Fator de Potência e Harmônicas

Fator de Potência e Harmônicas Filippe Dolgoff, 25 de outubro de 2014 Correção de fator de potência e harmônicas em instalações elétricas de baixa tensão

Capacitores e Controladores Conteúdo Fator de potência Produtos para Correção de Fator de Potência Distorção Harmônicas

Fator de potência Tipos de carga R L C Lâmpadas incandescentes, aquecedores, Motores, trafos, lâmpadas fluorescentes, Capacitor, motor síncrono, H F IR V AC IL 90 V AC IC 90 V AC P W or kw Q var or kvar Q var or kvar

Fator de potência Os três tipos de potências - Potência Ativa (kw) desempenho de trabalho (potência útil) - Potência Reativa (kvar) sustenta o campo eletromagnético (sem potência útil) kw kvar kva - Potência Aparente (kva) potência total consumida

Fator de potência Triângulo das potências S - Pot. Aparente [kva] Q - Pot. Reativa [kvar] P - Pot. Ativa [kw] Potência Aparente - Somatória VETORIAL das potências Ativa e Reativa. S 2 = P 2 + Q 2

Fator de potência O copo de chopp

Fator de potência Definição Coeficiente de Eficiência: razão entre a potência ativa (kw) e a potência aparente (KVA); quanto menor o fator de potência menos eficiente. S [kva 1] Ø 1 S [kva 2] Q [Kvar 1] Q [Kvar 2] Ø 2 P [kw]

Fator de potência Regulamentação Conforme a determinação, o órgão regulador ANEEL (Agência Nacional Energia Elétrica), existem limites mínimos e máximos a serem aplicados para o Fator de Potência conforme a portaria número 456 Mínimo 0,92 Indutivo Máximo 0,92 Capacitivo 1 0,92 indutivo 0,92 capacitivo

Fator de potência Energia reativa Qual o problema? aumento da potência aparente (KVA) necessária, reduzindo a capacidade de potência ativa dos transformadores; sobrecarga dos condutores elétricos das plantas; necessidade de superdimensionar as redes de distribuição e transmissão; aumento das perdas de energia nos condutores elétricos; aumento de distúrbios (afundamentos e quedas) de tensão; penalidades aplicadas pelas concessionárias aos consumidores que utilizam esta energia de forma excessiva;

Fator de potência Principais causadores de baixo Fator de Potência Motores de Indução operando em vazio Transformadores operando em vazio ou com pequenas cargas Lâmpadas de descarga Grande quantidade de pequenos motores operando continuamente Cargas especiais: - Fornos a Arco - Máquinas de solda - Equipamentos eletrônicos

Fator de potência Entendi o problema...e agora? Correção de fator de potência Significa tomar as medidas necessárias para aumentar o fator de potência na instalação suprindo a necessidade de energia reativa localmente, ou seja, sem onerar a rede. Como?? Motores e alternadores síncronos; Banco de capacitores

Fator de potência Corrigir o fator de potência...vale a pena? Excelentes vantagens técnico-econômicas! melhor utilização das máquinas elétricas (geradores e transformadores); redução da corrente consumida pela rede e seção dos condutores; redução das perdas nos condutores elétricos; melhor utilização da distribuição elétrica; redução das emissões de CO 2 ; prevenção de penalidades cobradas pela concessionária;

Fator de potência Corrigir o fator de potência...vale a pena? Alterando o Fator de Potência, alteramos diretamente a corrente. Carga de 100 kw em 380 Vca Fator de Potência 1 0,9 0,8 0,7 0,6 I (A) 152,11 169,02 190,14 217,31 253,52 Se aumentarmos o Fator de Potência, a corrente automaticamente cai, diminuindo as secções dos cabos e o stress das máquinas indutivas (transformadores, motores e outras máquinas) I = P(W) 3. V. cosφ

Fator de potência Banco de capacitores...como calcular? Capacitor necessário Q correção P ( tg tg ) 2 1 Onde: P: pot. Ativa em kw: 200kW 1 : ângulo existente cos 1 = 0.70 2 : ângulo target cos 2 = 0.95 tg tg( acos(cos )) tg 1 = 0.795 tg 2 = 0.318 Q comp 200 (0.795 0.318) 138kvar

Fator de potência Banco de capacitores...onde instalar? Várias possibilidades 1. Na entrada em MT 2. No barramento principal de BT 3. Nos barramentos secundáros de BT 4. Individualmente para cada carga Localização do Capacitor 1 2 e 3 4 Abordagem técnica Melhor Economias no sistema Mínima Média Máxima Custo por kvar Mínimo Médio Maior

Capacitores e Controladores Conteúdo Fator de potência Produtos para Correção de Fator de Potência Distorção Harmônica

Capacitores e Controladores Confiabilidade para correção de fator de potência October 25, 2014 Slide 17

Capacitores e Controladores Confiabilidade para correção de fator de potência Localizada em Charleroi (Jumet) Bélgica 120 funcionários Foco em tecnologia: 15 func. Em P&D Atividade global Fornece mundialmente capacitores 100% à seco por 30 anos! (o primeiro foi fabricado em 1971) Certificados Quality products and services (ISO 9001) Environmental consciousness (ISO 14001) October 25, 2014 Slide 18

Capacitores Linha CLMD

Linha CLMD Visão interna Caixa metálica IP42 pintura eletrostática Abertura para entrada de cabos Terminais robustos Resistor de descarga incorporado Múltiplos capacitores monofásicos com impregnação à seco Dissipadores térmicos (termoequalizador) Vermiculita

Linha CLMD Visão interna - IPE Cabos de alimentação Metalização Filme de polipropileno metalizado (BOPP + ZN) Segunda camada de enrolamento Dielétrico Impregnação à seco (resina dura) Fusível interno Encapsulamento plástico

Linha CLMD Linha completa! capacitor 100% a seco podem ser instalados na horizontal ou na vertical dispositivo de descarga incorporado opção de modelo com chave seccionadora XLP integrada grau de proteção IP42 (sem chave) e IP30 (com chave) 1,5 120 kvar (220V 1000V) capacitores especiais! October 25, 2014 Slide 24

Linha CLMD CLMD33S Versão compacta cabo de 50cm já incluso todas as potências com as mesmas dimensões! grau de proteção IP20 2,1 25 kvar (220V 525V) October 25, 2014 Slide 25

Capacitor cilíndrico Linha QCap October 25, 2014 Slide 26

Linha QCap Vantagens na montagem! capacitor 100% a seco; podem ser instalados na horizontal ou na vertical; resistor de descarga incorporado; grau de proteção IP20; potências padrões de mercado: 12,5 30 kvar; - todas as potências com as mesmas dimensões; October 25, 2014 Slide 28

Linha QCap Segurança garantida Desconexão por sobrepressão Sistema de desconexão por sobrepressão eficiente Sistema retraído Sistema expandido Conexões rígidas Travado pela capsula Pressão interna OK Pressão interna NOK October 25, 2014 Slide 29

Controlador de fator de potência RVC October 25, 2014 Slide 31

Controlador de fator de potência RVC Linha comum para todas as tensões (100V a 440V/690V) Não há necessidade de estocar diferentes tipos de controladores com níveis de tensão diferente!!!! Medição e exibição de importantes parâmetros: Cosϕ Tensão Corrente Distorção de Harmônicas ( V & I) October 25, 2014 Slide 32

Controlador de fator de potência RVC Faixa de tensão comum de 100 V para 440V/690V RVC-3 RVC-6 RVC-8 RVC-10 RVC-12 50Hz / 60Hz (ajuste automático) 3 saídas 6 saídas 8 saídas 10 saídas 12 saídas Design exclusivo Fácil comissionamento Fácil Programação Configuração automática completa Tela de LCD com exclusive teclado de 3 botões October 25, 2014 Slide 35

Controlador de fator de potência RVT October 25, 2014 Slide 36

Controlador de fator de potência RVT Interface intuitiva com tela touch-screen e em Português; October 25, 2014 Slide 37

Controlador de fator de potência RVT Medições por fase e trifásicas (V, A, FP, kva, kwh, kvar,thdv/i, ); Display gráfico de espectros harmônicos (até a 49 ) e senóide de corrente e tensão; Select measurement to display Select waveforms zoom in / out the chart October 25, 2014 Slide 38

Controlador de fator de potência RVT Estratégias de seccionamento October 25, 2014 Slide 41

Controlador de fator de potência RVT Estratégias de seccionamento October 25, 2014 Slide 42

Controlador de fator de potência RVT Estratégias de seccionamento October 25, 2014 Slide 43

Capacitores e Controladores Conteúdo Fator de potência Produtos para Correção de Fator de Potência Distorção Harmônica

Harmônicas Distorção Harmônica Harmônicos é um fenômeno elétrico que distorce o sinal de tensão e corrente de um sistema elétrico. O range pode variar entre 60 2000 Hz 5 th harmônica: frequência = 5 x fundamental; e.g. 5 x 60 Hz October 25, 2014 Slide 45 Fundamental + Quinta (H5) + sétima (H7) + décima terceira (H13) + décima quinta (H15)

Harmônicas Distorção Harmônica As harmônicas são geradas de cargas não lineares, tais como: Inversores Fontes chaveadas Máquina de Solda Forno elétrico a arco October 25, 2014 Slide 46

Harmônicas Problemas causados pela Harmônica As harmônicas ímpares são que causam os grandes problemas nas instalações elétricas. Aquecimento Perda de proteção dos dispositivos Queima de equipamentos sensíveis Aumento da queda de tensão Sobrecarga do condutor neutro Estudos de Fator de Potência necessitam da verificação do percentual de harmônicas. FP = cosφ 1 + THDi 2 October 25, 2014 Slide 47

Harmônicas Problemas causados pela Harmônica Existem histórico de queima de capacitores ou de sistemas eletrônicos, o qual a causa seja o elevado nível de distorção harmônica, precisamos tomar certas precauções quanto a ressonância da instalação com os capacitores; A ressonância neste circuito tem sérias consequências como elevação da tensão, além de problemas operacionais; October 25, 2014 Slide 48

Harmônicas Ressonância em Bancos de Capacitores October 25, 2014 Slide 49

Harmônicas Como o Filtro Ativo Trabalha? Rede de MT Rede de BT Outras cargas Carga geradora harmônicas Filtro October 25, 2014 Slide 50

Harmônicas Como o Filtro Ativo Trabalha? Rede Corrente da carga com harmônicas Carga October 25, 2014 Slide 51

Harmônicas Como o Filtro Ativo Trabalha? Rede Corrente de carga com harmônicas Filtro Ativo Corrente Compensada Carga October 25, 2014 Slide 52

Harmônicas Como o Filtro Ativo Trabalha? Rede Fundamental pura Corrente da carga com harmônicas Filtro Ativo Corrente Compensada Carga October 25, 2014 Slide 53

Harmônicas Como o Filtro Ativo Trabalha? Corrente da carga com harmônicas + Corrente = compensada Fundamental pura October 25, 2014 Slide 54

Contato Filippe Dolgoff Engenheiro de Aplicação Cel.: (11) 98771-2362 Filippe.dolgoff@br.abb.com Suporte Line (horário comercial): Tel.: (11) 3688-8886 ABB Atende: 0800-014-9111 Plantão ABB: 0800-012-2500