Manual de Orientação - Energia Reativa Excedente.pdf

5/25/2018 Manual de Orientao - Energia Reativa Excedente.pdf

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MANUAL DE ORIENTAO AO S CONSUMIDORES

ENERGIAREATIVA EXCEDENTE

CODI

COMIT DE DISTRIBUIODE ENERGIA ELTRICA


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Energia Reativa Excedente 2

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PARTE 1INTRODUO:

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto n 62.724, de 17 de maio de 1968, com a nova redaodada pelo Decreto n 75.887, de 20 de junho de 1975, as concessionrias de energia eltrica adotaram,desde ento, o fator de potncia de 0,85 como referncia para limitar o fornecimento de energia reativa.

O Decreto n 479, de 20 de maro de 1992, reiterou a obrigatoriedade de se manter o fator de potncia o

mais prximo possvel da unidade (1,00), tanto pelas concessionrias, quanto pelos consumidores,recomendando, ainda, ao rgo Regulador, o estabelecimento de um novo limite de referncia para ofator de potncia indutivo e capacitivo, bem como a forma de avaliao e de critrio de faturamento daenergia reativa excedente a esse novo limite.

A nova legislao pertinente, estabelecida pelo rgo Regulador, introduz uma nova forma de abordagemdo ajuste, pelo baixo fator de potncia, com os seguintes aspectos relevantes:

aumento do limite mnimo do fator de potncia de 0,85 para 0,92;

faturamento de energia reativa capacitiva excedente;

reduo do perodo de avaliao do fator de potncia, de mensal para horrio, a partir de 1996.

O controle mais apurado do uso de energia reativa mais uma medida adotada pelo Regulador, visandoestimular o consumidor, atravs da reduo de perdas e melhor desempenho de suas instalaes, comotambm para o setor elt rico nacional, pela melhoria das condies operacionais e a liberao do sistemapara atendimento a novas cargas com investimentos menores.

PARTE 2POTNCIA ATIVA E REATIVA:CONCEITOS BSICOS

A maioria das cargas das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva, como motores,transformadores, lmpadas de descarga, fornos de induo, entre outros.

As cargas indutivas necessitam de campo eletromagntico para seu funcionamento, por isso sua operaorequer dois tipos de potncia:

GRESISTNCIA LMPADA

POT NCIA ATIVA (kW)

Potncia Ativa, medidaem kW, queefetivamente realizatrabalho, gerando calor,

luz, movimento, etc.

G MOTOR CAMPOM AG N TIC O

IN DU O D OSCONDUTORES

POT NCIA REATIVA kVAr

Potncia reativa,medida em kVAr,usada apenas paracriar e manter oscampos eletromag-nticos das cargas

indutivas


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3 Manual de Orientao aos Consumidores

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Assim, enquanto a potncia ativa sempre consumida na execuo de trabalho, a potncia reativa, almde no produzir t rabalho, circula entre a carga e a fonte de al imentao, ocupando um espao nosistema eltrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa.

A potncia ativa e a potncia reativa, juntas, constituem a potncia aparente, medida em kVA (quilo-volt-ampre), que a potncia total gerada e transmitida carga.

O t ringulo das potncias ao lado, uti li zadopara mostrar, graficamente, a relao entre aspotncias ativa, reativa e aparente.

A razo entre a potncia ativa e a potnciaaparente de qualquer instalao se constitui nofator de potncia.

)cos()cos(kW

kVArarctg

kVA

kWFP

O fator de potncia indica qual porcentagem da potncia total fornecida (kVA) efetivamente utilizadacomo potncia ativa (kW). Assim, o fator de potncia mostra o grau de eficincia do uso dos sistemaseltricos. Valores altos de fator de potncia (prximos a 1,0) indicam uso eficiente da energia eltrica,enquanto valores baixos evidenciam seu mau aproveitamento, alm de representar uma sobrecarga para

todo o sistema eltrico.

Por exemplo, para alimentar uma carga de 100kW com fator de potncia igual a 0,70, sonecessrios 143 kVA. Para a mesma carga de 100kW, mas com fator de potncia igual a 0,92, sonecessrios apenas 109 kVA, o que representauma diferena de 24% no fornecimento em kVA.

PARTE 3

BAIXO FATOR DE POTNCIA:PRINCIPAIS CAUSAS

As causas mais comuns da ocorrncia de baixo fator de potncia so:

motores e transformadores operando em vazio ou com pequenas cargas;

motores e transformadores superdimensionados;

grande quantidade de motores de pequena potncia;

mquinas de solda;

lmpadas de descarga: fluorescentes, vapor de mercrio, vapor de sdio sem reatores de alto fatorde potncia;

excesso de energia reativa capacitiva.

PARTE 4EXCEDENTE DE REATIVO:EFEITOS NAS REDES E INSTALAES

Baixos valores de fator de potncia so decorrentes de quantidades elevadas de energia reativa. Essacondio resulta em aumento na corrente total que circula nas redes de distribuio de energia eltrica

P = potncia ativakW

S = potncia aparentekVA

Q = potncia reativa(kVAr)

100 kW 100 kW

143 kVA 109 kVA

FP = 0,70 FP = 0,92


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da Concessionria e das unidades consumidores, podendo sobrecarregar as subestaes, as linhas detransmisso e distribuio, prejudicando a estabilidade e as condies de aproveitamento dos sistemaseltricos, trazendo inconvenientes diversos, tais como:

PERDAS NA REDE

As perdas de energia eltrica ocorrem em formade calor e so proporcionais ao quadrado dacorrente total. Como essa corrente cresce com o

excesso de energia reativa, estabelece-se umarelao diret a entre o incremento das perdas e obaixo fator de potncia, provocando o aumentodo aquecimento de condutores e equipamentos.

A tabela seguinte mostra a diminuio das perdas anuais em energia eltrica de uma instalao comconsumo anual da ordem de 100 MWh, quando se eleva o fator de potncia de 0,78 para 0,92.

SITUAO INICIAL SITUAO FINAL

FATOR DE POTNCIA 0,78 0,92

PERDAS GLO BAIS 5% 3,59%

REDUO DAS PERDAS 28,1%

QUEDAS DE TENSOO aumento da corrente devido ao excesso de reativo leva a quedas de tenso acentuadas, podendoocasionar a i nterrupo do fornecimento de energia eltrica e a sobrecarga em cert os elementos da rede.Esse risco sobret udo acentuado durante os perodos nos quais a rede fort emente solicit ada. As quedasde tenso podem provocar, ainda, diminuio da intensidade luminosa nas lmpadas e aumento dacorrente nos motores.

SUBUTILIZAO DA CAPACIDADE INSTALADA

A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalao eltrica, inviabiliza sua plena utilizao,condicionando a instalao de novas cargas a investimentos que seriam evitveis se o fator de potncia

apresentasse valores mais latos. O espao ocupado pela energia reativa poderia ser, ento, ut ili zadopara o atendimento a novas cargas.

As figuras ao lado, do uma idia daconseqncia do aumento do fator de potncia,de 0,85 para 0,92, no fornecimento de potnciaativa para cada 1.000 kVA instalado. A reduoda potncia reativa, de 527 kVAr para 392 kVAr,permit e ao sistema elt rico aumentar de 850 kWpara 920 kW a sua capacidade de fornecerpotncia ativa, para cada 1.000 kVA instalado.

F AT OR D E PO T N CIA

0,8 0,6 0,4 0,2 0,01,0

2 0

4 0

6 0

8 0

10 0

12 0

PERDAS(

%)

1001_(%)__2

2

f

i

FP

FPPERDASDASREDUO

850 kW 920 kW

1.000 kVA 1.000 kVA

FP = 0,85 FP = 0,92

392kVAr


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Os investimentos em ampliao das instalaes esto relacionados, principalmente, aos transformadores econdutores necessrios. O transformador a ser instalado deve atender potncia ativa total dosequipamentos utilizados, mas, devido presena de potncia reativa, a sua capacidade deve ser calculadacom base na potncia aparente das instalaes. A tabela abaixo mostra a potncia total que deve ter otransformador, para atender uma carga til de 800 kW para fatores de potncia crescentes.

POTNCIA TILABSORVIDA

(kW)

FATOR DEPOTNCIA

POTNCIA DOTRANSFORMADOR

(kVA)

0,50 1.600

0,80 1.000800

1,00 800

Tambm o custo dos sistemas decomando, proteo e controle dosequipamentos cresce com o aumentoda energia reativa. Da mesma forma,para transportar a mesma potnciaativa sem aumento de perdas, aseo dos condutores deve aumentar media em que o fator de potnciadiminui. A tabela seguinte ilustra avariao da seo necessria de umcondutor em funo do fator depotncia. Nota-se que a seonecessria, supondo-se um fator depotncia 0,70, o dobro da seopara o fator de potncia 1,00.

SEORELATIVA

FATOR DEPOTNCIA

1,00 1,00

1,23 0,90

1,56 0,802,04 0,70

2,78 0,60

4,00 0,50

6,25 0,40

11,10 0,30

A correo do fator de potncia por si s j libera capacidade para instalao de novos equipamentos, sema necessidade de investimentos em transformador ou substituio de condutores para esse fim especfico. o que mostra a tabela a seguir, ilustrando o aumento do fator de potncia de 0,80 para 0,92 em umainstalao genrica, com potncia de transformao de 315 kVA.

SITUAO INICIAL SITUAO FINAL

FATOR DE POTNCIA 0,80 0,92

POTNCIA DISPONVEL kW 252 290

AUMENTO DE POTNCIAkW 38

PARTE 5FATOR DE POTNCIA:CORREO

A primeira providncia para corrigir o baixo fator de potncia a anlise das causas que levam utilizao excessiva de energia reativa. A eliminao dessas causas passa pela racionalizao do uso deequipamentos desligar motores em vazio, redimensionar equipamentos superdimensionados, redistribuir


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cargas pelos diversos circuitos, etc. e pode, eventualmente, solucionar o problema de excesso de reativonas instalaes.

A part ir destas providncias, uma forma de reduzir a circulao de energia reativa pelo sistema elt rico,consistem em produz-la o mais prximo possvel da carga, ut il izando um equipamento chamadocapacitor.

Instalando-se capacitores junto s cargasindutivas, a circulao de energia reativa ficalimitada a estes equipamentos. Na prtica, a

energia reativa passa ser fornecida peloscapacitores, liberando parte da capacidade dosistema eltrico e das instalaes da unidadeconsumidora. Isso comumente chamado decompensao de energia reativa.

Quando est havendo consumo de energiareativa, caracterizando uma situao decompensao insuficiente, o fator de potncia chamado de indutivo. Quando est havendo umfornecimento de energia reativa rede,caracterizando uma situao de compensaoexcessiva, o fator de potncia chamado

capacitivo.

PARTE 6

COMPENSAO ATRAVS DE CAPACITORES

Existem vrias alternativas para a instalao de capacitores em uma instalao, cada uma delasapresentando vantagens e desvantagens. Nesse sentido, a escolha da melhor alternativa depender deanlises tcnicas de cada instalao com orientao de profissionais especializados.

COMPENSAO INDIVIDUAL

efetuada instalando os capacitores junto aoequipamento cujo fator de potncia se pretendemelhorar. Representa, do ponto de vista tcnico,a melhor soluo, apresentando as seguintesvantagens:

reduz as perdas energticas em toda ainstalao;

diminui a carga nos circuitos de alimentaodos equipamentos compensados;

melhora os nveis de tenso de toda a

instalao;

pode-se utilizar um sistema nico deacionamento para a carga e o capacitor,economizando-se em equipamentos demanobra;

gera reativos somente onde necessrio.

Existem, contudo, algumas desvantagens dessaforma de compensao com relao s demais:

muitos capacit ores de pequena potncia tmcusto maior que capacitores concentrados depotncia maior;

pouca utilizao dos capacitores, no caso doequipamento compensado no ser de usoconstante;

para motores, deve-se compensar no mximo90% da energia reativa necessria.

M

MONCESSION

RIA

CAPACITOR

ENERGIAREATIVA

ENERGIA REATIVA

COM COMPENSAO

SEM COMPENSAO ENERGIA ATIVA

ENERGIA ATIVA

M M

AltaTenso

Transformador

Capacitor

Car as

Baixa Tenso


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COMPENSAO POR GRUPOS DE CARGAS

O banco de capacitores instalado de forma acompensar um setor ou um conjunto demquinas. colocado junto ao quadro dedistribuio que alimenta esses equipamentos.

A potncia necessria ser menor que no caso dacompensao individual, o que torna a instalaomais econmica. Tem como desvantagem o fatode no haver diminuio de corrente nosalimentadores de cada equipamentocompensado.

COMPENSAO GERAL

O banco de capacitores instalado na sada do

transformador ou do quadro de distribuiogeral, se a instalao for alimentada em baixatenso.

Utiliza-se em instalaes eltricas com nmeroelevado de cargas com potncias diferentes eregimes de utilizao pouco uniformes.Apresenta as seguintes vantagens principais:

os capacitores instalados so mais utilizados;

fcil superviso;

possibilidade de controle automtico;

melhoria geral do nvel de tenso;

instalaes adicionais suplementaresrelativa-mente simples.

A principal desvantagem consistem em no haver

alvio sensvel dos alimentadores de cadaequipamento.

COMPENSAO NA ENTRADA DA ENERGIA EM ALTA TENSO (AT)

No muito freqente a compensao no lado daalta tenso. Tal localizao no alivia nemmesmo os transformadores e exige dispositivosde comando e proteo dos capacitores com

isolao para a tenso primria.

Embora o preo por kVAr dos capacit ores sejamenor para tenses mais elevadas, este tipo decompensao, em geral, s encontrada nasunidades consumidores que recebem grandesquantidades de energia eltrica e dispem desubestaes transformadoras. Neste caso, adiversidade da demanda entre as subestaespode resultar em economia na quantidade decapacitores a instalar.

M

AltaTenso

Transformador

Ca acitores

Cargas

Baixa Tenso

M

AltaTenso

M M

Transformador

Capacitor

Cargas

Baixa Tenso

Alta

Tenso

M M

Transformador

Ca acitor

Cargas

Baixa Tenso


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COMPENSAO COM REGULAO AUTOMTICA

Nas formas de compensao geral e por grupos de equipamentos, usual utilizar-se uma soluo em queos capacitores so agrupados por bancos controlveis individualmente. Um rel varimtrico, sensvel svariaes de energia reativa, comanda automaticamente a operao dos capacitores necessrios obteno do fator de potncia desejado.

COMPENSAO COMBINADA

Em muitos casos utilizam-se, conjuntamente, as diversas formas de compensao.

COMPENSAO POR MOTORES SNCRONOS

Motores sncronos podem ser utilizados para compensao do fator de potncia por gerarem energiareativa, da mesma forma como um gerador convencional o faz. A potncia reativa capacitiva fornecida porum motor sncrono instalao, funo da corrente de excitao e da carga em seu eixo.

Entretanto, devido ao fato de ser um equipamento bastante caro, nem sempre compensador do ponto devista econmico, sendo competitivo, em princpio, para potncias superiores a 200 CV e funcionamentopor perodos longos.

PRECAUES NA INSTALAO E OPERAO DE CAPACITORES

Para maior segurana e eficincia na operao do banco de capacitores, importante a consulta normaP-NB-209 da ABNT e, ainda, considerar os seguintes aspectos:

a instalao de capacitores deve ser feita em local onde haja boa ventilao e com espaamentoadequado entre as unidades;

aps desligar, esperar algum tempo para religar ou fazer o aterramento de capacitor. Isso por que ocapacitor retm a sua carga por alguns minutos, mesmo desligado;

proceder o aterramento dos capacitores antes de tocar sua estrutura ou seus terminais;

para capacitores ligados em alta tenso (13,8 kV, por exemplo), sempre conveniente que asoperaes de l igar e desli gar sejam feitas ut il izando-se o disj untor principal da instalao, antes de seabrir ou fechar a chave principal de capacitores, no caso de no haver dispositivos adequados demanobra sob carga;

k

VAr

7 12 17 24

A

B

C

HO RA

REATIVOSNECESSRIOS A banco fixo, utilizao

ininterrupta

B banco fixo, ligado somente noperodo de atividade dosequipamentos a ele ligado

C banco automtico, controlandocontinuamente a quantidade de


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evitar a energizao simultnea de dois ou mais bancos de capacitores, a fim de se evitar possveissobretenses. HARMNICASAlguns equipamentos comuns em instalaes eltricas, como retificadores, inversores, fornos arco,lmpadas fluorescentes, transformadores e outros, produzem alteraes na forma da corrente eltrica,denominadas distores harmnicas. Essas distores harmnicas provocam superaquecimento e aumentos

de perdas em mquinas rotativas, diminuem a vida til dos equipamentos, alteram as caractersticas deoperao dos rels de proteo e geram interferncias nos equipamentos de comunicao.

Embora os capacitores no sejam propriamente geradores de distores harmnicas, a interao entreelas e o banco de capacitores pode agravar sensivelmente as condies de operao das instalaeseltricas. Dessa forma, as anlises tcnicas necessrias para a escolha da melhor alternativa dedimensionamento e localizao dos capacitores, devem levar em conta tambm as distores harmnicaseventualmente existentes na unidade consumidora.

PARTE 7LEGISLAO SOBRE EXCEDENTE DE REATIVO

O fator de potncia das instalaes eltricasdeve ser mantido sempre o mais prximo possvelde 1,00 (um), conforme determinao doDecreto n 479, de 20 de maro de 1992.

A Resoluo AN EE L n 456, de 29 de dezembro de2000, estabelece um nvel mximo parautilizao de reativo indutivo ou capacitivo, emfuno da energia ativa consumida (kWh).

Por esse princpio, para cada kWh de energiaativa consumida, a concessionria permite auti li zao de 0,425 kVArh de energia reativa,indutiva ou capacitiva, sem acrscimo no custo.

FATOR DE POTNCIA LIMITE

O nvel mximo de energia reativa permitido sem cobrana, est associado ao fator de potncia dereferncia de 0,92. Valores de fator de potncia menores que 0,92, capacitivo ou indutivo, indicamexcedente de reativo e esse excedente passvel de faturamento.

FATOR DE POTNCIA CAPACITIVO

Todo excesso de energia reativa prejudicial aosistema eltrico, seja o reativo indutivo, consumidopela unidade consumidora, ou o reativo capacitivo,fornecido rede pelos capacitores dessa unidade.

Disso resulta que o controle da energia reativa deveser tal, que o fator de potncia da unidadeconsumidora permanea sempre dentro da faixa quese estende do fator de potncia 0,92 indutivo at0,92 capacitivo. Nas instalaes com correo dofator de potncia atravs de capacitores, os mesmosdevem

1,00 kWh

FP = 0,92

0

425kVArh

MC AP IND

10092 92


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ser desligados, conforme se desativam as cargas indutivas, de forma a manter uma compensaoequilibrada entre reativo indutivo e capacitivo.

A concessionria aplicar ao excedente de reativo capacitivo os mesmos critrios de faturamentoaplicados ao excedente indutivo.

PERODOS DE MEDIO DE ENERGIA REATIVA INDUTIVA E

CAPACITIVA

A energia reativa capacitivaser medida de 0 h s 6 h. Amedio da energia reativaindutiva ser feita nointervalo entre 6 h e 24 h.

Se a energia reativacapacitiva no for medida,a medio da energia

reativa indutiva serefetuada durante as 24horas do dia.

CLCULO DO FATOR DE POTNCIA

O clculo do fator de potncia ser efetuado combase nos valores de energia ativa kWh e energiareativa kVArh , medidas durante o perodo defaturamento por posto tarifrio.

EXCEDENTE DE REATIVO

FORMA DE AVALIAO

A ocorrncia de excedente de reativo ser verificada pela concessionria atravs do fator de potnciamensal ou do fator de potncia horrio.

O fator de potncia mensal calculado com base nos valores mensais de energia at iva ( kWh ) e energiareativa ( kVArh ). O fat or de potncia horrio calculado com base nos valores de energia ati va ( kWh )e de energia reativa (kVArh) medidos de hora em hora.

FATURAMENTO

Fator de Potncia Horrio

A demanda de potncia e o consumo de energia reativa excedentes, calculados atravs do fator depotncia horrio, sero faturados pelas expresses:

)()(1

)(

92,0max pp

t

t

n

tp TDADF

fDAFDR

kW

kVArarctgFP cos

06 24

HORA

kVAr

INDUTIVO

CAPACITIVO

Medio de Indutivo e Capacitivo

0 6 24 HORA

kVAr

INDUTIVO

CAPACITIVO

Medio s de Indutivo


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)(

1

)( 1

92,0p

n

t t

tp TCAf

CAFER

Faturamento da demanda de potncia reativa excedente por posto tarifrio.

Demanda de potncia ativa medida de hora em hora

Demanda de potncia ativa faturada em cada posto horrio

Tarifa de demanda de potncia ativa.

Faturamento do consumo de reativo excedente por posto tarifrio

Consumo de energia ativa medido em cada hora

Tarifa de energia ativa.

Fator de potncia calculado de hora em hora.

Soma dos excedentes de reativo calculados a cada hora

Funo que indica o maior valor da expresso entre parnteses, calculada de hora emhora.

Indica cada intervalo de uma hora.

Indica o posto tarif rio: ponta e fora de ponta, para as tarifas horo-sazonais, e nico, paraa tarifa convencional.

Nmero de intervalos de uma hora, por posto horrio, no perodo de faturamento.

Fator de Potncia Mensal

A demanda de potncia e o consumo de energia reativa excedentes, calculados atravs do fator depotncia mensal, sero faturados pelas expresses:

TDADFf

DMFDRm

92,0

TCAf

CAFERm

192,0

Faturamento da demanda de reativo excedente.

Demanda ativa mxima registrada no ms (kW)

Demanda ativa faturvel no ms (kW)

Tarifa de demanda ativa (R$ / kW)

Faturamento do consumo de reativo excedente

Consumo ativo do ms (kWh)

Tarifa de consumo ativo (R$ / kWh)

FDR(p)

DA t

DF(p)

TDAp

FER(p)

CA t

TCA(p)

ft

max

t

n

FDR

DM

DF

TDA

FER

CA

TCA


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Fator de Potncia mdio mensal.

VIGNCIA DA LEGISLAO

A presente condio de faturamento do excedente de reativo so aplicadas desde os faturamentoscorrespondentes s leituras efetuadas a partir do ms de abril de 1994, inclusive.

O fator de potncia horrio aplicado aos consumidores com medio feita atravs de registradoresdigitais, desde as leituras efetuadas a partir do ms de abril de 1996, inclusive.

fm


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