Correção do fator de potência de cargas industriais com dinâmica rápida

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Em alguns ramos de atividade do segmento industrial, bem como em edificações / complexos comerciais de médio e grande portes, contingentes significativos de equipamentos elétricos apresentam, como uma de suas principais características, uma rápida dinâmica operacional, alternando repetitivamente, e em curtos intervalos de tempo, estados de operação em vazio (ou em regime stand-by) e súbitas solicitações para funcionamento sob carga elevada ou carga plena. Esses tipos carga apresentam, via de regra, um fator de potência médio operacional relativamente baixo, fundamentalmente por consumirem elevados níveis de energia reativa (se comparados com os níveis de energia ativa) nos rápidos intervalos de transição entre os estados em vazio ou em baixa carga (ou ainda em regime stand-by) e em operação plena. Vários deles, como é o caso dos sistemas de soldagem (ponteadeiras), geralmente apresentam baixo fp mesmo ao atingirem suas potências plenas. É importante salientar que, dependendo das condições operacionais de uma planta industrial ou de uma grande edificação, grupos de carga que apresentem o binômio baixo fp e dinâmica rápida (o que aqui significa a súbita e repetitiva alteração dos níveis de potência ativa e reativa demandados da rede) podem ser determinantes no fator de potência global da instalação como um todo, posto que os atuais sistemas eletrônicos de medição das concessionárias de energia são capazes de registrar os consumos de energia ativa e reativa a partir das grandezas elétricas Tensão e Corrente medidas em intervalos de tempo relativamente curtos. Portanto, o trabalho aqui apresentado foi motivado pela necessidade de se avaliar mais pormenorizadamente a aplicação de sistemas de correção do fator de potência quando da presença de tais tipos de carga. O principal objetivo consiste na abordagem da tecnologia de correção dinâmica do fp com base em acionamentos de capacitores estáticos por meio de dispositivos tiristorizados, geralmente capazes de comutar bancos capacitivos e ajustar dinamicamente as necessidades de energia reativa em tempos extremamente curtos (tipicamente em até 1,5 ciclo da tensão da rede elétrica), desempenhando importante papel na garantia de compensação das cargas industriais com ciclos de operação da ordem de centenas de milisegundos. Além disso, pretendeu-se estender as análises e avaliar, preliminarmente e em nível conceitual, uma configuração com nível de implementação técnica mais avançado, adotando-se uma solução integrada contemplando, além de módulos dotados de tiristores, um sistema adicional operando para ajuste fino na correção do fp. Essa configuração mais implementada, baseada na concepção genérica de um STATCOM (potencialmente aplicável em baixa tensão), pode ser avaliada objetivando-se a compensação contínua e precisa sem degraus fixos, sendo útil, por exemplo, na correção do fp nos períodos em que ocorrem rápidos picos oscilatórios na potência reativa requerida pelas cargas. É oportuno enfatizar desde já, como será visto ao longo desta Dissertação, que os sistemas convencionais existentes e largamente empregados, geralmente baseados em contatores e controladores automáticos do fp com estágios de controle comutados a relés, não são, via de regra, capazes de compensar plenamente as cargas com dinâmica rápida, simplesmente por não apresentarem resposta suficientemente adequada a esse propósito. Salienta-se que, para uma atuação segura e eficaz, os sistemas de correção do fp devem ser suficientemente rápidos para compensar a necessidade de reativos considerandose o limite de sensibilidade dos sistemas eletrônicos de medição das concessionárias de energia. Essa sensibilidade é refletida pelo tempo entre amostragens sucessivas de corrente e tensão, bem como pelo tempo efetivos de medição (janela de medição), a partir do qual são calculadas as grandezas eficazes (tensão e corrente rms). Essas, em última análise, serão a base para a determinação das potências (demandas) ativa e reativa, dos consumos cumulativos das energias ativa e reativa e, consequentemente, do fator de potência operacional em um dado intervalo de tempo.

ASSUNTO(S)

engenharia elétrica teses.

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