3.6
Fator Potência e Energia Reativa
Em edifícios de serviços, para além do consumo de energia ativa, verifica-se consumo de ener- gia reativa. A atenção e cuidado dados à energia reativa, tanto pela parte das entidades reguladoras, como das empresas distribuidoras, tem vindo em crescimento.
Figura 3.4: Triângulo de Potências
-S: Potência Aparente, medida em VA; -P: Potência Ativa, medida em W; -Q: Potência Reativa, medida em Var;
Sendo as suas equações as seguintes:
S= V × I (3.1)
P= Scos(φ ) (3.2)
Q= Ssin(φ ) (3.3)
Posteriormente,
S= V × I = V × Icos(φ ) + jV × Isin(φ ) = P + jQ (3.4) Por vezes, um aparelho elétrico alimentado com corrente alternada, para além de consumir energia ativa, por vezes também consome energia reativa, necessária para a criação de campos magnéticos que permitem o seu funcionamento, acabando por fornecer energia reativa à rede.
Equação da Tensão:
v(t) =√2 ×V × sin(wt) (3.5)
Equação da Corrente:
i(t) =√2 × I × sin(wt − φ ) (3.6)
Equação da Potência:
p(t) = v(t) × i(t) = 2 ×V × I × sin(wt) × sin(wt − φ ) = V × I × cos(φ ) −V × I × cos(2w − φ ) (3.7) Desdobrando a última equação, concluímos que o primeiro termo corresponde à componente constante e o segundo à componente alternada.
A energia reativa existente num sistema, obriga a que os consumidores tenham de pagar custos associados à mesma. De forma a evitar este tipo de custos, os consumidores devem encontrar soluções e melhorar a eficiência energética relativa aos seus equipamentos.
Para o cálculo dos custos da energia reativa, utiliza-se a tg(φ ), relacionando a potência reativa com a potência ativa, como podemos ver na seguinte equação.
tg(φ ) = Q ÷ P (3.8)
As regras que definem a faturação de energia reativa aos consumidores estão discriminadas no Despacho no7253/2010 do Diário da República, publicado em 26 de Abril de 2010.
Desde então que a energia reativa é faturada de acordo com os valores correspondentes a tg(φ ), nos períodos de horas fora de vazio, utilizando um fator multiplicativo como representado na ta- bela3.1.
Tabela 3.1: Escalão de Faturação da Energia Reativa
Escalão Descrição Fator Multiplicativo
Escalão 1 Correspondente a 30% ≤ tgφ < 40% 0,33 Escalão 2 Correspondente a 40% ≤ tgφ < 50% 1,00
Escalão 3 Correspondente a tgφ ≥ 50% 3,00
Os fatores multiplicativos representam três grandes objetivos: o preço aplicado a cada escalão é progressivo mediante a não compensação local de energia reativa nas redes, o custo do escalão 1 deverá ser semelhante ao custo que pode ser evitado com a compensação local, o preço do escalão 3 deverá ser demonstrativo, funcionando como incentivo a novos investimentos na instalação.
Previamente à redação do Despacho referido atrás, a energia reativa era faturada de uma forma distinta, se a tg(φ ) fosse inferior ou igual a 40%, não era cobrada, caso contrário, era cobrada.
3.6 Fator Potência e Energia Reativa 31
Em suma, a introdução das novas alterações legislativas veio trazer a necessidade de solucio- nar a questão da compensação existente nas diversas instalações.
O fator de potência corresponde ao cosseno do ângulo que define o desfasamento entre a tensão e a corrente. É também a relação entre a potência ativa e a potência aparente consumidas por um dado equipamento ou instalação.
FP= cos(φ ) (3.9)
FP= P ÷ S (3.10)
Considerando o Despacho atrás referido, conclui-se que se o fator de potência for superior a 0,96, correspondendo a um ângulo φ de 16,7o, não existe nenhum custo de energia reativa associ- ado.
Para que possam ser evitados problemas resultantes da existência de energia reativa, tais como, o baixo fator de potência (que se traduz em custos elevados na fatura energética), o aumento das quedas de tensão e perdas nas linhas de alimentação, o aumento das correntes nas linhas de transmissão e eventual sobreaquecimento dos cabos, devem ser encontradas soluções de forma a corrigir esta situação.
Para isso, há que ter em conta fatores como: -Regime de carga;
-Custo dos equipamentos;
-Objetivo final relativamente ao corte ou redução da taxa de energia reativa; -Consequências da incorporação das soluções na instalação total;
Mediante a localização dos equipamentos de compensação, podemos destacar três tipos de soluções [44]:
• Compensação Global: através da instalação de uma bateria de condensadores ao barra- mento do Quadro Geral de Baixa Tensão;
• Compensação Parcial: ligação das baterias aos barramentos dos quadros parciais, ou seja, por setor da instalação;
• Compensação Individual: as baterias são ligadas nos bornes (contatos de fios) de recetores indutivos.
Na compensação global, não são eliminadas as perdas por efeito Joule e a potência aparente passa a estar adaptada ao edifício, cortando as penalizações extraordinárias por consumo de rea- tiva, ainda que esta continue presente.
No caso da compensação parcial por setor, a diminuição de circulação de energia reativa, au- menta o fator de potência, permitindo a otimização do sistema. São também diminuídas as perdas por efeito Joule.
Relativamente à compensação individual, uma vez que se verifica atuação na origem do pro- blema, consegue maximizar as melhorias verificadas, eliminando totalmente as perdas por efeito Joule e a energia reativa circulante.
De acordo com as necessidades da operação e os seus objetivos, um certo tipo de compensação será vantajoso num certo local.
Deverá também ser definido se a compensação é variável ou fixa, sendo no primeiro caso utilizados condensadores de capacidade fixa e no segundo, condensadores de regulação automá- tica [44].
As baterias de condensadores de capacidade fixa são constituídas, geralmente, por conden- sadores modulares. Como não há possibilidade de regulação da potência dos condensadores em funcionamento, a bateria deve ser adaptada de forma a ser obtida a compensação desejada.
Ao invés do caso anterior, as baterias de regulação automática, como o próprio nome indica, permitem a regulação automática da potência reativa. Os seus condensadores dividem-se por esca- lões (de compensação) que são desligados ou ligados, atendendo ao fator de potência ou às cargas.
Possuem três componentes fundamentais:
• Condensadores (por escalões): armazenadores e fornecedores de energia reativa; • Contatores: organizam as entradas e saídas de serviço dos escalões da bateria;
• Relé Varimétrico: mede o fator de potência, verificando quais as condições e necessidades de compensação.
Para dimensionar a bateria, na medida da compensação necessária, é importante considerar a seguinte equação:
Q= P × (tg(φ existente) − tg(φ pretendido)) (3.11) Q – Potência reativa necessária para a compensação (kVar);
P – Potência ativa existente (kW);
tg(φ existente) – valor sem compensação;