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Fundamentos Elétricos e Análise de Circuitos

Calculadora de fator de potência e correção

Analise a potência ativa, reativa e aparente ou calcule os kvar necessários do banco de condensadores para melhorar o fator de potência.

Equações de fator de potência e correção

A potência real, a potência reativa e a potência aparente formam um triângulo de potência em ângulo reto. O fator de potência é a relação entre a potência real e a potência aparente. A correção fornece parte da energia reativa localmente para reduzir a corrente de fonte.

Triângulo de potência
S2=P2+Q2
Fator de potência
FP = P/S = cos φ
Compensação exigida
Qc=P[tanφ1−tanφ2]
Ângulos dos fatores de potência
φ1 = cos⁻¹(PF1), φ2 = cos⁻¹(PF2)
Corrente de linha trifásica
I = P / (√3 × V × PF)

em que:

P
Potência ativa da carga[kW]
Q
Potência reativa da carga[kvar]
S
Potência aparente fornecida à carga[kVA]
PF
Fator de potência, igual à potência ativa dividida pela potência aparente
Qc
Potência reativa capacitiva necessária[kvar]
FP1
Fator de potência existente
FP2
Fator de potência pretendido
φ
Ângulo de fase correspondente ao fator de potência
I
Corrente de linha CA[A]

O resultado do triângulo de potência descreve um ponto de operação. Um banco de correção real precisa de passos práticos, controlo de comutação, avaliação harmónica, margem de tensão, descarga e projeto térmico.

Como calcular o fator de potência

Escolha o par de valores disponíveis a partir de um medidor, placa ou estudo de carga. A calculadora completa o triângulo de potência e relata fator de potência, ângulo de fase, potência real, potência reativa, potência aparente e corrente de linha.

  1. Selecione CA monofásica ou CA trifásica.
  2. Escolha a combinação de valor conhecido.
  3. Introduza duas grandezas de potência ou as leituras do contador.
  4. Reveja o fator de potência e o ângulo de fase.
  5. Utilizar o modo de correção apenas quando for necessária uma estimativa do banco de condensadores.

Potência real, reativo e aparente

A potência ativa P, em kW, realiza trabalho útil. A potência reativa Q, em kvar, sustenta os campos elétricos e magnéticos alternados. A potência aparente S, em kVA, corresponde ao produto entre os valores eficazes da tensão e da corrente vistos pelos cabos, transformadores e aparelhagem de proteção e comando. Estas grandezas satisfazem S² = P² + Q² no modelo senoidal de potência de deslocamento.

FP = P/S = cos φ

S² = P² + Q²

Exemplo de cálculo do fator de potência

Uma carga que consome 100 kW com 125 kVA tem um fator de potência de 0,80. A potência reativa correspondente é 75 kvar e o ângulo de fase é aproximadamente 36,87°. Numa alimentação trifásica equilibrada de 400 V, 125 kVA correspondem a aproximadamente 180 A de corrente de linha.

FP = 100 kW / 125 kVA = 0,80

Q = √(125² − 100²) = 75 kvar

I = 125 000 / (√3 × 400) ≈ 180 A

Corrente monofásica e trifásica da linha

Em corrente alternada monofásica, a potência aparente é o produto da tensão pela corrente. Em corrente alternada trifásica equilibrada, utilize a tensão entre fases e o fator √3. O fator de potência é necessário para calcular a corrente a partir da potência ativa, mas não quando a potência aparente em kVA já é conhecida.

Monofásica: I = P / (V × FP)

Trifásica: I = P / (√3 × VLL × FP)

trifásico de kVA: I = S × 1000 / (√3 × VLL)

Como calcular o condensador kvar

Introduza potência ativa, fator de potência existente, fator de potência alvo, tensão e fase. A calculadora converte cada fator de potência em seu ângulo de fase e subtrai o requisito de potência reativa-alvo do requisito existente.

  1. Medir ou obter kW real e fator de potência.
  2. Escolha um alvo justificado.
  3. Calcular kvar necessário.
  4. Compare o a corrente antes e depois da correção.
  5. Projete etapas práticas de comutação e proteção harmónica.

Exemplo de correção do fator de potência

Para uma carga de 100 kW cujo fator de potência melhora de 0,75 para 0,95, a compensação matemática é de aproximadamente 55 kvar. O banco final pode utilizar várias etapas comutadas para que a compensação acompanhe a variação da carga.

Qc = 100 × [tan(cos−1 0,75) - tan(cos−1 0,95)]

Qc ≈ 55 kvar

Porque é que a corrente de linha diminui

Com kW útil mantido constante, fator de potência melhorado diminui kVA. A menor potência aparente reduz a corrente da linha, perda do condutor, queda de tensão e carga do transformador, mas não reduz a potência de saída mecânica exigida pela carga.

Fator de potência de deslocamento e fator de potência verdadeiro

A relação simples FP = cos φ aplica-se diretamente a tensões e correntes sinusoidais e descreve o fator de potência de deslocamento. As cargas não lineares introduzem distorção, pelo que um medidor pode indicar um fator de potência verdadeiro inferior mesmo quando o fator de potência de deslocamento é elevado. Quando os harmónicos forem significativos, utilize a potência ativa medida em kW e a potência aparente em kVA calculada com valores eficazes verdadeiros.

Harmónicas e projeto do banco de condensadores

Os variadores de frequência, sistemas UPS, soldadores, retificadores e cargas não lineares podem criar ressonância harmónica e corrente excessiva nos condensadores. Meça as condições harmónicas e avalie reatores de dessintonização, filtros, margem de tensão dos condensadores, contatores adequados à manobra de condensadores, resistências de descarga, ventilação e parametrização do controlador automático.

Pressupostos

  • Carga CA em estado estacionário equilibrada
  • A análise do triângulo de potência representa um modelo sinusoidal de potência de deslocamento
  • A potência ativa permanece constante após a correção
  • Os passos do condensador e a ressonância harmónica não são modelados

Avisos importantes

  • Não aumente o fator de potência alvo para além da exigência da distribuidora ou do projeto; a sobrecorreção pode criar um fator de potência capacitivo e sobretensão.
  • Os locais com variadores de frequência, sistemas UPS, retificadores ou harmónicos significativos exigem medição de harmónicos e revisão do banco de condensadores com reatância de dessintonização ou filtragem.

Perguntas frequentes

Como faço para calcular o fator de potência de kW e kVA?

Dividir a potência ativa em kW pela potência aparente em kVA. Por exemplo, 100 kW dividido por 125 kVA dá um fator de potência de 0,80.

Como faço para calcular a potência reativa em kvar?

Quando kW e kVA são conhecidos, utilize Q = √(S² − P²). Uma carga de 100 kW e 125 kVA tem 75 kvar de potência reativa no modelo senoidal do triângulo de potências.

Que fator de potência devo utilizar?

Um alvo em torno de 0,95 é um valor comum de planeamento, mas o alvo correto depende de penalidades da rede de distribuição, variação de carga, harmónicos e requisitos de projeto.

Porque é que a correção do fator de potência reduz a corrente?

Para a mesma potência útil em kW, melhorar o fator de potência reduz a potência aparente e, por conseguinte, a corrente de linha, as perdas no cabo e o carregamento do transformador.

A correção do fator de potência reduz o consumo de kWh?

Normalmente não reduz a energia útil exigida pela carga. Pode reduzir as perdas de I²R a montante e as cargas de energia reativa da rede de distribuição, mas a economia depende da instalação e tarifa.

Porque é que não se deve corrigir o fator de potência exatamente para 1,00?

Variação de carga e tolerâncias de condensadores podem produzir fator de potência capacitivo ou sobretensão quando a compensação é muito alta. Utilize a rede elétrica ou o alvo do projeto e as etapas práticas trocadas.

Como os harmónicos afetam a correção do fator de potência?

As harmónicas podem diminuir o fator de potência verdadeiro e podem sobrecarregar ou entrar em ressonância com bancos de condensadores. Os locais com variadores de frequência, sistemas UPS, retificadores ou outras cargas não lineares exigem medições e uma revisão do banco de condensadores dessintonizado ou filtrado.

O kvar calculado é uma especificação final do banco de condensadores?

Não. Arredonde para um banco de condensadores por patamares apenas depois de verificar a variação de carga, a frequência de comutação, as harmónicas, a tensão, a temperatura e as tolerâncias dos condensadores.