Correção do Fator de Potência em Ambientes Industriais – Thyssenkrupp

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.

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.

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.

TABELA 2 – COM O FILTRO ATIVO NO SISTEMA (VALORES MÉDIOS DE REGISTROS POR PERIODO DE 24 HORAS)

TABELA 3 – COM O FILTRO ATIVO NO SISTEMA (VALORES MÁXIMOS  DE POTÊNCIA  POR PERIODO DE 24 HORAS)

TABELA 4 – TOTALIZADORES DE POTÊNCIA

TABELA 5 – TOTAIS GERAIS DE POTÊNCIA PLANTA

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 – 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

RTA – Qualidade de Energia é o Nosso Negócio