Aspectos do fator de potência em regime de carga baixa

A tarifa de cobrança de excedentes de energia reativa é aplicada aos consumidores do grupo A e tem seu modelo desenvolvido a partir do valor do fator de potência registrado a cada hora do dia nos diversos períodos (ponta, fora de ponta indutivo e capacitivo) durante os dias úteis e finais de semana. Esta metodologia se encontra detalhada na resolução 414 da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), mais precisamente no capítulo VI I I, seção IV, artigos 95 em diante. Nesta mesma referência se encontra a metodologia de cálculo da cobrança do excedente de energia reativa quando e se aplicável. De uma forma geral, caso o fator de potência médio aferido a cada hora for inferior a 92% nos períodos de fora de ponta indutiva e de ponta, o consumidor irá pagar uma taxa de excedente de energia reativa calculada em função da relação do fator de potência medido (fT) e o valor de referência (fR) de 92% na formulação abaixo que foi extraída desta da referência citada.

Nos períodos chamados de capacitivos (em geral, entre as 0h e 6h), o valor de referência passa para -92% com a inversão da regra de fator de potência indutivo para capacitivo, evitando que os consumidores injetem potência reativa nas redes das distribuidoras em períodos de baixa carga, causando sobretensões por decorrência.

A  expressão (1)  indica  o  cálculo  da energia reativa excedente e  a  expressão (2) o cálculo da demanda reativa excedente (resolução 414). Como o objetivo aqui não é avaliar a formulação proposta pela Aneel, mas sim suas consequências na cobrança dos consumidores, deve-se entender que em (1) a cobrança depende da relação (fR / fT-1) e da energia consumida no intervalo medido de uma hora (EEAMT) e em (2) da relação fR /fT   com a demanda do intervalo (PAMT) que serão comparados à demanda faturável (PAF). Os valores VR (energia e demanda) são as tarifas empregadas para cálculo que não são aquelas aplicadas nos consumos de energia e demanda de seus grupos tarifários, mas uma tarifa especial. Então se  em  determinado  intervalo  de uma hora o fator de potência medido foi de 85%, a energia excedente a ser paga referente a este período será proporcional a (92%/85%-1)*E EAMT  (1),   ou seja será cobrado um valor adicional de  8,2%  da energia consumida naquele intervalo na tarifa  especifica.  A   tarifa  da demanda de energia reativa (menos comum que a anterior) seguira a formulação exposta em (2). Esta introdução serve para entender o conceito do controle do fator de potência a ser adotado e o entendimento das variáveis. Tomamos, por exemplo uma instalação industrial com um   transformador   de 1500kVA por exemplo, cujo perfil de carga se encontra na figura 1.

O que se nota é que até as 14h30, onde a indústria se manteve operando em carga normal, o fator de potência medido foi o suficiente para o não pagamento do excedente de energia reativa. Contudo, o quadro muda de figura quando a carga é sensivelmente  reduzida (a demanda de  potência ativa da  ordem de 600kW  é reduzida a aproximadamente 10% do seu valor) e a demanda reativa a aproximadamente 20%  do valor inicial em carga. Esta nova situação apresenta um fator de potência da ordem de 50%  que levará o consumidor a ser tarifado com algum excedente de  energia reativa nos intervalos que  não sejam os  capacitivos (madrugada).

A   principal  causa  desta  ocorrência tem em geral origem no transformador que consome potencias ativas e reativas baixas em relação a carga alimentada, mas quando a  carga é  substancialmente reduzida estes valores passam a ser relativamente importantes.

O  transformador citado  de  1500kVA pode possuir um consumo em vazio da ordem de 30 a 40kvar de potência reativa e de potência ativa de 5kW, dependendo de cada projeto do transformador.  Este valor pode ser constatado caso a caso no ensaio efetuado no fabricante (ensaio de rotina, sem carga).

Como  a  medição da  distribuidora é na maioria das vezes efetuada em média tensão, os 72kvar e 43kW da figura 1, consumidos pelo conjunto da carga residual e consumo próprio do transformador atingirão um fator de  potência de  51%.

Este valor do fator de potência que em princípio parece assustador, deve ser considerado juntamente com a energia ativa consumida no intervalo, ou seja, a demanda de  potência ativa não está na casa dos quase 600kW,  mas em 43kW. Como na maioria das vezes, instalações industriais e  comerciais de médio porte possuem seus sistemas de compensação reativa instalados na  baixa tensão  com as  leituras  de   carga    através    de   TC’s no secundário do transformador,  esta situação não será considerada por estes sistemas que não enxergarão os consumos próprios de potência ativa e reativa do transformador. Neste cenário, existem algumas saídas técnicas bem aplicáveis.

a) Cálculo da cobrança de excedentes: calcular qual será a cobrança dos excedentes em função dos cenários apresentados pela curva de carga. Se o valor for  representativo, buscar uma das soluções que se seguem.

b) Avaliar as cargas residuais, tipicamente de iluminação e serviços complementares. Sistemas de iluminação de vapor de sódio ou  metálico podem ser  substituídos por LEDs. Além da economia da energia ativa, a energia reativa não será consumida, pois estes últimos são capacitivos.

c) Uso de Trafos auxiliares de menor potência e desligamento do Trafo principal.

d) Instalação de banco fixo complementar compensando a potência reativa residual com o devido cuidado de não tornar o sistema capacitivo além do limite durante a madrugada. Este capacitor adicional pode ser instalado  t anto  no  primário quanto no secundário com as mesmas premissas em relação a  presença de harmônicas do sistema principal, evitando ressonâncias.

e)  Adotar a leitura de corrente e tensão no primário, incluindo o consumo próprio de energia ativa e reativa do transformador na estratégia de compensação. Cuidados com a resolução do sistema de compensação devem ser tomados.

Na próxima edição, será apresentada avaliação numérica e soluções para a curva da figura 1.