Correção do Fator de Potência em Indústria Automobilística [Solda]

Nem sempre a atividade de dimensionar um banco de capacitores é a mais das triviais. Pode-se pensar em solicitar à concessionária a memória de massa do equipamento e fazer o dimensionamento clássico de um banco automático, chaveado por contatores e acionado por um controlador de fator de potência.

Porém este tipo de dimensionamento tem muitas limitações. Como fazer com os casos de múltiplos transformadores na planta industrial? Como fazer com as harmônicas de tensão e corrente? Como trabalhar com demandas elevadas de reativo que duram menos de 1s? Como ajustar um fator de potência de oscila de 0,4 à 0,8 em poucos ciclos?

Cargas de Solda - Nem sempre simples para correção do FP

Por isso, para um dimensionamento correto, é necessário lançar mão de analisadores de energia modernos, os quais tem capacidade de analisar espectro harmônico, transitórios, afundamentos de tensão, súbitas variações de carga, etc.; dados estes não fornecidos pela memória de massa do medidor da concessionária.

http://www.aemc.com/

Este caso mostra o comportamento de uma carga de solda, durante 24h, em um transformador de 1,5MVA 13,8kV / 660V. Devido ao baixo fator de potência, súbitas variações de carga, elevada demanda de reativo e elevada taxa de distorção harmônica, verificamos que soluções típicas não são suficientes para mitigar o problema de baixo FP e eliminar as multas cobradas pela concessionária.

Perfil de Corrente (Elevados picos)

Perfil da Demanda de Potência (Em verde reativo)

Verificamos que a demanda por reativos excede inclusive a potência ativa do circuito, mostrando uma grande necessidade de correção. Deve-se atentar também a alta oscilação de carga.

Fator de Potência (FP oscilante e por volta de 0,42)

O fator de potência se mostra extremamente baixo e oscilante, variando de acordo com as solicitações das máquinas de solda.

THD de Corrente (Na faixa de 50% durante produção)

O circuito apresenta baixo fator de potência, sérias distorções harmônicas de corrente e rápida oscilação de carga, sendo estas características típicas de cargas envolvendo soldas. As distorções harmônicas não se mostram equilibradas entre as fases, indicando alta presença de cargas monofásicas, dificultando também a especificação de filtros passivos sintonizados. Existe também uma alta demanda por reativos, o que gera cobrança por excedente reativo pela concessionária de energia.

A correção do fator de potência através de bancos de capacitores fixos tem sido amplamente utilizada em sistemas industriais. Nestes sistemas, as variações de demanda por compensação de reativos são, na maioria dos casos, lentas, o que implica em um pequeno número de manobras diárias dos bancos de capacitores, tipicamente realizadas através de contatores e resistores de pré-inserção. Entretanto, o sistema em questão possui demandas dinâmicas e variáveis de potência reativa, caracterizadas por elevado número de máquinas de soldagem de ponto. [*1]

Neste sistema, o alto número de manobras diárias necessárias e as variações dinâmicas de demanda de reativos impossibilitam a utilização dos sistemas convencionais baseados em contatores e resistores de pré-inserção, ficando este tipo de circuito sujeito ao pagamento de altas multas por fator de potência, mesmo com a instalação de bancos de capacitores capazes de atender à máxima demanda de reativos. [*1]

A razão para isso se deve, principalmente, aos seguintes fatores: [*1]

ü  Impossibilidade de controle do tempo de fechamento dos dispositivos eletromecânicos, aliado à impossibilidade de comando independente por fase;

ü  Necessidade de se aguardar tempos de descarga dos capacitores, superiores a 1 min, para evitar correntes de inrush ainda mais elevadas; 

ü  Possibilidade real de subutilização dos bancos de capacitores, em aplicações com cargas de dinâmica rápida, gerando um aproveitamento apenas parcial do investimento realizado.

Deve-se verificar ainda que a tensão do transformador é de 660V, não existindo capacitores comerciais a pronta entrega para este nível de tensão, sendo necessária a fabricação sob encomenda.

Para mitigar o problema do baixo fator de potência optamos pela especificação de um banco de capacitores acionado por chaves de estado sólido, com filtro e sistema de controle microprocessado, o qual evita ressonâncias, correntes de inrush elevadas e possui rápida resposta. Este equipamento é o Dynacomp da ABB.

Dynacomp ABB

Trifilar Simplificado de Acionamento do Banco de Capacitores

Distorção de Tensão com e sem o Dynacomp

Potência Reativa requerida do Transformador com e sem Dynacomp

Transiente durante ligamento dos capacitores sem e com Dynacomp

Problemas deste tipo são comumente encontrados na indústria automobilística, gerando pesadas multas por baixo fator de potência.

A possibilidade de se utilizar tiristores para a conexão de bancos de capacitores e eliminação de correntes de inrush já é bastante conhecida e descrita na literatura. Entretanto, devido ao maior custo de implantação do sistema, comparado com a solução convencional baseada em contatores, ela ainda não tem sido largamente utilizada no Brasil, o que não ocorre em países desenvolvidos, destacadamente, da Europa. [*1]

[*1] Fonte: http://www.osetoreletrico.com.br/web/component/content/article/57-artigos-e-materias/395-operacao-dinamica-de-bancos-de-capacitores-com-eliminacao-de-correntes-de-inrush.html