correção do fator de potência - joinville.udesc.br · fator de como o fator de potência é...
Post on 02-Dec-2018
229 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Correção do Fator de Potência
Prof. Marcello Mezaroba@mezaroba@joinville.udesc.br
Material elaborado e cedido pelo Prof Cassiano RechMaterial elaborado e cedido pelo Prof. Cassiano Rech
1Prof. Cassiano Rech
C ít l 1Capítulo 1
• Com o avanço dos dispositivos semicondutores, o número de cargas não-lineares tem crescido significativamente
• Esta classe de cargas tem afetado significativamente a g gqualidade da energia elétrica nos últimos anos
• Cargas não lineares mudam a natureza senoidal das• Cargas não lineares mudam a natureza senoidal das correntes drenadas pela carga
E t ít l i d t l ã i t t t• Este capítulo visa demonstrar a relação existente entre as cargas não lineares e o fator de potência
2Prof. Cassiano Rech
C ít l 1Capítulo 1
• Conceitos fundamentais de fator de potência e distorção harmônicadistorção harmônica
Definição de fator de potência
Definição de fator de deslocamento
Definição de taxa de distorção harmônica
N l ti h ô i f t d tê iNormas relativas a harmônicos e fator de potência
3Prof. Cassiano Rech
D fi i ã d f t d tê iDefinição de fator de potência
• Utilizaremos o circuito abaixo para as definições a seguir:a seguir:
i (t)iin(t)
Cargavin(t)
4Prof. Cassiano Rech
D fi i ã d f t d tê iDefinição de fator de potência
• Fator de potência é definido como a razão entre a potência ativa (P) e a potência aparente (S) consumidas por um dispositivo ou equipamento independentemente das formas que as ondas deequipamento, independentemente das formas que as ondas de tensão e corrente apresentem.
onde:0
1 ( ) ( )T
in inP v t i t dtT
= ∫=PFPS
= RMS RMSS V I
Observação: Os sinais variantes no tempo devem ser periódicos eObservação: Os sinais variantes no tempo devem ser periódicos e de mesma freqüência.
5Prof. Cassiano Rech
D fi i ã d f t d tê iDefinição de fator de potência
• Impactos de um baixo fator de potência• Impactos de um baixo fator de potênciaPara um mesmo valor de potência ativa, os níveis de corrente são maiores
Maiores níveis de corrente causam umaumento das perdas no sistema e podem tornar necessário um redimensionamentotornar necessário um redimensionamento do sistema de fornecimento de energia
Capacidade de fornecimento deCapacidade de fornecimento de energia do sistema (geração, transmissão e distribuição) é reduzida
M l i i d
6Prof. Cassiano Rech
Multa por energia reativa excedente
T ã t id iTensão e corrente senoidais
• Supondo uma rede monofásica com fonte de tensão senoidal e carga linear:
( )= ω( ) 2 senin RMSv t V t ( )= ω + φ( ) 2 senin RMSi t I t
= φcosRMS RMSP V I
S V I= RMS RMSS V I
P ê i R i (VA )QSQ = φsenRMS RMSQ V I
= RPotência Reativa (VA )Q
7Prof. Cassiano Rech Pφ = −2 2Q S P
T ã t id iTensão e corrente senoidais
• Carga resistivaVin = 220 V, Iin = 1,36 A
P = 300 W, S = 300 VA
FP = 1
• Carga RL (φ = 30°)Vin = 220 V, Iin = 1,57 A
P = 300 W, S = 346,4 VA
FP = 0,866
8Prof. Cassiano Rech
T ã t id iTensão e corrente senoidais
• Carga RL (φ = 60°)
Vin = 220 V, Iin = 2,73 A
P = 300 W, S = 600 VA
FP = 0,5
• Carga indutivaVin = 220 V, Iin = 2,73 A
P = 0 W, S = 600 VA
FP = 0
9Prof. Cassiano Rech
Tensão senoidal e corrente distorcida
Cargas lineares: as correntes solicitadas são proporcionais à tensão aplicada. Exemplos: resistores, capacitores e indutores.
Cargas não lineares: não conservam a proporcionalidade entre a tensão aplicada e a corrente resultante. Exemplo: retificador com filtro capacitivo.
10Prof. Cassiano Rech
Tensão senoidal e corrente distorcida
Série de Fourier: qualquer sinal periódico pode ser decomposto em uma soma de sinais senoidais.
( )∞
=
= + ω + φ∑1,2,...
( ) 2in med h hh
i t I I sen h t
HARMÔNICOSHARMÔNICOS::HARMÔNICOSHARMÔNICOS::São formas de onda São formas de onda senoidaissenoidais com freqüências múltiplas com freqüências múltiplas
((hh = 2, 3, ...) da freqüência em que o sistema opera= 2, 3, ...) da freqüência em que o sistema opera((hh 2, 3, ...) da freqüência em que o sistema opera 2, 3, ...) da freqüência em que o sistema opera normalmente (freqüência fundamental).normalmente (freqüência fundamental).
12Prof. Cassiano Rech
Tensão senoidal e corrente distorcida
Corrente de entrada iin(t)
+ + ++ + +...
13Prof. Cassiano Rech
Fundamental 3º harmônico 5º harmônico
Tensão senoidal e corrente distorcida
Potência instantânea p(t) = vin(t)*iin(t)
+ + ++ + +...
14Prof. Cassiano Rech
Fundamental (P = 198 W) 3º harmônico (P = 0) 5º harmônico (P = 0)
Tensão senoidal e corrente distorcida
1= φ
+12
1 cos1 i
FPTHD
Fator de
Como o fator de potência é afetado pela
Fator dedistorção (kd)
Fator dedeslocamento (kφ)
Como o fator de potência é afetado pela defasagem entre as componentes fundamentais de tensão e corrente, e pela distorção harmônica d t é di idi tê i ti S
Q devido à defasagem entre as
de corrente, é comum dividir a potência reativa em duas parcelas: QS
Q devido à defasagem entre asfundamentais de tensão e corrente
H produzida pela distorção harmônicaP
H
15Prof. Cassiano Rech
P= + +2 2 2S P Q H Tetraedro de potências
T ã t di t idTensão e corrente distorcidas
“Nada está tão ruim que não possa piorar!”
Somente é transferida potência ativa para a carga quando a tensão
e a corrente possuem termos (harmônicos) na mesma freqüência.
∞
= φ∑1
cosn n nn
P V I=1n
16Prof. Cassiano Rech
Fonte: Cortizo, P. C.
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: Resolução 456
RESOLUÇÃO 456 – ANEELCondições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica
FATOR DE POTÊNCIA ( FP ): FATOR DE POTÊNCIA ( FP ): razão entre a energia elétrica ativa e a raiz quadrada da soma dos quadrados das energias elétricas ativa e reativa,
id í d ifi d
kWhFP
consumidas num mesmo período especificado.
2 2=
+FP
kWh kVAr
P potência ativa;Q potência reativa;S potência total ou aparente.
17
p p
Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEC 61000-3-2
• NORMA IEC 61000-3-2 (2005)Equipamentos com correntes de entrada menores que 16 A por fasefaseTensão nominal fase-neutro entre 220 V e 240 V, operando em 50 Hz ou 60 HzVálida desde Janeiro/2001 na EuropaEquipamentos são divididos em 4 categorias:
• Classe A: Equipamentos trifásicos equilibrados e todos os demais• Classe A: Equipamentos trifásicos equilibrados e todos os demais não inclusos nas classes seguintes
• Classe B: Ferramentas portáteisCl C Il i ã• Classe C: Iluminação
• Classe D:– Até 2005: Equipamentos com forma de onda especial da
18
q p pcorrente de entrada (75 W < P < 600 W)
– Após 2005: TV, PC e monitor de PC (75 W < P < 600 W)Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEC 61000-3-2
• 95% do semi-período no
19
interior da envoltória• A linha central coincide com o valor de pico da corrente
Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEC 61000-3-2
• As tabelas a seguir indicam os valores máximos para os harmônicos de corrente, com o equipamento operando em regime permanente
• Classe menos restritiva
• Limites são 1 5 vezesLimites são 1,5 vezesmaiores que os da Classe A
ônic
ospa
res
Har
mô
ímp
arm
ôn.
pare
s
20Limites absolutos Limites absolutos
H
Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEC 61000-3-2
• Classe mais restritiva, pois
FP
, pgrande parte das cargas épara iluminação
srm
ônic
osm
pare
sH
ar ímn.
Limites relativos(% da fundamental)
Limites absolutos
Limites relativosHar
môn
pare
s
21
(% da fundamental)
FP: fator de potência
Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEEE 519-1992
IEEE 519 1992• IEEE 519-1992“IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems”Control in Electrical Power SystemsDescreve os principais fenômenos causadores de distorção harmônica, indica métodos de medição e limites de distorçãoLimita harmônicos de tensão produzidos pelas concessionáriasPara os consumidores, limita os harmônicos de corrente em regime permanente no ponto de acoplamento comum (PAC) comregime permanente no ponto de acoplamento comum (PAC) com a redeAs recomendações não se aplicam para equipamentos individuaisOs limites para harmônicos pares são 25% dos limites para harmônicos ímpares
22
harmônicos ímparesDistorções de corrente que resultem em nível cc não são admissíveisProf. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEEE 519-1992O li i dif d d í l d í l d• Os limites diferem de acordo com o nível de tensão e com o nível de curto-circuito do PAC
• A amplitude da corrente de curto-circuito, em relação à corrente deA amplitude da corrente de curto circuito, em relação à corrente de carga, depende da impedância do sistema
• Quanto maior for a corrente de curto-circuito (menor impedância), i ã di t õ d t d i í i lmaiores são as distorções de corrente admissíveis, uma vez que elas
distorcerão em menor intensidade a tensão no PAC• À medida que se eleva o nível de tensão, menores são os limites q ,
aceitáveis
23Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEEE 519-1992
Valores máximos dos harmônicos de corrente em percentual de IL
Limites de Distorção da Corrente para Sistemas de Distribuição (120V a 69kV)
Ordem dos harmônicos (harmônicos ímpares)
ICC/IL < 11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD
< 20* 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0
20 < 50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0
50 < 100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0
100 < 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0100 < 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0
> 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0
onde:ICC = máxima corrente de curto-circuito no PACIL = componente fundamental da máxima corrente de demanda na cargaTDD = distorção harmônica da corrente em % da máxima demanda da corrente na carga
24
* Todos equipamentos de geração são limitados a estes valores de distorção de corrente,independentemente da relação ICC/IL.
Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEEE 519-1992
Valores máximos dos harmônicos de corrente em percentual de IL
Limites de Distorção da Corrente para Sistemas de Sub-distribuição (69001 V a 161 kV)
Ordem dos harmônicos (harmônicos ímpares)
ICC/IL < 11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD
< 20 2,0 1,0 0,75 0,3 0,15 2,5< 20 2,0 1,0 0,75 0,3 0,15 2,5
20 < 50 3,5 1,75 1,25 0,5 0,25 4,0
50 < 100 5,0 2,25 2,0 0,75 0,35 6,0
100 < 1000 6 0 2 75 2 5 1 0 0 5 7 5100 < 1000 6,0 2,75 2,5 1,0 0,5 7,5
> 1000 7,5 3,5 3,0 1,25 0,7 10,0
Os limites foram reduzidos pela metade em relação aos limites estabelecidos
para os sistemas de distribuição!
25Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEEE 519-1992
Limites de Distorção da Corrente para Sistemas de Transmissão (> 161 kV),Sistemas de Geração Isolados e Sistemas de Co-geração
Valores máximos dos harmônicos de corrente em percentual de ILOrdem dos harmônicos (harmônicos ímpares)
ICC/IL < 11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDDCC/ L
< 50 2,0 1,0 0,75 0,3 0,15 2,5
≥ 50 3,0 1,5 1,15 0,45 0,22 3,75
26Prof. Cassiano Rech
Normas relativas a harmônicos e fator de potência: IEEE 519-1992
• Os objetivos de limitar os harmônicos de corrente injetados na rede é reduzir os harmônicos de tensão.
• A tabela abaixo apresenta os valores limites dos harmônicos• A tabela abaixo apresenta os valores limites dos harmônicos individuais e da distorção total de tensão no PAC em regime permanente.
• Em situações transitórias, estes limites podem ser excedidos em 50%.
Nível de tensão no PAC Distorção individual Distorção total
69 kV e abaixo 3 0 % 5 0 %
Limites de Distorção de Tensão
69 kV e abaixo 3,0 % 5,0 %
69.001 V até 161 kV 1,5 % 2,5 %
161.001 V e acima 1,0 % 1,5 %
27Prof. Cassiano Rech
Bibli fiBibliografia
• José A. Pomilio, “Harmônicos e Fator de Potência: Um Curso de Extensão”, UNICAMP. Disponível em: <http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>.
• R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power , ,Electronics”, Second edition.
• Oscar Garcia “Power Factor Correction in Single Phase• Oscar Garcia, Power Factor Correction in Single Phase Switching Converters”, IEEE Applied Power Electronics Conference
28Prof. Cassiano Rech
top related