controlador de fator de potencia - xe551

8/17/2019 Controlador de Fator de Potencia - XE551

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Sumário

Lista de Figuras 5

Apostila Teórica 11

1 Conceitos básicos sobre fator de potência 12

1.1 Definições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 Fator de Potência 152.1 Desvantagens do baixo fator de potência e da alta distoŗcão da corrente. . . . . . . 15

2.1.1 Efeitos de harmônicas em componentes do sistema elétrico. . . . . . . . . . 152.1.2 Motores e geradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1.3 Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.4 Cabos de alimentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.5 Capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.6 Equipamentos eletrônicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.7 Aparelhos de medição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.1.8 Reĺes de proteção e fuśıveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2 Definições de Fator de Potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.3 Correção do fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.4 Cálculo da Capacitância do Capacitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3 Referencias Bibliográficas 24

Caderno de Experiências 25

1a Aula Prática 27




Manual de Operação e Manutenção. 52

4 Conteúdo do Kit 544.1 Conteúdo do CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5 Instalação 56

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XE551 - Controlador de Fator de Potência

6 Principais componentes 586.1 Simulador de defeitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.2 Smart Cap 485 - Controlador de fator de potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.3 Ampeŕımetro analógico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.4 Chave amperimétrica 4 posições . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.5 Capacitores e Reatores de descarga para bancos de capacitores de até 100 KVAR . 596.6 Transformador de corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596.7 Fuśıveis NH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

7 APRESENTAÇ ÃO DO SMART CAP 485 617.1 CARACTERISTICAS TÉCNICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627.2 PAINEL FRONTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

7.2.1 DESCRIÇ ÃO DAS TECLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.3 COMUNICAÇ ÃO SERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.4 FUNCIONAMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647.5 MODO PROGRAMADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

7.5.1 MODO DE CONTROLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657.5.2 ACIONAMENTO MANUAL DOS BANCOS DE CAPACITORES . . . . . 657.5.3 ZERANDO OS REGISTROS DE NUMEROS DE COMUTAÇOES . . . . 657.5.4 PROGRAMAÇ ÃO DA FAIXA DE CONTROLE . . . . . . . . . . . . . . . 667.5.5 PROGRAMAÇ ÃO DE PARAMETRO DE CONTROLE DOS BANCOS . 667.5.6 TEMPO DE ENTRADA DO BANCO DE CAPACITORES . . . . . . . . . 667.5.7 TEMPO DE SAÍDA DO BANCO DE CAPACITORES . . . . . . . . . . . 667.5.8 POTÊNCIA REATIVA MÍNIMA (KVAR IMIN) . . . . . . . . . . . . . . . 677.5.9 CORRENTE MÍNIMA (IMIN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677.5.10 FASE DE CONTROLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677.5.11 HABILITAÇAO DAS SAIDAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

7.5.12 CONFIGURAÇAO DO BANCO DE CAPACITORES . . . . . . . . . . . . 687.5.13 ALARMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687.5.14 COMUNICAÇ ÃO SERIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687.5.15 HARMÔNICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697.5.16 HABILITAÇ ÃO DO FILTRO DE THD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

7.6 SUPERVISÃO / MONITORAÇ ÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697.6.1 FATOR DE POTENCIA E ESTADO DOS BANCOS . . . . . . . . . . . . 697.6.2 FATOR DE POTÊNCIA POR FASE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707.6.3 POTENCIA REATIVA REQUERIDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707.6.4 TENSÕES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707.6.5 CORRENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

7.6.6 VALORES TOTAIS (TRIFASICOS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 707.6.7 POTÊNCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717.6.8 DISTORÇ ÃO HARMÔNICA TOTAL (THD) . . . . . . . . . . . . . . . . . 717.6.9 FREQÛENCIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717.6.10 NUMERO DE COMUTAÇOES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

8 Resolvendo Problemas 728.1 Suporte Técnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

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Lista de Figuras

1.1 Circuito RL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2 Circuito RC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.3 Circuito puramente resistivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.4 Retificador monofásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.1 Trîangulo de Potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2 (a) Gráfico da Tensão e Corrente em Fase (ϕ = 0). (b) Pot̂encia Instantânea(Sempre Positiva) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3 (a) Sinais de tensão e corrente defasados de 90o. (b) Potência instantânea (a médiaé nula). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.4 (a) Gráfico de Tensão e corrente defasados de 45o. (b) Gráfico da potência in-stantânea (oscilando entre positivo e negativo, média é positiva). . . . . . . . . . . 19

2.5 (a) Gráfico de tensão e corrente (sinal quadrado). (b) Potência instantânea. . . . . 202.6 Decomposi̧cão Harmônica (Série de Fourier) de onda quadrada até a 9a ordem. . . 202.7 (a) Sinais quadrados de Tensão e Corrente defasados de 36◦. (b)Potência Instantânea 212.8 Fator de potência em função da potência ativa e da potência aparente . . . . . . . 22

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Introdução

Parabéns! Você acaba de adquirir um produto de alta qualidade e tecnologia de ponta. O Kit

Educacional XE551 será de grande aux́ılio no aprendizado ao estudo de fator de potência (FP),

que será de grande aux́ılio no aprendizado e na elaboração de cursos e treinamentos que envolvam

fator de potência.

A Exsto Tecnologia e uma empresa situada em Santa Rita do Sapucaı́, Minas Gerais, cidade

conhecida como ”Vale da Eletrônica”por seu destaque na indústria e pela excelência de suas insti-

tuições de ensino. Nossa miss̃ao e sempre fornecer as melhores ferramentas para o desenvolvimento

e aprendizado em eletrônica e desenvolvimento de software. Visite nosso site www.exsto.com.br

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Apresentação do produto

O Kit Educacional XE551 e um ambiente de desenvolvimento que visa facilitar o aprendizado

e o desenvolvimento de estudo de fator de potência (FP).

Seu desenvolvimento foi baseado no controlador de fator de potência .

Esta apostila vem apresentar informações relacionadas o fator de potência (FP), não só por

questões técnicas, mas principalmente econômicas.

O FP é utilizado para quantificar e tarifar a energia ativa e reativa presentes no sistema

elétrico em praticamente todo o mundo, estudos comprovam que sua definição precisa de algumas

considerações se aplicada a sistemas que não possuam formas de onda senoidais para a tens ão

e/ou corrente. Ou seja, desvios nas condições ideais de operação que podem ocasionar falhas na

medição e tarifação.

Ademais, o FP também é um dos responsáveis para a minimização de perdas no sistema

elétrico, o que é de grande utilidade no momento.

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Objetivo deste documento

Este documento é divido em três unidades, com os seguintes conteúdos:

• Apostila: apresenta a conceituação teórica sobre o assunto do kit

• Caderno de Experiências: traz a orientação para a realização das experiências práticas

• Manual de Operação e Manutenção: reúne as informações necessárias para instalação econfiguração do kit, além de trazer esquemas elétricos e outras informações importantes

para manutenção.

Documentos adicionais como guias de software e manuais de componentes est̃ao também

contidos no CD ou DVD que acompanha o kit. Esse conteúdo será discutido oportunamente

na seção Manual.

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Orientação Pedagógica

O material didático (apostila e caderno de experiências) tem como função guiar o aluno durante

todo o seu aprendizado sobre fator de potência e demanda. A apostila traz os conteúdos teóricos

sobre fator de potência. Ela e organiza em caṕıtulos, de forma que possa ser dividida conforme

o plano de aula e carga horária do curso. Temos o propósito de explorar os conceitos abordados

e imediatamente prover a integração do aluno com o prazer da prática, tornado seu aprendizado

mais interessante e consistente. Todo o conteúdo aqui e abordado de forma a fomentar a vontade

do aluno e aplicar o conhecimento de forma imediata, permitindo que ele possa criar suas próprias

simulações a partir dos conhecimentos adquiridos.

O curso e, em especial as experîencias práticas, foram pensados com o objetivo de levar o

aluno a adquirir competências para o trabalho com banco de capacitores.

A divisão das aulas do curso prevê um esquema aulas, sendo abordado o fator de potência.

Abaixo é apresentada uma proposição de divisão das aulas. Para cada aula destas existe uma

teoria e uma prática na seção ”Caderno de Experiências”.

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Aula Tópicos Assuntos Tema

1 1 Conceitos básicos sobre fator de potência Caracaterização de cargas1.1 Definições indutivas2 Fator de Potência

2.2 Definições de fator de potência

2 1 Conceitos básicos sobre fator de potência Caracaterização de cargas1.1 Definições resistivas e não lineares2 Fator de Potência

2.2 Definições de fator de potência

3 2.2 Definições de fator de potência Correção de fator de2.3 Correção de fator de potência potência

4 Apresentação do SMART CAP 485 Controlador do fator deModo programador potência

Modo de controleAcionamento manual dos bancos

de capacitores

Manual Zerando os registros de números de comutaçõesSMART Programação da faixa de controleCAP 485 Programação de parâmetros de controle

dos bancosHabilitação das saı́das

Configuração dos bancos de capacitoresAlarmes

Comunicação serial

6 Conteúdo aula 4 e 5 Interação de fator depotência.

Observação:

1. A aula 4 por ser mais extensa pode ser dividida em duas aulas, de acordo com a necessidade

do professor.

2. Para o perfeito entendimento das aulas práticas será necessário estudar os tópicos relaciona-

dos de cada aula.

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Caṕıtulo 1

Conceitos básicos sobre fator de

potência

Antes de entrarmos na teoria de fator de potência, primeiramente precisamos entender como

seria um circuito que possui caracteŕısticas indutivas, como pode ser observado na figura 1.1,

aonde possui a representação do esquema elétrico, o triângulo de potência e a forma de onda da

corrente, que neste caso esta atrasada de 90o em relação à tensão.

Figura 1.1: Circuito RL

Na figura 1.2 que segue, temos um circuito que possui caracteŕısticas capacitivas, onde pode-

mos observar a representação do esquema elétrico, o triângulo de potência e a forma de onda da

corrente, que neste caso a correte está adiantada de 90o em relação à tensão.

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Figura 1.2: Circuito RC

Quando estamos buscando efetuar a correção do fator de potência. Estamos na verdade

introduzindo em paralelo um circuito com caracteŕısticas indutivas, figura 1.1, um circuito com

caracteŕısticas capacitivas, figura 1.2, com uma potência reativa Q contrário ao da carga, de

maneira a anular essa componente indutiva vista pela rede, figura 1.3, ocorrendo assim uma melhor

utilização da potência entregue pela rede, transformador toda potência entregue em trabalho ou

calor.

Figura 1.3: Circuito puramente resistivo

Outro conceito também muito importante que devemos ter em mente é a de circuitos com

caracterı́sticas não lineares, como exemplo podemos citar fonte DC, que possui semicondutores(diodo) em sua construção, sendo que os semicondutores possuem caracteŕısticas não lineares,

provocando assim distorção na forma de onda da corrente, como pode ser observado na figura 1.4.

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Figura 1.4: Retificador monofásico

1.1 Definições

Potência: Capacidade de produzir trabalho na unidade de tempo;

Energia: Utilização da potência num intervalo de tempo;

Potência Ativa (kW): É a que realmente produz trabalho útil;

Energia Ativa (kWh): Uso da potência ativa num intervalo de tempo;

Potência Reativa (kVAr): É a usada para criar o campo eletromagnético das cargas indutivas;

Energia Reativa (kVArh): Uso da potência reativa num intervalo de tempo;

Potência Aparente (kVA): Soma vetorial das potências ativa e reativa, ou seja, é a potênciatotal absorvida pela instalação.

Demanda: Representa a potência máxima acumula num intervalo de medição, que no caso é de

15 minutos.

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Caṕıtulo 2

Fator de Potência

2.1 Desvantagens do baixo fator de potência e da alta distorção

da corrente.

Podem ser citadas como desvantagens de um baixo FP são elevadas distorções, entre outros,

os seguintes fatos:

• A máxima potência absorvı́vel da rede é fortemente limitada pelo FP.

• As harmônicas de corrente exigem um sobre dimensionamento da instalação elétrica e dostransformadores, além de aumentar as perdas (efeito pelicular);

• A componente de 3a harmônica da corrente, em sistema trifásico com neutro, pode ser muito

maior do que o normal;

• O achatamento da onda de tensão, devido ao pico da corrente, além da distorção da formade onda, pode causar o mau funcionamento de outros equipamentos conectados à mesma

rede;

• As componentes harmônicas podem excitar ressonâncias no sistema de potência, levando apicos de tensão e de corrente, podendo danificar dispositivos conectados a linha.

2.1.1 Efeitos de harmônicas em componentes do sistema elétrico.

O grau com que harmônicas podem ser toleradas no sistema de alimentação depende da

susceptibilidade da carga (ou da fonte de potência). Os equipamentos menos sensı́veis, geralmente,

são os de aquecimento (carga resistiva), para os quais a forma de onda não é relevante. Os mais

senśıveis são aqueles que, em seu projeto, assumem a exist̂encia de uma alimentação senoidal,

como, por exemplo, equipamentos de comunicação e processamento de dados. No entanto, mesmo

para cargas de baixa susceptibilidade, a presença de harmônicas (de tensão ou corrente) pode ser

prejudicial, produzindo maiores esforços nos componentes e isolantes.

2.1.2 Motores e geradoresO maior efeito dos harmônicos em máquinas rotativas (indução e śıncrona) é o aumento do

aquecimento devido ao aumento das perdas no ferro e no cobre. Afetando assim, sua eficiência e o

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torque dispońıvel. Além disso, tem-se um posśıvel aumento do ruı́do audı́vel, quando comparado

com alimentação senoidal.

2.1.3 Transformadores

Também neste caso tem-se um aumento nas perdas. Harmônicos na tensão aumentam asperdas no ferro, enquanto harmônicos na corrente elevam as perdas no cobre. A elevação das

perdas no cobre deve-se principalmente ao efeito pelicular, que implica numa redu ção da área

efetivamente condutora à medida que se eleva a freqüência da corrente. Normalmente as compo-

nentes harmônicas possuem amplitude reduzida, o que colabora para não tornar esses aumentos

de perdas excessivos. No entanto, podem surgir situações especı́ficas (ressonâncias, por exemplo)

em que surjam componentes de alta freqüência e amplitude elevada. Além disso, o efeito das

reatâncias de dispersão fica ampliado, uma vez que seu valor aumenta com a freqüência. Tem-se

ainda uma maior influência das capacitâncias parasitas (entre espiras e entre enrolamento) que

podem realizar acoplamentos não desejados e, eventualmente, produzir ressonâncias no própriodispositivo.

2.1.4 Cabos de alimentação

Em razão do efeito pelicular, que restringe a seção condutora para componentes de frequência

elevada, também os cabos de alimentação têm um aumento de perdas devido às harmônicas de

corrente. Além disso, tem-se o chamado ”efeito de proximidade”, o qual relaciona um aumento

na resistência do condutor em função do efeito dos campos magnéticos produzidos pelos demais

condutores colocados nas adjaĉencias. Além disso, caso os cabos sejam longos e os sistemas

conectados tenham suas ressonâncias excitadas pelas componentes harmônicas, podem aparecer

elevadas sobre-tensões ao longo da linha, podendo danificar o cabo.

2.1.5 Capacitores

O maior problema aqui é a possibilidade de ocorrência de ressonâncias (excitadas pelas

harmônicas), podendo produzir ńıveis excessivos de corrente e/ou de tensão. Além disso, como

a reatância capacitiva diminui com a freqüência, tem-se um aumento nas correntes relativas às

harmônicos presentes na tensão. As correntes de alta freqüência, que encontrarão um caminho de

menor impedância pelos capacitores, elevar̃ao as suas perdas ôhmicas. O decorrente aumento noaquecimento do dispositivo encurta a vida útil do capacitor.

2.1.6 Equipamentos eletrônicos

Alguns equipamentos podem ser muito sensı́veis a distorções na forma de onda de tensão. Por

exemplo, se um aparelho utiliza os cruzamentos com o zero (ou outros aspectos da onda de tensão)

para realizar alguma ação, distorções na forma de onda podem alterar, ou mesmo inviabilizar,

seu funcionamento. Caso as harmônicas penetrem na alimentação do equipamento por meio de

acoplamentos indutivos e capacitivos (que se tornam mais efetivos com o aumento da freqüência),

eles podem também alterar o bom funcionamento do aparelho.

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2.1.7 Aparelhos de medição

Aparelhos de medição e instrumentação em geral são afetados por harmônicas, especialmente

se ocorrerem ressonâncias que afetam a grandeza medida. Dispositivos com discos de indução,

como os medidores de energia, são senśıveis a componentes harmônicas, podendo apresentar erros

positivos ou negativos, dependendo do tipo de medidor e dos harmônicos presentes. Em geral a

distorção deve ser elevada (> 20%) para produzir erro significativo.

2.1.8 Relés de proteção e fuśıveis

Um aumento da corrente eficaz devida a harmônicas sempre provocará um maior aquecimento

dos dispositivos pelos quais circula a corrente, podendo ocasionar uma redução em sua vida útil e,

eventualmente, sua operação inadequada. Em termos dos relés de proteção não é posśıvel definir

completamente as respostas devido à variedade de distorções posśıveis e aos diferentes tipos de

dispositivos existentes.

2.2 Definições de Fator de Potência

Fator de potência é definido como a relação entre a potência ativa e a potência aparente

consumidas por um dispositivo ou equipamento, independentes das formas que as ondas de tensão

e corrente apresentem. Os sinais variantes no tempo devem ser periódicos e de mesma freqü̂encia

[1].

F P = P

S =

1

T vi(t) · ii(t) · dtV rms · I rms

(2.1)

Em um sistema com formas de onda senoidais (sistema ideal), a equação (2.1) torna-se igual

ao co-seno da defasagem entre as ondas de tensão e de corrente (ϕ). Analisando em termos das

componentes da energia ativa, reativa e aparente, pode-se, a partir de uma descri ção geométrica

destas componentes (figura 2.1), determinar o fator de potência como:

F P = kW

kV A = cos

arctan

kV Ar

kW

= cos ϕ (2.2)

Figura 2.1: Triângulo de Potência

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Este é o modelo tradicional para utilizado no estudo do FP. A figura 2.2 mostra sinais deste

tipo, com defasagem nula. O produto das senóides dá como resultado o valor instantâneo da

potência. O valor médio deste produto é a potência ativa. A amplitude deste sinal é numerica-

mente igual à potência aparente. Quando a defasagem é nula o produto (potência instantânea)

será sempre maior ou igual a zero [1].

Figura 2.2: (a) Gráfico da Tensão e Corrente em Fase (ϕ = 0). (b) Potência Instantânea (SemprePositiva)

Considerando V=200 V e I=100 A, então V rms=141,4 V e I rms=70, 7 A. O valor calculadoda potência aparente é de 10kW.

A figura 2.3 mostra uma situação semelhante, porém, com um ângulo de defasagem de 90o

entre os sinais. A potência instantânea apresenta-se com um valor médio nulo, mostrando que a

potência ativa também é nula, como é de se esperar. A amplitude da onda é numericamente igual

à potência aparente [1].

Figura 2.3: (a) Sinais de tensão e corrente defasados de 90o. (b) Potência instantânea (a médiaé nula).

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A figura 2.4 mostra um caso intermediário, com um ângulo de defasagem de 45o. Neste caso

a potência instantânea assume valores positivos e negativos, mas o valor médio (que corresponde

a potência ativa) é positivo. Utilizando a equação 2.2, a potência ativa será de 7,07kW [1].

Figura 2.4: (a) Gráfico de Tensão e corrente defasados de 45o. (b) Gráfico da potência instantânea(oscilando entre positivo e negativo, média é positiva).

Agora vamos considerar não os casos ideais, mas casos reais, onde as formas de onda da tensão e

corrente possuem formas de onda não senoidais, pela utilização de equipamentos eletrônicos como:

conversores, inversores de freqüência, reatores eletrônicos, máquinas de solda, etc.

No caso em que apenas a tensão de entrada for senoidal, o fator de potência (FP) é expresso

por:

F P V sen = I 1

I rms· cos ϕ1 (2.3)

onde:

I 1 Primeira harmônica da corrente

I rms Corrente total

ϕ1 Defasagem entre a primeira harmônica da corrente e a tensão

A figura 2.5 mostra uma situação em que se tem uma corrente quadrada. A potência in-

stantânea, nesse caso, não aparece como uma onda senoidal, mas sim como uma sen óide reti-

ficada. A potência ativa é dada pelo produto da tensão (senoidal) por todas as componentes

harmônicas da corrente (não senoidal). Este produto é nulo para todas as harmônicas exceto

para a fundamental, devendo-se ponderar tal produto pelo co-seno da defasagem entre a tensão

e a primeira harmônica da corrente. Desta forma, o fator de potência é expresso como a relação

entre o valor RMS da componente fundamental da corrente e a corrente RMS de entrada, multi-

plicado pelo co-seno da defasagem entre a tensão e a primeira harmônica da corrente. Os valores

eficazes de tensão e corrente são, respectivamente, 141,4 V e 100 A. Portanto, a potência aparente

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é de 14,14kW. No entanto a potência média é de 12,7kW. Este valor corresponde ao produto do

valor eficaz da tensão pelo valor eficaz da componente fundamental da onda de corrente, já que

a defasagem é nula. O valor de pico da componente fundamental é de 127,3 A, correspondendo a

um valor eficaz de 90A [1].

Figura 2.5: (a) Gráfico de tensão e corrente (sinal quadrado). (b) Potência instantânea.

A figura 2.6 mostra uma decomposição da onda quadrada, indicando as componentes harmônicas

(até a nona ordem). Observe que se for feito o produto da onda fundamental por qualquer das

harmônicas, o valor médio será nula, uma vez que se alternarão intervalos positivos e negativosde mesma área.

Figura 2.6: Decomposição Harmônica (Série de Fourier) de onda quadrada até a 9a

ordem.

O valor da corrente RMS pode ser expresso em fun ção das componentes harmônicas:

I rms =

I 21

+ Σ∞n=2

I 2n (2.4)

Define-se a Taxa de Distorção Harmônica (TDH) como sendo a relação entre o valor RMS das

componentes harmônicas da corrente e a fundamental:

T DH = Σ

∞

n=2I 2n

I 1 (2.5)

Assim o FP pode ser escrito como:

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F P V sen = cos ϕ1√ 1 + T DH 2

(2.6)

No caso de tensão e corrente não senoidais, o cálculo do FP, deve seguir a equação (2.1),

ou seja, é necessário obter o valor médio do produto dos sinais a fim de se conhecer a potência

ativa. Num caso genérico, tanto a componente fundamental quanto as harmônicas podem produzir

potência, desde que existam as mesmas componentes espectrais na tensão e na corrente, e que

sua defasagem não seja 90◦.

A figura 2.7 mostra sinais de tensão e de corrente quadrado e defasados. Os valores são,

respectivamente, 200 V e 100 A. O que leva a uma potência aparente de 20kVA.

Os valores eficazes das componentes fundamentais são, respectivamente, 180V e 90 A. A de-

fasagem entre a tensão e a corrente é de 36◦. Se o cálculo da potência ativa fosse feito considerando

somente estes dados, o valor obtido para a potência ativa seria de 13,1 kW. No entanto, a potência

média obtida na figura, e que corresponde à potência ativa é de 11,9 kW. O motivo da discrepância

é devido ao valor médio a ser produzido por cada componente harmônica presente tanto na tensão

quanto na corrente. Valores médios negativos são posśıveis desde que a defasagem entre sinais

seja superior a 90◦. E é o que ocorre neste exemplo, levando a uma potência ativa menor do que

aquela que seria produzida se apenas as componentes fundamentais estivessem presentes.

Figura 2.7: (a) Sinais quadrados de Tensão e Corrente defasados de 36◦. (b)Potência Instantânea

2.3 Correção do fator de potência

A atual regulamentação brasileira do fator de potência estabelece que o mı́nimo fator de

potência (FP) das unidades consumidoras é de 0,92. A partir de abril de 1996 o cálculo do FP

deve ser feito por média horária. O consumo de reativos além do permitido (0,425 VArh por cada

Wh) é cobrado do consumidor. No intervalo entre 6 e 24 horas isto ocorre se a energia reativa

absorvida for indutiva e das 0 às 6 horas, se for capacitiva.

Conforme foi visto anteriormente, as componentes harmônicas da corrente também contribuem

para o aumento da corrente eficaz, de modo que elevam a potência aparente sem produzir potência

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ativa (supondo a tensão senoidal). Assim, uma correta medição do FP deve levar em conta a

distorção da corrente, e não apenas a componente reativa (na freqüência fundamental).

A potência reativa Q, que deverá ser compensada, possui a relação:

Q =

S 2

− P 2

(kV Ar) (2.7)

Um capacitor com a mesma potência reativa Qc compensaria esta potência reativa, levando a

um valor de fator de potência (cos ϕ) igual a 1.

Na prática não é usual a compensação do fator de potência com capacitor com valor unitário

fixo, pois isto poderia provocar uma sobrecompensação nos momentos de flutuação de carga e

pela inércia do regulador. Normalmente as concessionárias de energia indicam qual o valor final

de fator de potência, para o qual deve ser feita a compensação [2].

Figura 2.8: Fator de potência em função da potência ativa e da potência aparente

ϕ1 e ϕ2 ângulos de defasagem.

S 1 potência aparente não compensada.

S 2 potência aparente com compensação através de capacitores.

A potência dos capacitores (Qc) é determinada pela fórmula:

Qc = P (tan ϕ1 − tan ϕ2) (2.8)

Exemplo

Tensão U = 380V Corrente (aparente) I = 1400A cos ϕ1 = 0,6

O produto da tensão e corrente (aparente) resulta na potência aparente

S = U · I √ 3

1000 = 920kV A (2.9)

P = S · cos ϕ1 = 920 · 0, 6 ∼= 550kW (2.10)

Potência reativa

Q1 = S

· sin ϕ1 = 920

· 0, 8 ∼= 736kV Ar (2.11)

Para uma correção com cos ϕ2 = 0, 9, a potência aparente será

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S 2 = P

cos ϕ2(2.12)

S 2 = 550

0, 9

∼= 610kV A

A potência necessária do banco de capacitores será

Q2 = S 2 · sin ϕ (2.13)Q2 = 610 · 0, 44 ∼= 268kV Ar

ou

Q2 = P · tan ϕ (2.14)Q2 = 500 · 0, 48 ∼= 264kV Ar

Qc = Q1 −Q2 (2.15)Qc = 736 − 266 = 470kV Ar

2.4 Cálculo da Capacitância do Capacitor

C = P ot · Reat · Capacitiva(kV Ar)V 2

F F · π · f · 10−9 (µF ) (2.16)

onde:

V F F é a tensão entre fases

f é a freqüência da rede

Pot.Reat.Capacitiva(kVAr) é a potência do capacitor

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Caṕıtulo 3

Referencias Bibliográficas

[1] Mateus,Valdecir. Monografia Fator de potência.

[2]Conceitos e Normas.

Disponı́vel em: http://www.industry.siemens.com.br/buildingtechnologies/br/pt/produtos-

baixa-tensao/gerenciamento-de-energia/correcao-fator-potencia/conceitos-e-normas/

Pages/conceitos-e-normas.aspx

[3] Matheus, Henrique. Monografia Controladores de Demanda.

[4] Mamede Filho, J. Instalacoes Eletricas Industriais. Rio de Janeiro: L.T.C, 1986. 478 p.

[5] Qualidade da Energia Elétrica.

Disponı́vel em: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo8_Revisao_1-Retificacao_1.pdf

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Este caderno de experiências trás exerćıcios teóricos e práticos. As aulas estão distribuı́das

conforme o plano de aulas apresentada na Orientação Pedagógica, na introdução desse documento.

Lá são indicados os conteúdos teóricos referentes a cada aula.

Todas as aulas são organizadas seguindo a estrutura didática abaixo, quando aplicável cada

um dos itens:

• Objetivos: quais os objetivos didáticos a serem atingidos na aula;

• Introdução: quando necessário, uma breve introdução teórica ao assunto da aula;

• Questionário: algumas questões teóricas fundamentais para entender a experiência

• Exercı́cios: as experiências propriamente ditas. Muitas vezes são apresentados exercı́cios re-solvidos para análise e propondo alterações. Fica a cargo do instrutor usá-los como exemplos

ou propor que sejam desenvolvidos pelos alunos.

• Exerćıcios propostas: exercı́cios que complementam a prática realizada. Os exerćıcios pro-postos podem ser realizados na própria aula, havendo tempo hábil para isso ou utilizado

como lição de casa, fazendo-se uso das ferramentas de simulação.

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1a Aula prática - Caracterização de

Cargas Indutivas

Objetivos:

• Caracterizar cargas indutivas.

• Desenhar a forma de onda da tensão e corrente.

• Triângulo de potência.

• Cálculo do Fator de potência.

Referências:

• Apostila XE 551 - Caṕıtulo 1Material Necessário:

• Osciloscópio com duas pontas de prova.

• Smart Cap 485

Introdução:

Os conhecimentos adquiridos nesta aula serão de grande importância para o entendimento fu-

turo sobre correção do fator de potência, assunto que será estudado nas próximas aulas. Primeira-

mente desligue o controle de correção do fator de potência, entrando no modo de programação,pressionando a tecla f0 e depois f1. No modo de programação pressione ”↑”até ”Prog. Auto/Manual”,pressionando F1 para entrar, mude para Manual utilizando ”↑”e para finalizar pressione f1 paraconfirmar e depois f4 para sair.

Questionário:

a) Defina o significado de cada item que segue abaixo:

Potência:

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Energia:

Potência Ativa (kW):

Energia Ativa (kWh):

Potência Reativa (kVAr):

Energia Reativa (kVArh):

Potência Aparente (kVA):

Exercı́cios

a) Acione a chave SW3, que irá ligar o Motor 1. Pressione no SMART CAP 485 a tecla f1, visu-

alizando assim o valor de tensão em cada fase, em seguida pressione a tecla f2, visualizando

assim o valor de corrente em cada fase. Anote estes dados obtidos nos espaço em branco

que segue abaixo:

V1: V2: V3:

A1: A2: A3:

b) Desenhe a forma de onda da tensão e corrente com o auxı́lio do osciloscópio. Utilizar o manual

para referência para efetuar as ligações.

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Obs.: O ponto de medida de corrente é apenas para referência da forma de onda e não pode

ser considerado para cálculo de fator de potência, pois o filtro utilizado provoca uma defasagem

na forma de onda.

c) Meça no SMART CAP 485 o valor de Potência ativa, reativa e aparente por fase e a somatória

das três fases. Pressione a tecla f4, irá visualizar as informações referentes à Potência ativa,

reativa e aparente. Digitando a tecla ↑ OU ↓ é possı́vel verificar por fase e total.

W 1: W 2: W 3: W t:

V Ar1: V Ar2: V Ar3: V Art:

V A1: V A2: V A3: V At:

d) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros anotados

no item anterior:

F P t: ϕt:

e) Compare o fator de potência calculado com o medido no SMART CAP 485. Pressione a tecla

FP, sendo posśıvel verificar o fator de potência total e por fase. Digite a tecla ↑ OU ↓ atéchegar à tela de FPt.

F P t:

f ) Dados os parâmetros medidos em ”c”, desenhe o triângulo de potência.

S =

P =

Q =

ϕ =

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g) Acione a chave SW3, SW4 e SW5, que irá ligar o Motor 1, Motor 2 e Motor 3. Pressione no

SMART CAP 485 a tecla f1, visualizando assim o valor de tens ão em cada fase, em seguida

pressione a tecla f2, visualizando assim o valor de corrente em cada fase, anote estes dados

obtidos nos espaço em branco que segue abaixo:

V1: V2: V3:

A1: A2: A3:

h) Desenhe a forma de onda da tensão e corrente com o auxı́lio do osciloscópio. Utilizar o manual


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Obs.: O ponto de medida de corrente é apenas para referência da forma de onda e não pode

ser considerado para cálculo de fator de potência, pois o filtro utilizado provoca uma defasagem

na forma de onda.

i) Meça no SMART CAP 485 o valor de Potência ativa, reativa e aparente por fase e a somatória

das três fases. Pressione a tecla f4, irá visualizar as informações referentes à Potência ativa,

reativa e aparente. Digitando a tecla ↑ OU ↓ é possı́vel verificar por fase e total.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

j) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros anotados

no item anterior:

F P t: ϕt:

k) Compare o fator de potência calculado com o medido no SMART CAP 485. Pressione a tecla

FP, sendo posśıvel verificar o fator de potência total e por fase. Digite a tecla ↑ OU ↓ atéchegar à tela de FPt.

F P t:

l) Dados os parâmetros medidos em ”j”, desenhe o triângulo de potência.

S =

P =

Q =

ϕ =

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m) Analisando os resultados obtidos responda. Ao ligar os três motores à potência ativa total,

reativa total e aparente total é a soma das potências dos motores? Explique.

Exercı́cios Propostos:

a) Repetir todos os cálculos utilizando 2 motores

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2a Aula Prática - Caracterização de

Carga Resistiva e Não Lineares

Objetivos:

• Caracterizar cargas resistivas.

• Caracterizar carga não-linear.

Referências:

• Apostila XE 551 - Caṕıtulo 1

Material Necessário:


• Smart Cap 485

• Inversor de Frequência CFW08

• Motores 2CV

Exercı́cios

1. a) Acione a chave SW1 mais 480[W], que irá ligar o banco de lâmpadas incandescente.

Pressione no SMART CAP 485 a tecla f1, visualizando assim o valor de tensão em

cada fase, em seguida pressione a tecla f2, visualizando assim o valor de corrente em

cada fase. Anote estes dados obtidos nos espaço em branco que segue abaixo:

V1: V2: V3:

A1: A2: A3:

b) Desenhe a forma de onda da tensão e corrente com o aux́ılio do osciloscópio. Utilizar o

manual para referência para efetuar as ligações.

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Obs.: O ponto de medida de corrente é apenas para refer̂encia da forma de onda e não

pode ser considerado para cálculo de fator de potência, pois o filtro utilizado provoca uma

defasagem na forma de onda.

c) Meça no SMART CAP 485 o valor de Pot̂encia ativa, reativa e aparente por fase e a

somatória das três fases. Pressione a tecla f4, irá visualizar as informações referentes

à Potência ativa, reativa e aparente. Digitando a tecla ↑ OU ↓ é possı́vel verificar porfase e total.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

d) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros

anotados no item anterior:

F P t: ϕt:

e) Compare o fator de potência calculado com o medido no SMART CAP 485. Pressione

a tecla FP, sendo posśıvel verificar o fator de potência total e por fase. Digite a tecla

↑ OU ↓ até chegar à tela de FPt.

F P t:

f ) Dados os parâmetros medidos em ”c”, desenhe o triângulo de potência.

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S =

P =

Q =

ϕ =

g) Acione a chave SW2, que irá ligar a lâmpada fluorescente. Pressione no SMART CAP

485 a tecla f1, visualizando assim o valor de tens ão em cada fase, em seguida pressione

a tecla f2, visualizando assim o valor de corrente em cada fase. Anote estes dados

obtidos nos espaço em branco que segue abaixo:

V1: V2: V3:

A1: A2: A3:

h) Desenhe a forma de onda da tensão e corrente com o aux́ılio do osciloscópio. Utilizar o

manual para referência para efetuar as ligações.

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Obs.: O ponto de medida de corrente é apenas para refer̂encia da forma de onda e não

pode ser considerado para cálculo de fator de potência, pois o filtro utilizado provoca uma

defasagem na forma de onda.

i) Meça no SMART CAP 485 o valor de Pot̂encia ativa, reativa e aparente por fase e a

somatória das três fases. Pressione a tecla f4, irá visualizar as informações referentes

à Potência ativa, reativa e aparente. Digitando a tecla ↑ OU ↓ é possı́vel verificar porfase e total.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

j) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros ano-

tados no item anterior:

F P t: ϕt:

k) Compare o fator de potência calculado com o medido no SMART CAP 485. Pressione

a tecla FP, sendo posśıvel verificar o fator de potência total e por fase. Digite a tecla

↑ OU ↓ até chegar à tela de FPt.

F P t:

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1. Repetir todos os cálculos utilizando 480 [W] de lâmpada incandescente mais lâmpada fluo-

rescente.

2. Acionar o inversor de freqüência e o motor associado a ele, e observar o comportamento dasgrandezas, de acordo com as seguintes freqüências:

a) Para freqüência f = 10 Hz:

i1: i2: i3:

P: Q: FP:

b) Para freqüência f = 20 Hz:

i1: i2: i3:

P: Q: FP:

c) Para freqüência f = 30 Hz:

i1: i2: i3:

P: Q: FP:

d) Para freqüência f = 40 Hz:

i1: i2: i3:

P: Q: FP:

e) Para freqüência f = 50 Hz:

i1: i2: i3:

P: Q: FP:

f ) Para freqüência f = 60 Hz:

i1: i2: i3:

P: Q: FP:

g) Traçar o gráfico das correntes e da Potência Aparente em função da frequência:

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3a Aula prática - Correção do fator

de potência

Objetivos:

• Caracterizar cargas capacitivas.

• Desenhar a forma de onda da tensão e corrente.

• Triângulo de potência.

• Cálculo do fator de potência.

• Correção do fator de potência

Referências:

• Apostila XE 551 - Caṕıtulo 2



• Smart Cap 485

Introdução

Assunto abordado nesta aula é a correção do fator de potência.

Questionário

a) O que é Fator de Potência.

Fator de potência é definido como a relação entre a potência ativa e a potência aparente

consumidas por um dispositivo ou equipamento, independentes das formas que as ondas de tensão

e corrente apresentem. Os sinais variantes no tempo devem ser periódicos e de mesma freqüência.

Exercı́cios

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a) Entre no modo de programação, pressionando a tecla f0 e depois f1. No modo de programação

pressione ”↑”até chegar à tela ”Prog. Auto/Manual”, pressione F1 para entrar e depois ”↓”,para passar para o modo ”Manual”, para finalizar pressione f1 para confirmar. Na pr óxima

tela ”Atuar nas Saı́das”, pressione F1 para entrar e logo após acione o capacitor 0,5 kVAr,

1,5 kVAr e 2,0 kVAr, utilizando ”↑”e para finalizar pressione f4 para sair. No SMART CAP485 o primeiro banco esta desabilitado, devido sua utilização ser outra, iniciando assim a

partir do segundo. A partir disto Meça no SMART CAP 485 o valor de potência ativa,

reativa e aparente por fase e a somatória das três fases.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

b) Pressione no SMART CAP 485 a tecla f1, visualizando assim o valor de tensão em cada fase,

em seguida pressione a tecla f2, visualizando assim o valor de corrente em cada fase. Anote

estes dados obtidos nos espaço em branco que segue abaixo e compare com o medido pelo

ampeŕımetro:

V1: V2: V3:

A1: A2: A3:

c) Desenhe a forma de onda da tensão e corrente com o aux́ılio do osciloscópio. Utilizar o manualpara referência para efetuar as ligações.

d) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros anotados

no item a:

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F P t: ϕt:

e) Compare o fator de potência calculado com o medido no SMART CAP 485. Pressione a tecla

FP, sendo posśıvel verificar o fator de potência total e por fase. Digite a tecla ”↑”OU ”↓”atéchegar na tela de F P t

F P t:

Obs.: O SMART CAP 485 mede na faixa de 0,5i a 0,5c.

f ) Dados os parâmetros medidos em ”a”, desenhe o triângulo de potência.

S =

P =

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Q =

ϕ =

g) Acione 1080 [W] de lâmpada incandescente, Motor 1, Motor 2 e Motor 3. Meça no SMART

CAP 485 o valor de potência ativa, reativa e aparente por fase e a somatória das três fases.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

h) Pressione no SMART CAP 485 a tecla f1, visualizando assim o valor de tensão em cada fase,



ampeŕımetro:

V1: V2: V3:

A1: A2: A3:

i) Dados os parâmetros medidos em ”g”, desenhe o triângulo de potência.

S =

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P =

Q =

ϕ =

j) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros anotados

no item a:

F P t: ϕt:

k) Mantenha acionados 1080 [W] de lâmpada incandescente, Motor 1, Motor 2, Motor 3 e acione

manualmente os capacitores 0,5 kVAr, 1,5kVAr e 2,0 kVAr. Meça no SMART CAP 485 o

valor de potência ativa, reativa e aparente por fase e a somatória das três fases.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

l) Pressione no SMART CAP 485 a tecla f1, visualizando assim o valor de tens ão em cada fase,



ampeŕımetro:

V1: V2: V3:

A1: A2: A3:

m) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros anotados

no item a:

F P t: ϕt:

n) Compare o fator de potência calculado com o medido no SMART CAP 485. Pressione a tecla

FP, sendo posśıvel verificar o fator de potência total e por fase. Digite a tecla ”

↑”OU ”

↓”até

chegar na tela de FPt .

F P t:

o) Dados os parâmetros medidos em ”k”, desenhe o triângulo de potência.

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W t: V Art: V At:

r) Calcule o fator de potência total e o ângulo de defasagem baseado nos parâmetros anotados

no item anterior:

F P t: ϕt:

s) Compare o fator de potência calculado com o medido no SMART CAP 485. Pressione a tecla

FP, sendo posśıvel verificar o fator de potência total e por fase. Digite a tecla ↑ OU ↓ atéchegar na tela de FPt .

F P t:

t) Desenhe a forma de onda da tensão e corrente com o aux́ılio do osciloscópio. Utilizar o manual


u) Calcule o valor do capacitor para corrigir para cos ϕ = 0, 94.

v) Com os dados obtidos no item anterior, calcule o valor do capacitor em µF.

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w) Entre no modo de programação, pressionando a tecla f0 e depois f1. No modo de programação

pressione ”↑”até chegar à tela ”Atuar nas Saı́das”, pressionando F1 para entrar. Acioneo capacitor correspondente ao calculado no item anterior, utilizando ”↑”e para finalizarpressione f1 para confirmar e depois f4 para sair. No SMART CAP 485 o primeiro banco

esta desabilitado, devido sua utilização ser outra, iniciando assim a partir do segundo. Meçao fator de potência com aux́ılio do SMART CAP 485, para verificar se o calculado é próximo

ao medido.

F P t:

x) Desenhe a forma de onda da tensão e corrente corrigido com o aux́ılio do osciloscópio. Utilizar

o manual para referência para efetuar as ligações.

y) Meça no SMART CAP 485 o valor de Pot̂encia ativa total, reativa total e aparente total.

Pressione a tecla f4, irá visualizar as informações referentes.

W t: V Art: V At:

z) Dados os parâmetros medidos em ”f”, desenhe o triângulo de potência demonstrando antes da

correção e depois da correção.

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W t: V Art: V At: F P t: ϕt:

W t: V Art: V At: F P t: ϕt:

Qc:


a) Repita esta análise para as cargas resistiva e não linear.

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4a Aula prática - Programação do

SMART CAP 485

Objetivos:

• Configurar o SMART CAP 485.

Referências:

• Apostila XE551


• Smart Cap 485

Introdução

O Smart Cap 485 é um controlador automático de fator de potência compacto, que alem

de eliminar ou diminuir multas e perdas em seu sistema por baixo fator de potência permite a

supervisão de instalações elétricas. Totalmente desenvolvido com as mais modernas técnicas de

processamento de sinais, o Smart Cap 485 é facilmente programado por seu teclado e informações

apresentadas no display de cristal lı́quido, ou através de comunicação serial.

Exercı́cios

a) Entrar na tela de ”Prog. TP/TC Ligação”e configurar os seguintes parâmetros:

• Configurar a relação de transformação de potencial de tensão (TP).Primário: 127

Secundário: 127

• Configurar a relação de transformação de corrente (TC)Primário: 40

Secundário: 5

• Configurar tipo de ligação e número de elementos.Ligação: Estrela

Elementos: 3TC’s

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b) Entrar na tela ”Prog. sáıdas Capacitor”e desabilitar os capacitores 1, 7, 8, 9, 10, 11 e 12 da

seguinte maneira que segue abaixo.

Pressione a tecla ↑ para habilitar a saı́da desejada.

Pressione a tecla ↓ para desabilitar a sáıda desejada.Pressione F1 para confirmar

c) Entrar na tela ”Prog. KVAr Capacitor”e entrar com os valores dos capacitores. Pressione ↑ou ↓ para mudar os valores de capacitores e F1 para confirmar.

Capacitor 2: 0,5 kVAr





d) Entrar na tela ”Param. Controle”, para programação de parâmetros de controle dos Bancos.

• Configurar o tempo de entrada.T. Entrada: 5s

• Configurar o tempo de saı́da.T. Saı́da: 5s

• Configurar a fase de controle. Esta função é muito importante, pois em algumas

instalações aonde possui uma fase com o fator de potência muito ruim é posśıvel escolher

esta fase para controle.

Fase Contrl.: ϕt

e) Entrar na tela ”Prog.Faixa Controle”. Podemos programar de 0,5 indutivo a 0,5 capacitivo.

FP máximo: 0,92c

FP mı́nimo: 0,92i

f ) Entrar na tela ”Zerar Comutações”, pressione F1.

g) Entrar na tela ”Atuar nas Sáıdas”esta função pode colocar e retirar os bancos de capacitores

manualmente. Pressione ↑ ou ↓ para acionar ou desligar o banco de capacitores ou pressioneF1 para passar ao próximo banco. Acione o banco de 0,5 kVAr e meça os valores de potência

ativa total, reativa total e aparente total e anote no espa ço que segue abaixo.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

h) Entrar na tela ”Prog. Alarmes”, pressionando F1. Na tela ”Hab. Alarmes”pressionar ↑ edepois F1 para confirmar. Irá configurar nas próximas telas os seguintes parâmetros que

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segue abaixo:

Alarm. Vmax 1,2 e 3: 200V

Alarm. Vmin 1,2 e 3: 0 V

Alarm. Imax 1,2 e 3: 40 A

Alarm. Imin 1,2 e 3: 0 A

Alarm. ϕmax 1,2 e 3: 0,90i

Alarm. ϕmin 1,2 e 3: 0,90c

Alarm. THD V1,2 e 3: 0,0

i) Entrar na tela ”Comunicação Serial”pressione F1 para entrar. Configurar os seguintes parâmetros:

Endereço Rede: 2

Vel. Serial: 19200

j) Entrar na tela ”Prog. Auto/Manual”pressione F1 para entrar e em seguida ? para mudar

de Manual para Automático. Para finalizar, pressione F1 para confirmar e f4 para sair do

modo de programação.

k) Acione 1080 [W] de lâmpada incandescente, Motor 1, Motor 2 e Motor 3 com o controle do

Smart Cap 485 em ”Manual”. Entrar na tela ”Prog.Faixa Controle”e programar para faixa

de 0,92i a 0,92c. Meça no SMART CAP 485 o valor de potência ativa, reativa e aparente

por fase e a somatória das três fases.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

F P t:

l) Acione 1080 [W] de lâmpada incandescente, Motor 1, Motor 2 e Motor 3 com o controle do

Smart Cap 485 e altere para ”Auto”. Entrar na tela ”Prog.Faixa Controle”e programar

para faixa de 0,92i a 0,92c. Meça no SMART CAP 485 o valor de potência ativa, reativa e

aparente por fase e a somatória das três fases.

W 1: W 2: W 3: W t:


V A1: V A2: V A3: V At:

F P t:

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m) Acione 600 [W] de lâmpada incandescente, Motor 1, Motor 2 e Motor 3 com o controle do

Smart Cap 485 e mantenha em ”Auto”. Entrar na tela ”Prog.Faixa Controle”e programar

para faixa de 0,92i a 0,92c. Observe como o Smart Cap 485 irá se comportar.

n) Altere para a faixa de controle de 0,92i a 0,85c e o restante mantenha a configura ção anterior.

Observe como o Smart Cap 485 irá se comportar.

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Este manual tem como objetivos principais:

• Apresentar o conteúdo do kit (equipamentos e documentação)

• Apresentar um guia rápido de instalação e testes

• Apresentar detalhes de instalação de software e hardware

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Caṕıtulo 4

Conteúdo do Kit

• 1 Simulador de Defeitos

• 1 Smart Cap 485 - Controlado de fator de potência• 1 Sinaleiros 22 mm VM 220 AC (com aviso sonoro)

• 1 Sinaleiro 22 mm AZ 220 AC

• 1 Seccionadora 40A

• 1 ampeŕımetro Digital

• 5 Sinaleiros 22 mm AM 220 AC

• 1 chave seletora 4 posições

• 6 Sinaleiros 22 mm VD 220 AC

• 6 Chaves seletoras ON-OFF

• 3 Mini interruptores ON-OFF

• 3 Motores WEG 2CV 220/380V

• 6 Lâmpadas tubulares 20W cada

• 3 Reatores (2 lâmpadas tubulares 20W)

• 2 coolers 120 x 120 x 38mm 127/220V

• 3 Lâmpadas incandescentes 200W



• 1 capacitor 0,5 kVAr

• 2 capacitores 0,75 kVAr


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• 5 Reatores para descarga para bancos de capacitores de até 100 KVAR

• 7 Transformadores de corrente (TC)

• 13 Contatores 10A

• 1 Disjuntor Termomagnético tripolar 40A

• 1 Disjuntor DR tetrapolar 30mA/40A

• 1 Disjuntor Termomagnético bipolar 10A



• 12 Fuśıveis NH 6A

• 3 Fuśıveis NH 10A

4.1 Conteúdo do CD

O CD traz toda a informação e programas necessários para o uso do kit, tais como:

• Esquemas elétricos do kit;

• Documentação do produto;

• Manual dos componentes e outros documentos relevantes

=⇒ Ao inserir o CD no drive ele deve automaticamente iniciar um aplicativo que permitenavegar por seu conteúdo.

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Caṕıtulo 5

Instalação

O kit XE551 é alimentado por rede trifásica 220V, sendo necessária a conexão das três fases,

neutro e terra. Essa conexão é feita através da tomada apropriada do kit.

Internamente o kit é protegido por disjuntores termo-magnéticos e DR. O disjuntor DR protege

contra fugas para terra e choques; existe um disjuntor para todo o sistema. Os disjuntores ter-

momagnéticos protegem contra curtos e sobrecorrente, sendo que existe um para cargas internas,

outro para a carga externa (sáıda auxiliar) e um terceiro para comandos e equipamentos. Todos

esses disjuntores são acesśıveis dentro do painel do equipamento. Se ocorrer qualquer anomalia

de funcionamento, deve-se verificar os mesmos.

O equipamento possui proteções de forma que todas as partes girantes, aquecidas ou ener-

gizadas estão protegidas de contato acidental. As partes internas do quadro de energia, quando

energizadas, apresentam riscos de choques elétricos; portanto, deve-se evitar abrir o quadro com

o equipamento em operação.

Toda a estrutura em perfilado, bem como carcaças de equipamentos e painel estão ligados

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a pino de terra. Para maior segurança, deve-se prover um aterramento de boa qualidade ao

equipamento.

Os bancos de capacitores são equipados com dispositivos de descarga rápida. Além de evitar

danos em condições normais de chaveamento em uso, esses dispositivos garantem que os capaci-

tores não permaneçam carregados depois do kit ser desligado, evitando assim choques elétricos.

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Caṕıtulo 6

Principais componentes

6.1 Simulador de defeitos

Simula erros pré definidos no sistema elétrico do XE551, que são:

• Erro 01 junto com erro 02: invertem a sequencia de medida da corrente que entra noSmart Cap 485 (I1, I2 e I3) para (I2, I1 e I3), deixando o sistema de correção totalmente

desbalanceado.

• Erro 03: Desabilita o comum do Smart Cap 485, impossibilitando que o banco de capacitoresseja inserido na rede e não concluindo assim a correção adequada.

• Erro 4: N/A

• Erro 5: N/A

• Erro 6: Desabilita a Fase S dos motores.

• Erro 7: Desabilita a sáıda auxiliar (S6).

• Erro 8: N/A

• Erro 9: N/A

Por padrão todos os erros estão desabilitados, para habilita-los selecione o menu do simulador

de defeitos, a senha de fabrica é (1234).

6.2 Smart Cap 485 - Controlador de fator de potência

Comanda de forma automática o banco de capacitores em redes monofásicas ou trifásicas, de-

sequilibradas, para manter o fator de potência dentro da faixa programada evitando o pagamento

de multas para a concessionária, devido ao consumo excessivo de reativos

6.3 Ampeŕımetro analógicoApresenta a corrente que flui apenas para o banco de capacitores.

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6.4 Chave amperimétrica 4 posições

Permite selecionar qual corrente medir no ampeŕımetro

6.5 Capacitores e Reatores de descarga para bancos de capaci-

tores de até 100 KVAR

Dispositivo capaz de gerar um fluxo de energia elétrica reativa capacitiva, ou seja, com fase

oposta à energia reativa dos dispositivos indutivos, diminuindo os valores de perda e queda de

tensão no sistema elétrico de corrente alternada.

6.6 Transformador de correnteO equipamento tem a finalidade de reduzir altas correntes em uma corrente secundária a ser

transmitida de forma que, além de isolar o circuito da rede de medição oferece a condição de

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monitorar este circuito através de um instrumento.

6.7 Fuśıveis NH

Os fusı́veis NH são aplicados na proteção de sobrecorrentes de curto-circuito em instalações

elétricas industriais.

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7.2.1 DESCRIÇ ÃO DAS TECLAS

7.3 COMUNICAÇ ÃO SERIAL

O Smart Cap 485 possui uma sáıda RS485 que permite a sua utilização em rede de equipa-

mentos.

A ligação em rede permite que sejam monitoradas as grandezas elétricas de diversos pon-tos, atrav́es do software Transcomplus IMS ou de outro software desenvolvido com protocolo

MODBUS-RTU.

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7.4 FUNCIONAMENTO

O equipamento está dividido em dois modos distintos:

1. Modo Programador: Onde são programados os parâmetros;

2. Modo supervisor: É o modo de visualização das grandezas medidas.

O equipamento no modo de supervisor é posśıvel visualizar tensão, corrente e fator de potência.

Para visualizar a grandeza desejada basta pressionar a tecla correspondente. É necessário antes de

começar a navegar pelas telas, pressionar a tecla de visualização da tensão F1 para verificar se as

fases estão em sequência, caso não estejam, no display irá mostrar ”>>>”, para colocar em fase,

basta inverter duas fases que irá ficar ”123”, estando as três fases em sequência o equipamento

está pronto para começar a navegar pelas telas.

7.5 MODO PROGRAMADOR

Neste modo são programados os parâmetros de tensão e corrente, o tipo de ligação, o endereço

de rede, a velocidade de comunicação serial e o intervalo de demanda.

Neste modo, se nenhuma tecla for pressionada o equipamento retorna ao modo supervisor

após 20 segundos.A tecla ”F4”faz o equipamento sair de qualquer tela de programação, e passar para o Modo

Supervisor. Se em alguma tela de programação anterior, algum valor foi confirmado, mesmo sendo

cancelado ”F4”a programação numa tela de programação posterior, ele será mantido.

Tecle

logo após deverá aparecer o seguinte menu:

Pressione F1 para entrar ou F4 para sair e voltar para o modo supervisor.

Estes parâmetros mostram a relação de transformação de potencial de tensão. Valor, Max.

500kv e min. 50 v. Tecle F1 para editar e confirmar a mudança caso aconteça ou F4 para retornar

ao menu anterior.

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Relação de transformação de corrente, máximo 65000 e mı́nimo 1.

Programe de acordo com a instalação do equipamento. Tecle UP para ligação em Delta ou

DOWN para ligação em Estrela. Confirme teclando F1. Faça o mesmo para os elementos de

acordo com o tipo de ligação 3 ou 2 TCs para as instalações trifásicas e 1 TC para monofásica.

7.5.1 MODO DE CONTROLE

Programe de acordo com a instalação do equipamento.

Tecle UP para controle automático (auto).

Tecle DOWN para controle manual.

7.5.2 ACIONAMENTO MANUAL DOS BANCOS DE CAPACITORES

Pode-se colocar ou retirar bancos de capacitores manualmente. O banco ativo para a trocade estado fica piscando na tela, e o seu respectivo numero é mostrado no canto inferior esquerdo

do display. Pressione as setas UP ou DOWN para acionar ou desligar o banco de capacitores, ou

pressione F1 para passar ao próximo banco. Para trocar de tela pressione F4.

7.5.3 ZERANDO OS REGISTROS DE NUMEROS DE COMUTAÇOES

Pressionando F1 todos os registros de números de comutações dos bancos de capacitores serão

zerados. O numero de comutação de cada banco de capacitores é utilizado pelo Smart Cap 485,

para aumentar a vida útil dos bancos.

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7.5.4 PROGRAMAÇ ÃO DA FAIXA DE CONTROLE

Pressione F1 para confirmar e entrar na tela de programação do parâmetro.

Nesta tela pode-se ajustar o valor do fator de potência Maximo e mı́nimo entre os valores de

0,500 indutivo e 0,500 capacitivo.

Configure o valor de FP Maximo, após isto tecle F1 para configurar o valor de FP mı́nimo e

tecle F1 para confirmar os valores. Esta faixa de controle configurada é a utilizada pelo Smart

Cap 485 para colocar ou retirar bancos de capacitores na rede, quando ele est á funcionando no

modo automático.

7.5.5 PROGRAMAÇ ÃO DE PARAMETRO DE CONTROLE DOS BAN-

COS

7.5.6 TEMPO DE ENTRADA DO BANCO DE CAPACITORES

Configura o tempo de entrada do banco de capacitores. Este tempo é um atraso no aciona-

mento do banco de capacitores quando o valor medido do fator de potência estiver abaixo do valor

mı́nimo programado. Ele pode ser configurado entre 1 e 1200 segundos.

7.5.7 TEMPO DE SAÍDA DO BANCO DE CAPACITORES

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O tempo de saı́da é um atraso no desligamento do banco de capacitores quando o valor medido

do fator de potencia estiver acima do valor Maximo programado. Ele pode ser configurado entre

1 e 1200 segundos.

O tempo de sáıda e de entrada do banco de capacitores são parâmetros úteis para a proteção

e prolongamento da vida útil do banco de capacitores. Estes parâmetros afetam apenas o aciona-mento dos bancos de capacitores quando o Smart Cap 485 estiver funcionando no Modo Au-

tomático.

7.5.8 POTÊNCIA REATIVA MÍNIMA (KVAR IMIN)

A potência reativa mı́nima (kVAr Imin) é um parâmetro de configuração que especifica qual

a potencia reativa que vai ser acionada quando a corrente da rede estiver muito baixa (abaixo do

valor de corrente mı́nima configurada).

IMPORTANTE: o valor de potencia reativa mı́nima deve ser configurado com um valor igual

à potencia reativa de um dos bancos de capacitores, ou a um valor igual a soma das potencias de

alguns dos bancos.

7.5.9 CORRENTE MÍNIMA (IMIN)

A corrente mı́nima especifica o menor valor de corrente medida em que o Smart Cap 485

mantêm o controle automático de fator de potencia. Abaixo deste valor de corrente é acionada

apenas o(s) bancos de capacitores correspondentes ao valor de potencia reativa mı́nima (kVAr

Imin) programado.

7.5.10 FASE DE CONTROLE

A configuração da fase de controle estabelece para o Smart Cap 485 sobre que medi ção de

fator de potencia ele deve fazer o controle, podendo ser pela fase 1, 2, 3 ou pelo valor médio das

três fases.

A possibilidade de fazer o controle do fator de potencia através de uma fase pré-estabelecida

é muito útil em instalações elétricas não equilibradas, ocasionando um pior fator de potencia em

uma das três fases. Neste caso o controle do fator de potencia pode ser feito sobre ela.

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7.5.11 HABILITAÇAO DAS SAIDAS

• Pressione a tecla UP para habilitar a sáıda desejada;

• Pressione a tecla DOWN para desabilitar a saı́da desejada;

• Pressione F1 para confirmar.

7.5.12 CONFIGURAÇAO DO BANCO DE CAPACITORES

O valor da potencia reativa de cada banco de capacitores deve ser configurado corretamente.

Vá para a tela abaixo utilizando a tecla F1 e as setas.

O numero do banco de capacitores ativo para a alteração de valor aparece no canto superior

esquerdo, e o seu respectivo desenho fica piscando. Utilize as setas para acertar o valor da potenciareativa do respectivo banco de capacitor, e pressione F1 para passar para o pr óximo banco. Para

trocar de tela utilize F4.

O valor de cada banco de capacitores pode ser configurado num valor entre a faixa de 0,1kVAr

e 999,9kVAr.

7.5.13 ALARMES

Para programar os alarmes: Tecle UP (On) e confirme teclando ”F1”e irá aparecer a tela

abaixo:

O cursor estará no valor Max 1. Proceda da mesma forma para os valores das telas a seguir

(Vmax2, Vmin2, Vmax3, Vmin3, Imax1, Imin1, Imax2, Imin2, Imax3, Imin3, FPmax1, FPmin1,

FPmax2, FPmin2,FPmax3, FPmin3, THD V1, THD V2, THD V3 ).

Para o alarme de THD a medição de harmônico deve estar habilitada.

7.5.14 COMUNICAÇ ÃO SERIAL

Estes parâmetros definem como o Smart Cap 485 será reconhecido ao ser conectado em rede.

Endereço de rede de 1 até 250 e velocidade de comunicação de 9600,19200, e 38400bps.

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7.5.15 HARMÔNICAS

Use as setas para habilitar (On) ou desabilitar (Off) o calculo de harmônicas de tensão e

pressione F1 para confirmar. Desabilitando o calculo de harmônicas a velo-cidade do Smart Cap485 aumenta. Este procedimento pode ser útil quando se deseja atualizações mais rápidas dos

valores medidos e não há necessidade de medições das harmônicas.

7.5.16 HABILITAÇ ÃO DO FILTRO DE THD

Existem instalações em que é recomendado utilizar um filtro de harmônicas. Está analiseé feita por uma pessoa com capacidade técnica e com equipamentos dedicados a verificação da

qualidade da energia elétrica dispońıvel na rede. O filtro de harmônicas é acionado apenas quando

for necessário fazer algum ajuste no fator de potencia atrav́es de bancos de capacitores. Para

atender esta eventual necessidade o Smart Cap 485 possui a configuração ”Prog. Filtro THD”que

após habilitado (On) possibilita que a sáıda do acionamento de numero 1 seja disponibilizada

para acionamento do filtro de harmônicas. Nesta configuração o filtro de harmônicas sempre vai

ser instalado utilizando a sáıda de acionamento 1, a qual será o primeiro a ser acionado quando

necessário (fator de potencia indutivo e fora da faixa programada de controle) e o ultimo a ser

retirado (fator de potencia capacitivo e fora da faixa programada de controle).

7.6 SUPERVISÃO / MONITORAÇ ÃO

7.6.1 FATOR DE POTENCIA E ESTADO DOS BANCOS

A primeira tela visualizada no display após a inicialização do Smart Cap 485 é a tela que

mostra o valor do fator de potência da fase de controle, o modo de controle (AUTO ou Manual),

o estado dos bancos de capacitores, ou seja, se eles estão ligados, desligados ou desabilitados.

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7.6.2 FATOR DE POTÊNCIA POR FASE

Pressionando PF novamente é mostrada a tela com as medições do FP por fase.

7.6.3 POTENCIA REATIVA REQUERIDA

Pressionando novamente PF é mostrada a potência reativa requerida (Pot.Req). Este valor é

quanto ainda falta acrescentar para corrigir o fator de potência dentro da faixa programada.

7.6.4 TENSÕES

Pressionando V será mostrada a tela com as medições de tensão por fase e também o tipo de

ligação (delta ou estrela). Esta tela mostra os valores monofásicos da tensão, corrente e fator de

potencia quando programado com 1 TC.

7.6.5 CORRENTES

Pressionando A será mostrado a tela com as medições de corrente por fase.

Esta tela mostra os valores monofásicos da tensão, corrente e fator de potencia quando for

programado 1 TC.

7.6.6 VALORES TOTAIS (TRIFASICOS)

Estando nas telas de visualização de tensão ou corrente basta pressionar a tecla com a seta

para cima para ser exibida a tela de visualização de tensão, corrente e fator de potência médios

(trifásicos) e o tipo de ligação. Esta tela é mostrada com os valores trifásicos da tensão, corrente

e fator de potencia, considerando que o sistema esteja equilibrado, quando for programando com

1 TC.

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7.6.7 POTÊNCIAS

Pressionando W será mostrada a tela com as medições trifásicas de potencia (Wt), potência

aparente total (VAt) e potência reativa total (VArt). Pressionando as setas UP e DOWN serão

exibidas as telas com as medições de potencia por fase.

7.6.8 DISTORÇ ÃO HARMÔNICA TOTAL (THD)

Estando habilitado o circulo das harmônicas, pressionando a tecla THD Será mostrado a tela

com as medições de Thd de tensão. Utilizando as setas UP e DOWN pode ser visualizado a

medição de harmônicas impares, por fase, até a décima primeira ordem.

7.6.9 FREQÛENCIA

Pressionando THD novamente é mostrado o valor da freqüência elétrica da rede.

7.6.10 NUMERO DE COMUTAÇOESPressionando a tecla

mostrará a tela com o número de comutações. Utilize as setas UP e DOWN para trocar o

banco de capacitores visualizado.

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Caṕıtulo 8

Resolvendo Problemas

8.1 Suporte Técnico

A Exsto Tecnologia oferece suporte técnico gratuito para questões de utilização de seus pro-

dutos através do e-mail [email protected] ou do telefone (35) 3471-6898.

controlador de fator de potencia - xe551

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