Energia reativa e correção do fator de potência

Os motores de indução e equipamentos utilizados nas entidades gestoras, alimentados por corrente alternada solicitada à rede, necessitam de energia reativa para o seu funcionamento. Esta é necessária para criar o campo magnético necessário ao funcionamento do motor ou equipamento mas não realiza trabalho, isto é, não é transformada em energia mecânica. Os circuitos elétricos onde isto se verifica são denominados indutivos e caracterizam-se por haver um desfasamento, um atraso da onda da intensidade da corrente elétrica (I) em relação à onda da tensão (V). Caso o desfasamento seja um avanço entre a intensidade da corrente elétrica e a tensão, o circuito diz-se capacitivo. Este ângulo de desfasamento é denominado φ, medido em graus. A potência será a energia utilizada num determinado período de tempo. Assim, poder-se-á falar de potência reativa. A existência de potência reativa implica a ocupação da rede elétrica que poderia ser utilizada para fornecer mais energia ativa ao equipamento mas que, em vez disso, circula entre o motor ou equipamento e a sua alimentação (CODI, 2004). Graficamente pode traduzir-se a relação entre as potências ativa, reativa e aparente segundo o «triângulo de potências» (vide Figura 2.12):

Contributos para a Gestão de Energia em Serviços de Águas

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Figura 2.12: Triângulo de potências. Fonte: Santos (n.d).

No triângulo de potências, representação gráfica das potências existentes num circuito indutivo (Santos, n.d.) em que P representa a potência ativa, medida em kW, consumida na produção de trabalho, Q a potência reativa, medida em kVAr, e S a potência aparente, medida em kVA. A potência aparente é dada pela soma vetorial da potência ativa e da potência reativa e será a potência pedida à rede de distribuição. Ao quociente entre a potência ativa e a potência aparente dá-se o nome de ‘fator de potência’, que é dado pelo cosseno do ângulo φ, cos φ, que, por definição, varia entre 0 e 1. Quando nos referimos a energia reativa, utiliza-se também o quociente entre a potência reativa e a potência ativa, dado pela tangente do ângulo φ, tg φ. Um fator de potência indutivo significa que a instalação elétrica está a absorver a energia reativa. Um fator de potência capacitivo significa que a instalação elétrica está a fornecer energia reativa (EDP, 2011).

Segundo Albuquerque & Lopes (2009), existem diversas causas para se verificar um baixo fator de potência numa instalação. Tal pode dever-se a equipamentos ou transformadores a operar em vazio ou sobredimensionados, a um nível de tensão acima do valor nominal ou uma grande quantidade de motores ou equipamentos de baixa potência.

Um fator de potência baixo irá provocar, segundo CODI (2004), maiores perdas na rede de distribuição, que variam com o quadrado da corrente. Devido à maior intensidade de corrente, há um aumento das quedas de tensão, provocando sobrecargas e/ou interrupções e subutilização da potência instalada, pois para a mesma potência aparente, quanto maior for a potência reativa, menor será a potência ativa, logo menor será a potência mecânica do equipamento.

Da mesma forma que a instalação pode absorver energia reativa da rede, neste caso indutiva, a instalação elétrica pode também estar a criar e a fornecer energia reativa à rede, neste caso capacitiva, em que existe um atraso da tensão em relação à corrente elétrica. Esta energia pode advir de bancos de condensadores sobredimensionados (Santos, n.d.). Esta energia é sujeita a faturação em período de vazio (vazio normal e super vazio).

Quando a energia reativa, indutiva ou capacitiva, ultrapassa determinados valores, isto é, quando o fator de potência da instalação é menor que 0,95, os fornecedores de energia elétrica passam a faturar este fornecimento de energia reativa, precisamente por estar a ser ocupada rede com energia que poderia ser mais bem utilizada, isto é, com energia que produza trabalho efetivo (Santos, n.d.).

31 Atualmente, pela publicação do Despacho n.º 7253/2010, de 26 de abril e do Despacho n.º 12605/2010 de 4 de agosto, da Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (ERSE), a energia reativa indutiva em período fora de vazio (ponta e cheias) é faturada segundo 3 escalões:

i. 1º escalão: 0,3 ≤ tg φ < 0.4, o que equivale a 0,93 < Fator de potência ≤ 0,95 ii. 2º escalão: 0,4 ≤ tg φ < 0.5, o que equivale a 0,89 < Fator de potência ≤ 0,93 iii. 3º escalão: tg φ ≥ 0.5, o que equivale a Fator de potência ≤ 0,89

A cada um destes escalões é dado um fator multiplicativo para a faturação da energia reativa de 0,33, 1,00 e 3,00, respetivamente.

Segundo o Despacho n.º 7253/2010, a energia reativa é objeto de faturação a clientes em muito alta tensão (MAT), alta tensão (AT), média tensão (MT) e baixa tensão especial (BTE). O período de integração para MT e AT é diário e mensal para BTE.

Existem formas de melhorar o fator de potência, isto é, de o aproximar de 1. Segundo Albuquerque & Lopes (2009) e CODI (2004), esta correção pode ser feita de diferentes formas. A adição e/ou redistribuição de cargas, em horas de vazio, com elevado fator de potência aumenta o consumo de energia ativa, minimizando a energia reativa, desde que isto não signifique um aumento da potência contratada para a instalação. Outra forma será pelo uso de motores síncronos superexcitados em utilizações longas e para potências elevadas, de forma que seja uma medida financeiramente justificável, pois trata-se de um tipo de equipamento dispendioso. Neste tipo de motores verifica-se um avanço da intensidade da corrente elétrica e relativamente à tensão, passando a funcionar como um condensador, compensando a energia reativa. Uma outra forma de minimizar o consumo de energia reativa será, segundo Santos, n.d, encontrar uma nova fonte de energia reativa que possa fornecê-la ao motor ou equipamento, deixando esta de ser solicitada à rede. Esta correção é possível pela instalação de condensadores ou banco de condensadores junto das cargas onde se verifica o consumo de energia reativa. Os condensadores irão fornecer a energia reativa necessária ao circuito, libertando a rede para o fornecimento da energia ativa necessária (CODI, 2004). Estes condensadores devem ser desligados quando não é necessária a sua utilização na correção do fator de potência (por exemplo durante a noite) de modo a minimizar a energia reativa capacitiva que possa aceder à rede de distribuição, uma vez que esta também é faturada no período de vazio.