,42 0,50 DHT 67,80 12,07 74,90 14,65 70,15 14,15 18,57 3,47

165 Casos práticos 2 Fábrica de capacitores WEG Solução: Instalação de um banco automático com filtros para distorção harmônica, com correção simultânea do Fator de Potência.

166 Análise da deformação das formas de onda: DHT e DHI pior caso Instrument Type Model 7100 Event Time 04/23/04 10:29:58.15 Samples/Cycle 128 Distorção Fase A Fase B Fase C Neutro Distorção Harmônica Total DHT Fases Fase A Fase B Fase C Neutro Formato % % % Amps/Volts Amps./Volts A V A V A V A V Valores a 60 Hz 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 31,42 0,50 DHT 67,80 12,07 74,90 14,65 70,15 14,15 18,57 3,47 Odd (Impar) 67,77 12,06 74,86 14,64 70,13 14,15 18,56 3,05 Even (Par) 2,20 0,52 2,35 0,54 1,61 0,32 0,74 1,66 Distorção Harmônica Individual DHI H3-180 Hz 1,45 0,40 3,86 0,28 3,82 0,65 15,80 0,96 H5-300 Hz 33,03 8,42 32,96 9,60 26,77 8,57 4,82 0,47 H7-420 Hz 58,87 8,60 66,75 11,01 64,43 11,20 0,71 1,28 Fator de Potência 0,9586 0,9845 0,9661 Distorção formato % % % Amps/Volts Amps./Volts A V A V A V A V Valores em 60 Hz DHT % 17,00 4,50 18,34 6,07 14,79 5,25 Distorção Harmônica Individual DHI H3-180 Hz 0,97 0,55 1,67 0,40 3,07 0,59 H5-300 Hz 15,30 3,85 15,91 5,64 13,66 4,82 H7-420 Hz 6,92 1,75 8,76 1,83 4,54 1,60 Medições antes da instalação do Banco de Filtros, Medições após a instalação do banco de Filtros,

167 Casos práticos 2 Fábrica de capacitores WEG Conclusões: 1- Na presença de cargas não lineares a CFP deve ser feita com filtros com correção simultânea do FP. 2- Observar a origem da distorção harmônica, se a montante ou juzante do ponto das medições.

168 Casos práticos 4 SABESP - Softstarter 3F-440Vca Sistema de partida com softstarter e CFP Sistema de partida com softstarter e CFP Sistema de partida com softstarter e CFP Sistema de partida com softstarter e CFP 370kW- 500CV- 580A 370kW- 500CV- 580A 370kW- 500CV- 580A 370kW- 500CV- 580A

169 Casos práticos 4 SABESP - Softstarter - Problema apresentado: - Queima constante dos capacitores

170 Casos práticos 4 SABESP - Softstarter - Oscilograma partida com sofstarter

171 Casos práticos 4 SABESP - Softstarter -Solução: - Colocação dos capacitores no sistema somente após partida da SSW utilizando um CLIC. O CLIC retira os capacitores sempre que alguma SSW é acionada.

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173 Correção do fator de potência Exercícios

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180 Cálculo da CFP - Motores Para o motor abaixo calcular os capacitores para corrigir o FP para 0,92: - 7,5cv / 5,5 kw, 2 Pólos, 220Vca, carga de 75%, = 86,2

181 0,324 Tabela catálogo Mod.911 WA

182 Cálculo da CFP - Motores Método da tabela Motor: - 7,5cv 5,5 kw / 2 Pólos / 220Vca / Carga de 75% CosØ = 0,80 = 86,2 F = 0,324 Qkvar = 0,75 x 5,5 x 0,324 0,862 Qkvar = 1,6 kvar Comercial: MCW2,5V25 (2,5 kvar) ou UCWT2V25 (2 kvar)

183 Cálculo da CFP - Motores Para o motor abaixo calcular os capacitores para corrigir o FP para 0,95: kw, IP55, W21, 4 Pólos, 380 Vca, Carga de 100% Para o cálculo da correção ver: - CosØ Dados no catálogo da WMO ou placa de identificação do motor - - Dados no catálogo da WMO ou placa de identificação do motor

184 Cálculo da CFP - Motores para cálculo da potência a vazio

185 Cálculo da CFP - Motores Motor WEG, 150kW/200cv, 380V, 4P, n=94,6, I n = 280A, FP=0,86 (100%) e S = 184kVA Qkvar = 1,0 x 150 x 0,264 0,946 Qkvar = 41,86 kvar Comercial: 2 x UCWT22,5V40 (2 x 22,5 kvar)

186 Cálculo da CFP Motores CD cálculo Exemplo: Motor: 7,5cv / 5,5 kw, 220 Vca, 2 Pólos, Carga de 75%, CosØ = 0,80 / = 86,2 2 modos de calcular utilizando motor padrão ou motor especial ver cálculo no CD. Qcapm = 1,56 kvar

187 Cálculo da CFP - Banco de capacitores Corrigir CFP para 0,95 CCM indicado Cub. Medição (MT) QDMT TC1/2/3 TP1/2 50/51N kwh kw kvarh QGBT S0 1 Q0 1 Q1 Q2 Q3 CA TC1/2/3 CV Trafo 1.000kVA 13,8kV / 380V Z%=5% F01 TP1/2 A V S0 2 Q0 2 V, A, Hz, CA FP TC1/2/3 kwh, kw kvarh TI E Qx Qy Qz CV Trafo 1.000kVA 13,8kV / 380V Z%=5% F01 TP1/2 A V V, A, Hz, FP kwh, kw kvarh CCM S01 QDF S01 CA TC1/2/3 A V CA TC1/2/3 A V Q1 Q2 Q3 Q4 F01 TP1/2 CV Q1 Q2 S3 S4 F01 TP1/2 CV K1M K2M1 K2M2 U3 K4M1 K4M2 K4M3 F3 M 50C V M 10C M 100C M 30CV V V

188 Cálculo da CFP - Banco de capacitores TENSÃO 380 V-60Hz -MOTOR 4P rpm Potência Corrente Rendi- Potência Potência Potência Qde FP Mecânica Nominal mento Elétrica Elétrica Reativa CV kw In(A) 100% 100% (kw) (kva) (kvar) 1,50 1,10 2, ,5 0,82 3,00 2,20 5, ,0 0,80 5,00 3,70 8,1 3 85,5 0,81 7,50 5,50 11,6 3 88,0 0,82 12,5 9,20 19,3 3 88,5 0,82 20,0 15,0 29,9 3 90,2 0,83 25,0 18,5 37,0 3 91,0 0,83 50,0 37, ,4 0,86 60,0 45, ,0 0, ,5 0, ,1 0,85 32 TOTAL: