SOFTWARE PARA DIMENSIONAMENTO DE BANCOS DE CAPACITORES ... ?· CAPACITORES PARA CORREÇÃO DO FATOR…

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<ul><li><p>SOFTWARE PARA DIMENSIONAMENTO DE BANCOS DE </p><p>CAPACITORES PARA CORREO DO FATOR DE POTNCIA </p><p>Tefilo M. de Souza, Incio Bianchi </p><p>Departamento de Engenharia Eltrica, Unesp/Guaratinguet 12516-410, Guaratinguet-SP, tel/fax: (012) 525-2800 ramal 1801 </p><p> RESUMO </p><p> A utilizao de bancos de capacitores </p><p>automticos ou fixos aumenta a capacidade do sistema de energia eltrica, minimiza as quedas de tenso e elimina as multas aplicadas s contas de energia eltrica devido ao baixo fator de potncia. </p><p>As concessionrias exigem dos consumidores que utilizam energia reativa um fator de potncia mnimo de 92%, conforme a Portaria 1569 de 23/12/1993 do DNAEE (DNAEE, 1993) que vigorou de abril de 1994 at 29/11/2000 quando passou a vigorar a Resoluo n 456 da ANEEL (ANEEL, 2000). </p><p>O software ALTOFP permite o dimensionamento de bancos de capacitores para a correo do fator de potncia, e calcula a quantidade de potncia ativa liberada para o sistema e foi desenvolvido para ser executado em qualquer microcomputador PC/compatvel. </p><p>Tem como entradas os seguintes dados: sistema monofsico ou trifsico, tenso de linha U, freqncia f, ltimos valores de energia ativa e reativa, e o novo fator de potncia desejado cos2. </p><p>No bloco de clculos, so determinadas as mdias das potncias, ativa, reativa, aparente, antes e depois da correo do fator de potncia, e so calculados a corrente e o percentual de potncia </p><p>ativa liberada para o sistema aps a colocao dos capacitores. </p><p>O bloco de sada contm um arquivo onde so apresentados, alm dos dados de entrada, os resultados de todos os clculos e a especificao dos capacitores. </p><p>O software mostrou-se de fcil uso. Exigindo recursos computacionais mnimos, uma ferramenta de baixo custo til para todos aqueles que especificam, vendem, adquirem ou instalam capacitores para a correo do fator de potncia. </p><p> ABSTRACT </p><p> The use of automatic or fixed capacitors </p><p>banks increases the electrical energy system capacity, minimizes voltage drops and eliminates electrical bill power factor penalties. </p><p>The power companies require of reactive energy consumers to maintain at least a 92% power factor, in accordance with the 1569 DNAEE Edict of December 12 1993 (DNAEE, 1993) effective from April 1994 to November 2000, when the ANEEL Resolution n 456 became effective (ANEEL, 2000). </p><p>Software ALTOFP allows the determination of the power factor correction capacitors banks and calculation of the active power </p></li><li><p>released to the system. It was developed to be running in any PC compatible microcomputer. </p><p>The inputs are the following data: single-phase or three-phase system, line voltage U, frequency f, last values of active and reactive energy, and the desired new power factor cos2. </p><p>In the calculation block are determined the average of active, reactive, apparent power before and after the power factor correction. The current and the percentage of active power released to the system after the capacitors banks installation are calculated to. </p><p>The output block generates an archive composed by the input data, the results of all the calculations and the capacitors specification. </p><p>The software revealed easy to handle. Demanding minimum computational resources, it is a low-cost tool useful for all those that specify, sail, acquire or install power factor correction capacitors. </p><p> INTRODUO </p><p> O propsito deste trabalho apresentar um </p><p>programa escrito em BASIC, e tambm, de forma simplificada, os elementos necessrios, para o especificao e instalao de bancos de capacitores automticos ou fixos para correo de fator de potncia de instalaes eltricas. </p><p>Os capacitores variveis so necessrios para suprir a necessidade intermitente de energia reativa gerada pelo ligamento e desligamento de mquinas, principalmente em perodos de refeies, em finais de expedientes, e nos finais de semana. A utilizao do banco automtico permite que os capacitores e demais componentes somente funcionem quando so necessrios. Isso proporciona maior durabilidade aos equipamentos e evita que o sistema eltrico funcione com fator de potncia baixo tanto pela falta como pelo excesso de energia eltrica reativa. </p><p>Com a portaria da DNAEE (e posterior resoluo do ANEEL), desde abril de 1994 a mdia mensal mnima do fator de potncia permitida nas instalaes de mdia e alta tenso subiu de 0,85 para 0,92. Das 6 s 24 horas mede-se a energia reativa indutiva da linha de transmisso para a indstria; das 0 s 6 horas, mede-se a energia reativa capacitiva, da indstria para a linha de transmisso. Em outras palavras, as empresas tero de produzir e consumir menos energia reativa. A partir de 1996, a restrio ficou ainda maior, pois, o fator de potncia passou a ser medido de hora em hora. </p><p>O baixo fator de potncia em instalaes eltricas provoca diversos prejuzos ao sistema e ao consumidor: </p><p>- Sobretaxa na conta de energia eltrica por operar com baixo fator de potncia. </p><p>- Reduo da capacidade do sistema eltrico. </p><p>- Flutuaes de tenso, que podem provocar a queima de equipamentos. </p><p>- Aumento das perdas eltricas nas linhas de distribuio por efeito joule. </p><p>- Danos em equipamentos causados pelas sobretenses. </p><p>- Aumento de desgaste nos dispositivos de proteo e de manobras. </p><p>- Aumento do investimento em condutores e equipamentos eltricos sujeitos limitao trmica de corrente. </p><p>- Instabilidades no sistema. As companhias fornecedoras de energia </p><p>eltrica exigem que o fator de potncia tenha valor mnimo conforme a legislao de 92%, contudo aconselha-se trabalhar com valores prximos a 95% para um melhor aproveitamento da energia e do sistema e minimizao dos riscos de multa. </p><p>As principais causas do baixo fator de potncia so: </p><p>- Motores e ou transformadores operando em vazio ou com pequenas cargas. </p><p>- Motores e ou transformadores superdimensionados. </p><p>- Lmpadas de descarga com reatores de baixo fator de potncia. </p><p>- Grande quantidade de motores de pequena potncia. </p><p>- Motores de baixo rendimento e baixo fator de potncia. CORREO DO FATOR DE POTNCIA </p><p> Para especificar um banco automtico ou </p><p>fixo de capacitores devero ser conhecidos alguns dados importantes sobre a instalao eltrica tais como (MAMEDE FILHO, 2002): </p><p>- Consumo em quilowatt-hora. - A energia reativa em quilovolt-ampre-</p><p>reativo-hora. - Demanda registrada em quilowatt. - Nmero de horas trabalhadas durante o </p><p>perodo de tempo das medies. - Tipo de carga instalada. </p><p>DEFINIES IMPORTANTES A seguir so definidas as grandezas mais </p><p>importantes utilizadas para os clculos de correo de fator de potncia em instalaes eltricas (COTRIM, 1992), (CREDER, 1995). </p><p>A potncia ativa P aquela que efetivamente produz trabalho til, normalmente expressa em quilowatt. </p><p>A potncia reativa Q aquela utilizada para criar o fluxo magntico necessrio ao funcionamento dos equipamentos que armazenam energia no campo magntico, como motores e </p></li><li><p>transformadores, e para criar fluxo eltrico em equipamentos que armazenam </p><p>S1 </p><p>a </p><p>b </p><p>S2 Q1</p><p>Q2 </p><p>P </p><p>P Q</p><p>o </p><p>c </p><p>2 1 </p><p>Pl </p><p>S 2 </p><p>Figura 1 - Tringulos das potncias: oab antes, ocb aps a correo do fator de potncia. </p><p>energia no campo eltrico, com os capacitores. normalmente expressa em quilovolt-ampre-reativo. </p><p>A potncia aparente S a potncia total, ativa e reativa, absorvida por uma instalao eltrica, usualmente expressa em quilovolt-ampre. </p><p>A energia a utilizao da potncia integrada em um intervalo de tempo. Assim, a energia ativa Ea o gasto da potncia ativa integrado no tempo expressa em kWh, e a energia reativa Er a utilizao da potncia reativa integrada no tempo expressa em kVArh. </p><p>A potncia reativa Q e a potncia ativa P fluem atravs de motores, transformadores, reatores, capacitores, etc. A adio geomtrica (em quadratura) destas duas potncias determina o que se chama de potncia aparente S. A razo entre a potncia ativa e a potncia aparente determina o que se chama de fator de potncia, assim, por definio o fator de potncia dado por: </p><p> FP = cos = kWh/kVAh = kW/kVA (1) A figura 1 mostra os tringulos das </p><p>potncias para dois casos de mesma potncia ativa entregue a uma carga. O tringulo oab equivale situao antes da correo do fator de potncia, onde uma carga demanda potncia ativa P, potncia reativa Q1, potncia aparente S1, e fator de potncia cos1. Aps a correo, tringulo ocb da figura, o consumo de potncia ativa continuou sendo o mesmo, porm, a potncia reativa diminuiu Q passando para Q2, e o fator de potncia passou a ser cos2. Com auxlio de (1) e da figura 1 nota-se que cos2 ser maior do que cos1. </p><p>A melhor forma de se obter um fator de potncia dentro do valor fixado por norma projetar uma instalao ou sua ampliao, dimensionando e </p><p>utilizando corretamente os equipamentos eltricos, adotando sempre que possvel aqueles que aumentem o consumo de energia ativa sem demandar reativa, tais como motores sncronos, motores de alto fator de potncia e desempenho, motores que sempre operem muito prximos da plena carga, fornos e outros equipamentos de aquecimento por resistncia, caldeiras eltricas, lmpadas de descarga com reatores de alto fator de potncia, etc. </p><p>Existem instalaes onde impossvel se seguir s regras anteriores, ou mesmo que seguidas, o fator de potncia fica abaixo do desejado, nestes casos, o software ALTOFP, cujo fluxograma mostrado na figura 2, pode ser usado para especificar os capacitores a serem usados para elevar o fator de potncia. </p><p> DESCRIO DO PROGRAMA </p><p> Uma descrio funcional simplificada do </p><p>programa dada a seguir. No bloco de entrada de dados, uma tela </p><p>textual pede que sejam digitados os seguintes dados: Sistema monofsico ou trifsico, tenso de linha U em V, freqncia do sistema f em Hz, dez ltimos valores de energia ativa em KWh, dez ltimos valores de energia reativa KVArh, horas trabalhadas em cada perodo e o novo fator de potncia desejado cos2 em notao percentual (recomenda-se 95%). </p><p>No bloco de clculos inicialmente calculam-se os seguintes valores antes da colocao dos capacitores de correo: </p><p>Incio</p><p>2</p><p>Deseja calcular?</p><p>Entrada geral de dados</p><p>Clculos gerais </p><p>Novos clculos? </p><p>2 </p><p>Sada geral de dados </p><p> Fim </p><p>N </p><p>S 1</p><p>1 N </p><p>S </p></li><li><p>Figura 2 Fluxograma do software ALTOFP. Mdia da potncia ativa P, dada pela razo </p><p>entre a energia ativa total no perodo considerado e o nmero de horas trabalhadas no perodo. </p><p>Mdia da potncia reativa Q1 dada pela razo entre a energia ativa total no perodo considerado e o nmero de horas trabalhadas no perodo. </p><p>Mdia da potncia aparente S1 dada pela equao: </p><p> 2</p><p>12</p><p>1 QPS += (2) O fator e o ngulo de potncia: </p><p>11cos S</p><p>P= (3) </p><p>)cos(1</p><p>1 SPar= (4) </p><p> Partindo-se do valor desejado do fator de </p><p>potncia FP2, so calculados os novos valores aps a colocao do banco de capacitores: </p><p> )cos( 22 FPar= (5) </p><p>22 tgPQ = (6) </p><p>22</p><p>22 QPS += (7) </p><p> Potncia reativa do capacitor, ou do banco </p><p>de capacitores, e a potncia aparente liberada sero dadas por: </p><p>21 QQQ = (8) </p><p>21 SSS = (9) </p><p>Potncia ativa liberada Pl aps a colocao do capacitor ser dada por: </p><p>2cosSPl = (10) </p><p>Os valores da corrente total e da capacitncia do banco a ser colocado, para sistema monofsico sero dados por: </p><p>US</p><p>I 22 = (11) </p><p>22832,6 fUQC = (12) </p><p>e para sistema trifsico sero dados por: </p><p>US</p><p>I7321,1</p><p>22 = (13) </p><p>28828,10 fUQC = (14) </p><p> O percentual de potncia ativa liberada ser </p><p>dado por: </p><p>PP</p><p>P ll 100(%) = (15) </p><p> No bloco de sada geral de dados gerado </p><p>um arquivo onde so apresentados, alm dos dados de entrada, os resultados de todos os clculos efetuados com a especificao do capacitor atravs do seu valor, sua potncia e sua tenso de operao. </p><p> LOCALIZAO DOS CAPACITORES </p><p> A localizao dos capacitores no circuito </p><p>pode seguir vrios critrios dependendo da finalidade para a qual esto sendo aplicados. </p><p>Instalando-se capacitores junto aos motores, transformadores e reatores, limita-se o fluxo de energia reativa atravs dos circuitos eltricos. A energia reativa necessria magnetizao passa a ser fornecida pelos capacitores prximos ao invs de ficar fluindo atravs dos circuitos de alimentao das referidas cargas. </p><p>Algumas consideraes prticas quanto localizao dos capacitores para correo do fator de potncia devem ser observadas: </p><p>- Capacitores instalados junto a motores de induo devem ter potncia reativa com valor aproximadamente igual ao da potncia aparente do motor trabalhando em vazio. </p><p>- Capacitores instalados junto a transformadores devem ter potncia reativa com valor aproximadamente igual ao da potncia aparente do transformador trabalhando em vazio. </p><p>- Capacitores instalados junto a agrupamentos de cargas. Geralmente no vivel instalar capacitores individuais junto s cargas menores que 35 kW, porm, cargas menores podem ser agrupadas e receber um capacitor. Motores e transformadores geralmente so corrigidos em conjunto. </p></li><li><p>CAPACITORES FIXOS E BANCOS AUTOMTICOS DE CAPACITORES </p><p> A correo ideal do fator de potncia a ser </p><p>aplicada a um sistema eltrico consiste em instalar capacitores fixos para as cargas de funcionamento ininterrupto, e bancos automticos de capacitores para suprir a energia reativa necessria s cargas variveis. </p><p>Como a verificao do fator de potncia deve ser feita a cada hora, a correo do fator de potncia deve ser dinmica, logo, o uso de bancos automticos de capacitores deve ser feito sempre que possvel. </p><p>Os bancos automticos de capacitores so disponveis em diversas configuraes e caractersticas. Podendo ser instalados tanto em locais abrigados quanto ao tempo. Atualmente aliam modularidade, tamanho compacto, e custos competitivos com os fixos (INEPAR, 2002), (GE, 2002). </p><p> EXEMPLO DE APLICAO A tabela 1 apresenta os dados para um caso </p><p>fictcio de uma instalao que opera com fator de potncia abaixo do limite de 92 % para o qual o software ALTOFP foi executado e representa basicamente a interface textual com o operador usada pelo programa. Os valores em negrito significam os dados que o usurio digitou como entrada antes da tecla ENTER. </p><p>A tabela 2 apresenta os dados obtidos aps a execuo do software utilizando os dados mostrados na tabela 1 como entradas e corresponde basicamente ao arquivo de sada textual que o programa gera. </p><p>Tabela 1 Exemplo de entrada do programa. CLCULO PARA CORREO DE FATOR DE POTNCIA DIMENSIONAMENTO DO BANCO DE CAPACITORES DeS </p><p>seja fazer os clculos? Digite S(Sim) ou N(No): </p><p>Para dados CORR-FP.DAT </p><p>em disco, digite NOMEARQUIVO.DAT: </p><p>Qual o tipo de sistema? Digite M(Monofsico) ou T(trifsico) M Tenso eficaz da linha (em V): 220 Fre60 </p><p>qncia do sistema (em Hz): </p><p>Nm10 </p><p>ero de medies que sero considerados (N): </p><p>N ltimos valores de kWh, kVArh, horas de trabalho no formato kWh espao kVArh espao horas: 18975 18247 730 19010 18280 730 18930 18230 730 18980 18250 730 18985 18253 730 18900 18200 730 19030 18270 730 18980 18250 730 19060 18300 730 18950 18220 730 Fator de potncia desejado aps a correo (em %): </p><p>93 Deseja calcular novamente? S(Sim) ou N(No): N </p><p> Tabela 2 Exemplo de sada do programa. CLCULO PARA CORREO DE FATOR DE POTNCIA...</p></li></ul>

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