A importância do fator de potência para a distribuição de energia

A regularização do fator de potência tem se mostrado um dos grandes desafios da modernidade pelas concessionárias de energia quando se trata da transmissão de energia elétrica para seus consumidores. O fator de potência é uma medida de suma importância para ter certeza de que todo o sistema está operando com a qualidade devida e não ocorra complicações com os equipamentos da população ou com os geradores.
Para isso, existe a implementação da correção do fator de potência para que o mesmo se mantenha dentro dos parâmetros ótimos de qualidade. No entanto, para entender essa medida e como o fator de potência afeta o sistema elétrico de potência, precisamos entender o que é o fator de potência.

O que é?

Quando pensamos nos sistemas elétricos de potência e suas redes de distribuição, é comum depararmos com equipamentos que apresentam seu consumo em Watts (W) ou Volt-Ampere (VA), ambas sendo medidas de potências. A razão desses diferentes tipos de potência está relacionado com o fato de que as cargas que receberão a energia elétrica são geralmente resistivas e indutivas, ou seja, motores e enrolamentos de fios, como geladeiras, ares-condicionados e a maioria dos eletrodomésticos e maquinários industriais.

Essa característica das cargas residenciais e industriais, quando sob influência de uma tensão de forma senoidal com frequência de 60 Hz, como é o padrão nacional, são tratadas na forma de uma impedância que dissipa potência complexa (S). Tanto a impedância quanto essa potência S são expressas por números complexos na forma a+jb.

Temos então que a potência que é consumida pelas unidades populares possuem uma parte em número real e uma parte em número “imaginário”, parte imaginária essa que está relacionada na dissipação em forma de campo magnético e nas perdas de energia. Essa potência complexa é comumente apresentada com o triângulo de potências.

Onde a potência média P é medida em watts (W) e é a potência de consumo direto, a potência reativa Q medida em volta-ampére reativo (VAR) é a potência relacionada com a parte imaginária do número complexo e está diretamente relacionado com as cargas indutivas, e por último a potência aparente é o módulo dessa potência S e é medido em volt-ampére (VA).

O fator de potência nada mais é que o cosseno desse ângulo theta (θ), onde fazendo uma análise trigonométrica podemos perceber que a potência média é o a potência aparente vezes o cosseno do ângulo

P = |S|.cosθ

E portanto, é factível verificar que ao dividirmos a potência média pela potência aparente, cujo a qual consegue transmitir informação tanto da média quanto da reativa, temos como resultado o cosθ = fator de potência. Dessa forma, determinamos que o fator de potência é na realidade uma proporção de quanto da potência está sendo eficiente para o sistema como um todo.

Impactos e desafios

Sabendo o que é o fator de potência e qual o seu significado, pode-se então discutir seus impactos na rede de distribuição, sendo uma delas já mencionadas que é a determinação da qualidade de consumo dos eletrodomésticos e maquinário. Para servir de exemplo, é preciso saber que o padrão nacional do Brasil é que o sistema opere com um fator de potência de 0,92 para cima, ou seja, com 92% de eficácia.

Um dos desafios que a modernidade e o avanço tecnológico apresenta é o aumento das cargas indutivas nas residências e outros centros de consumo de energia elétrica, já que a tendência é que mais instalações adquiram novos motores e cargas indutivas como as mencionadas acima.

A forma que esse ângulo impacta o sistema e pode danificar os equipamentos e os geradores é que esse ângulo entre as potências média e reativa é determinado pela defasagem entre a corrente e a tensão nas cargas, haja visto que em indutores há um atraso de corrente em relação à tensão. Se essa defasagem se mantiver e por aumentando com o tempo, ao retornar à unidade geradora fora de sincronia com a máquina rotativa no gerador, pode causar uma dessincronização da mesma e com isso o sistema elétrico inteiro da região pode se tornar instável e danificar as propriedades dos consumidores.

Correção do fator de potência

Com isso, a medida que é aplicada para que não haja essa defasagem atenuada entre tensão e corrente é a inserção de um banco de capacitores em paralelo com a unidade de distribuição da energia elétrica, seja na subestação ou em alguns transformadores. A maneira como esse banco de capacitores funciona é devido à impedância que o capacitor representa para uma fonte senoidal, sendo ela o número complexo puramente imaginário com fase -90º, em comparação com a impedância do indutor que representa uma impedância com ângulo 90º positivo.

Dessa forma, é possível notar que a potência complexa dessas duas cargas distintas terão potências reativas com sentidos contrários, e a lógica é que ao adicionar as duas em paralelo, ou seja, a tensão nas duas será a mesma, é que a medida Q total seja diminuída e dessa forma seja feito o controle do ângulo entre as potências.

Conclusão

Foi demonstrado como o fator de potência necessita de constante melhorias para acompanhar a modernização da sociedade e sua constante evolução de equipamentos residenciais e industriais, para que então toda a rede de distribuição opere sem que haja prejuízo para o consumidor e nem para a concessionária.

À partir dessa ideia de manter o fator de potência, ou proporção de eficiência de consumo de potência das cargas dentro de um patamar de qualidade para que o funcionamento se mantenha operante é que surge a medida de corrigir o fator de potência com um banco de capacitores para que haja uma diminuição na potência reativa e com isso, perdas e dissipação da energia em campo magnético.

Referências

NILSSON, James W; RIEDEL, Susan A. Circuitos Elétricos. 10ª Edição. Pearson, 2016.

FERNANDES, Sthefania. Correção do fator de potência. Embarcados, 26 de dezembro de 2022. Disponível em <https://embarcados.com.br/correcao-do-fator-de-potencia/>.

ELÉTRICA EM LIMITES. Como é feita a correção do fator de potência de uma instalação elétrica? (passo-a-passo). Youtube, 16 de abril de 2023. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=eYloMiZRJ4E>.