Correção de fator de potência em ambiente industrial com presença de cargas dinâmicas e distorção harmônica.

O exemplo abaixo é um caso concreto e atual, feito para a empresa Thyssenkrupp, demonstrando a eficiência da instalação de filtros ativos de corrente como solução para correção do fator de potência, não introduzindo ressonância ou a permanência de distorção harmônicas de corrente e tensão, prejudiciais ao sistema de carga.

1. OBJETIVOS

Corrigir o fator de potência para acima de 0,92, afim da eliminação de multas, visando o resultado global da performance dos 04 filtros instalados.

Reduzir a corrente circulante pelos transformadores, afim de preservá-los e aumentar a confiabilidade e segurança do sistema de distribuição interno.

Reduzir as perdas térmicas nos transformadores causadas pela ressonância com os bancos de capacitores existentes e a alta distorção gerada por este fenômeno.

Recalcular futuramente uma redução de demanda por economia gerada.

2. Esquema da instalação e fundamentação da solução implantada

O sistema de distribuição  é composto pelos componentes abaixo, onde foi instalado a montante de cada transformador um filtro ativo respectivo.

TG001

Para efeito de projeto do dimensionamento dos filtros ativos foi utilizada a tabela 3.5.1  do relatório final de medição realizado pela empresa terceirizada, constante do contrato de locação e fonte de dados para dimensionamento do projeto.

TG002

Escolha  da utilização de filtros ativos

Utiliza-se o filtro ativo de banda larga para reduzir a distorção harmônica e melhorar o fator de potência na entrada da instalação ou próximo as cargas deformantes.Um filtro ativo de banda larga é similar a um banco de fator de potência ideal, capaz de atender avariação dinâmica da carga, a ressonância e a alta dissipação térmica.

Basicamente o funcionamento é como um um banco capacitivo puro sintonizado para qualquer harmônico presente.

O filtro ativo de banda larga é projetado para trabalhar na faixa de 0% a 100% de variação de carga.em cargas baixas  o conteúdo harmônico é menor em módulo, mesmo sendo maior que em valor.

Solução

Quando existem distorções e baixo fator de potência nas formas de ondas das correntes não lineares que alimentam uma planta elétrica, devem-se usar filtros ativos para eliminar os problemas causados por estas cargas (regime  dinâmico) com harmônicos, os filtros tem por finalidade principal eliminar a circulação dos harmônicos pela instalação, e evitar a ressonância dos capacitores com o sistema elétrico, evitando-se a queima prematura dos mesmos, e das cargas alimentadas pelo sistema.

3. Conclusões

Visando comparar os dados da tabela abaixo com os resultados apresentados com os filtros ativos instalados, elaboramos uma tabela comparativa para medição da performance.

TG002

 

TABELA2 -COM O FILTRO ATIVO NO SISTEMA (VALORES MÉDIOS DE REGISTROS POR PERIODO DE 24 HORAS)

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TABELA3-COM O FILTRO ATIVO NO SISTEMA (VALORES MÁXIMOS  DE POTÊNCIA  POR PERIODO DE 24 HORAS)

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TABELA 4 –TOTALIZADORES DE POTÊNCIA

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TABELA 5 –TOTAIS GERAIS DE POTÊNCIA PLANTA

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Analisando as tabelas acima podemos observar os seguintes pontos:

-A tabela 1 do relatório Da terceirizada não reflete a carga atual, principalmente a carga do Trafo BB e os consumos de pico do sistema.O consumo em potência máxima chega a ser 40% maior que o indicado.Vale ressaltar que este consumo não deve ocorrer simultaneamente, ou ocorre em uma tempo especifico ou aleatório do processo fabril.

Mesmos nas condições expostas acima o fator de potência geral da planta não sofre alterações significativas, validando o sistema, conforme visto na tabela 5.

Se levarmos em conta a potência ativa média medida pela RTA em comparação com a tabela 1, temos uma variação de 4,2%, que deve ser analisada com a seguinte fórmula:

Cargas adicionadas + consumo dos filtros –economia gerada pelos filtros

Para a mesma comparação em potência ativa máxima em relação a tabela 1 temos uma variação de 40%, com um aumento da potencia aparente de somente 12,5%, evidenciando o funcionamento do sistema dos filtros ativos mesmo nesta condição crítica.

Com base nos dados coletados entendemos que o sistema se encontra em condição adequada aos objetivos propostos, mantendo o sistema dentro das normalização do fator de potência e da normas internacionais de controle e emissão de harmônicos, respectivamente a IEEE519 e a IEC50001.

Ressalta-se que qualquer adição ou remoção de carga deve ser relatada a RTA para verificação do impacto no equilíbrio do sistema.

Para eventuais picos que possam reduzir o fator de potência recomendamos um estudo para distribuir o consumo durante o processo afim de eliminá-los, como por exemplo, alternando cargas  de alto consumo em horários diferentes, contanto que não causem perdas ao processo ou a eficiência do sistema produtivo.

Resultados refletem na conta de luz!

Para demonstrar a eficiência das soluções temos os valores de multa por reativos da instalação comentada.

Seguem as contas de Outubro de 2010 – período sem o Filtro Ativo, e Junho de 2011 – período com o Filtro Ativo, respectivamente:

Situação sem Filtro Ativo  – Outubro de 2010

Situação com Filtro Ativo – Junho 2011