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Artigos

Selecção de baterias de condensadores

ligado .

Quando a solução mais económica pode ser a mais cara

Facilmente qualquer técnico com um mínimo de conhecimentos eléctricos é capaz de determinar ou calcular a potência de compensação de energia reactiva. A prática mais habitual é através de “uma” factura de electricidade. Salientamos a utilização de “uma” já que aqui se pode iniciar uma série de erros que podem acabar, infelizmente cada vez mais, em custos muito superiores aos que seria suposto serem determinados por uma bateria de forma correcta.

O cálculo da potência reactiva a compensar através de facturas eléctricas proporciona-nos uma aproximação bastante correcta à ordem de magnitude em que nos encontramos, o nosso ponto de partida. Nestes casos, é importante assegurar que os cálculos referidos sejam realizados com o máximo número de facturas, já que pode existir um forte efeito de temporalidade que podemos ignorar (Exemplo: Escritórios ou Hotéis, consumos totalmente diferentes no Verão e no Inverno).

Como mencionámos anteriormente, deve ser o nosso ponto de partida, mas também devemos ter em conta outros factores que são reflectidos na factura de electricidade e que são de importância vital para uma compensação correcta:

  • Rapidez de flutuação do consumo.
  • Equilíbrio do sistema.
  • Níveis de distorção harmónica.

Centrar-nos-emos neste último, uma vez que cada vez é mais comum encontrar redes com distorção harmónica.

Quando realizamos uma compensação de potência reactiva indutiva, é lógica a incorporação de uma bateria de condensadores em paralelo para atenuar esse consumo, com o fim de aproximar a potência aparente consumida (kVA) a uma potência activa (kW) que realmente seja aplicada para realizar um trabalho útil. Este conceito tão simples pode ser resumido como um circuito paralelo entre uma indutância (L – Transformador e Rede) e uma capacidade (C – Bateria de condensadores).

esquema e curva de ressonância

Se pudéssemos observar a resposta à frequência desse sistema, veríamos que numa frequência fR, a impedância do sistema é muito maior que a do seu comportamento normal.

Como referimos anteriormente, nas instalações actuais existem cada vez mais cargas cujo consumo não é linear, provocando uma maior distorção em corrente harmónica na instalação e, por sua vez, também em tensão.

Tipos de cargas   

1. Rectificador
2. Soldadura por arco
3. Variador de velocidade
4. SAI
5. lâmpadas de descarga
6. Computadores

A existência de correntes cuja frequência é superior à fundamental a 50 ou 60 Hz, faz com que se possam cumprir as condições de ressonância anteriormente descritas. Isto resultaria basicamente em:

  • Amplificação da distorção em tensão para toda a instalação (pode afectar equipamentos e elementos eléctricos sensíveis)
  • Maior absorção de corrente por parte dos condensadores, com o seu consequente sobreaquecimento, redução da sua capacidade e vida útil e, nalguns casos, a destruição do condensador.

Referidos todos estes argumentos e efeitos, vamos ilustrá-los num exemplo real.

Instalação localizada em Espanha, cuja actividade se destaca no sector da metalurgia (tratamento de peças metálicas). Nesta instalação existe um transformador de 1.000 kVA, diferentes subquadros com máquinas rotativas (tornos, fitas transportadoras, elevadores, etc.) e de serviço (escritórios, armazém de expedições, vestiários, etc.).

O técnico de manutenção encarregado desta empresa, verificando que o nível de encargo por consumo de energia reactiva era importante, calculou a partir de “uma” única factura de electricidade qual era a potência da bateria a instalar sem ter em conta qualquer outro factor.

Optou por comprar uma bateria de condensadores convencional manobrada por contactores de 150 kvar.

Depois de ligar a bateria, ao cabo de duas semanas, observou que saía fumo da bateria com o resultado de dois condensadores inutilizados, além do alarme que causou no centro de trabalho próximo. Repuseram ao cabo de uma semana os condensadores, voltando-se a reproduzir o mesmo efeito passado pouco tempo, conjuntamente com disparos de algumas protecções de subquadros menores como vestiários, em maquinarias auxiliares e no armazém de expedições. Voltaram a repor os condensadores avariados, desta vez com condensadores reforçados a 460 V e voltou a suceder o mesmo passado pouco tempo. Finalmente, optaram por desligar a bateria de condensadores, supondo portanto voltar a pagar um encargo pela energia reactiva.

O técnico de manutenção da empresa solicitou à CIRCUTOR, como empresa líder em compensação de energia reactiva, que tratasse de averiguar o que se passava com essa bateria de condensadores. Procedeu-se à realização de algumas medições básicas na cabeceira da instalação. Estas medições resumem-se simplesmente a medir sem e com a bateria ligada (sempre com a instalação em carga).

Esquema de THD (U)% e THD (I)% indicando com e sem bateria ligada
Esquema de THD (U)% e THD (I)% indicando com e sem bateria ligada

Embora o sistema denotasse um nível de distorção em corrente relativamente baixo (7-8% de THDI% com XX A), por sua vez o nível em tensão não era nada depreciável (3,3% de THDV%). Por experiência própria empírica, o risco de um sistema poder entrar em ressonância é da ordem de 15% de THDI% e de 2% de THDV% (não existe nada estipulado a este respeito).

Fomos introduzindo manualmente cada um dos condensadores, e observámos como o incremento de THDV% era substancial. Este é um indicador evidente de que está a ser produzida uma ressonância paralela. Com toda a bateria ligada atingiram-se valores de 80% de THDI% a plena carga em fábrica, e de 23% de THDV%. Para se ter uma ideia, o limite que estabelece a qualidade de fornecimento em tensão (UNE EN-50160) é de 8%. 

Sem bateria ligada

Sem bateria ligada

Com bateria ligada

Com bateria ligada

Finalmente, avaliámos os gastos supostos por esta má escolha:

CONCEITO Uds. IMPORTÂNCIA
Bateria convencional 150 kvar 1 4.400 €
Reposição de condensadores 400 V 9 3.056,50 €
Reposição de condensadores 460 V 6 2.474 €
Mão-de-obra (custo estimado 20 €/h) 19 380 €
Paragens de produção e expedição (custo estimado 2.500 €/h) 2,5 6.250 €
Encargo por energia reactiva (custo médio mensal 958 €/mês) 2 1.916 €
Bateria de condensadores dessintonizada tipo FR 1 12.285 €
CUSTO FINAL TOTAL   30.761,50 €

Como podemos verificar, uma solução aparentemente mais barata converte-se num custo económico realmente mais elevado. Se se tivesse realizado um investimento técnico correcto com uma bateria dessintonizada tipo FR, a poupança final teria sido reduzida praticamente para 60%.

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