Causas da redução do fator de potência e métodos para melhorá-lo

Valor técnico e econômico do fator de potência

O valor do fator de potência caracteriza o grau de utilização da potência ativa da fonte de alimentação. Quanto mais alto fator de potência de receptores elétricos, melhor serão os geradores das usinas e seus motores principais (turbinas, etc.), transformadores de subestações e redes elétricas.

Valores baixos de cos phi (cos phi) com os mesmos valores de potência ativa levam a custos adicionais para a construção de estações, subestações e redes mais potentes, bem como a custos operacionais adicionais.

O verdadeiro poder dos usuários avançados de serviços públicos está mudando constantemente ao longo do tempo. Isso se deve ao fato de que o trabalho de seções individuais ou oficinas de empresas não coincide no tempo. Além disso, alguns equipamentos podem estar operando em carga parcial ou mesmo em estado ocioso.A mudança na potência ativa e reativa dos receptores elétricos leva a mudanças no cos phi.

Razões para baixo fator de potência

Os principais consumidores de energia reativa são motores elétricos assíncronos, transformadores e fornos de indução, máquinas de solda, lâmpadas de descarga de gás, etc.

Um motor de indução operando com carga próxima da nominal tem o maior valor de cos fi. À medida que a carga do motor diminui, o fator de potência diminui.

Isso se deve ao fato de que a potência ativa nos terminais do motor elétrico muda proporcionalmente à sua carga, enquanto a potência reativa, devido a uma pequena alteração na corrente de magnetização, permanece praticamente constante. Em marcha lenta, o cos phi tem o menor valor, que, dependendo do tipo de motor elétrico, potência e velocidade de rotação, fica na faixa de 0,1 a 0,3.

Os transformadores de potência, como os motores de indução, têm um fator de potência de carga reduzido de menos de 75%.

Motores de indução sobrecarregados também têm baixo cos phi devido ao aumento dos fluxos de vazamento magnético.

Motores com melhores condições de resfriamento do que motores fechados podem suportar mais carga (potência ativa) e, portanto, terão um cos phi mais alto.

Os motores de rotor de gaiola de esquilo, devido aos valores de resistência de vazamento indutivo mais baixos, têm um cos phi mais alto do que os motores de rotor bobinado.

O valor do cos phi para máquinas do mesmo tipo aumentará com o aumento da potência nominal e da velocidade do rotor, pois isso reduz a magnitude relativa da corrente de magnetização.

Um aumento na tensão no lado secundário dos transformadores de potência devido à diminuição da carga (por exemplo, durante o turno da noite e durante o intervalo para almoço) leva a um aumento da tensão em comparação com a tensão nominal dos terminais dos motores elétricos em operação . Isso, por sua vez, leva a um aumento na corrente de magnetização e na potência reativa dos motores elétricos, resultando em um fator de potência menor.

A rotação do rotor, que ocorre com o desgaste dos mancais, de modo que o rotor não toque no estator, provoca um aumento do entreferro entre o estator e o rotor, o que leva a um aumento da corrente de magnetização e a uma diminuição da cos fi.

A redução do número de fios na ranhura do estator durante o rebobinamento causa um aumento na corrente de magnetização e uma diminuição no cos phi do motor de indução.

A utilização de lâmpadas de descarga de gás (DRL e fluorescentes) com resistência indutiva (choke) no circuito na ausência de dispositivos compensadores também reduz o fator de potência das instalações elétricas (ver — Como os reatores de lâmpadas fluorescentes são organizados e funcionam).

Técnicas de melhoria do fator de potência

É necessário aumentar o fator de potência de uma instalação elétrica, antes de tudo, através do funcionamento correto e racional dos equipamentos elétricos, ou seja, de forma natural. A potência do motor elétrico deve ser selecionada estritamente de acordo com a potência necessária para o mecanismo de acionamento, e os motores elétricos já instalados, mas com carga leve, devem ser substituídos por motores elétricos de potência correspondentemente inferior.

No entanto, deve-se levar em consideração que, às vezes, essa substituição pode levar a um aumento nas perdas de energia ativa no próprio motor elétrico e na rede, se a eficiência do motor elétrico recém-instalado for menor que a instalada anteriormente um. Portanto, a viabilidade de tal substituição deve ser verificada por cálculo.

Além disso, é necessário verificar o motor elétrico de backup de acordo com as condições de aquecimento e sobrecarga permitidas e, às vezes, o tempo de aceleração. Em regra, os motores elétricos carregados com menos de 40% estão sujeitos a substituição. Quando a carga é superior a 70%, a substituição torna-se inútil.

Em todos os casos possíveis, um motor de gaiola de esquilo deve ser preferido em vez de um rotor de fase. É necessário abandonar o uso de motores elétricos fechados se, devido às condições ambientais, for permitido o uso de motores elétricos em projeto aberto ou protegido.

Os motores elétricos que acionam várias máquinas e mecanismos não operam com carga total o tempo todo. Por exemplo, ao instalar uma nova peça de usinagem em uma máquina, o motor elétrico às vezes fica ocioso com baixo cosphi. Portanto, é recomendável desligar o motor elétrico da rede durante o tempo ocioso com duração do período de interação de 10 segundos ou mais (este requisito também é obrigatório para economizar eletricidade ativa).

O período de interação é o tempo gasto para retrair a ferramenta para sua posição original, remover a peça usinada da máquina, instalar uma nova peça na máquina e trazer a ferramenta para a posição de trabalho.Em máquinas e mecanismos em que os períodos de operação se alternem com os períodos de interoperabilidade, é recomendável instalar limitadores automáticos de marcha lenta.

Também é recomendável substituir ou desligar temporariamente os transformadores carregados em média menos de 30% de sua potência nominal.

O reparo de qualidade de um motor elétrico assíncrono afeta significativamente o aumento do valor do cos phi. Um motor bem reparado deve ter uma placa de identificação. Você deve monitorar cuidadosamente o tamanho do entreferro entre o estator e o rotor, não permitir desvios da norma, colocar o número de fios ativos nas ranhuras de acordo com o cálculo. Os motores recondicionados devem ser completamente testados, incluindo a verificação da corrente sem carga.

Em alguns casos, as medidas para melhorar o fator de potência natural não permitem aumentar o cos phi para 0,92 — 0,95 de acordo com as condições do processo tecnológico. Em tais instalações elétricas, métodos artificiais são usados ​​para compensar a potência reativa - aumentando o fator de potência usando dispositivos de compensação especiais.

Tais dispositivos incluem: capacitores estáticos, compensadores síncronos e motores síncronos superexcitados. No entanto, motores elétricos síncronos e compensadores fabricados em alta potência são raros nas fábricas. Os mais utilizados para aumentar o fator de potência são capacitores estáticos.

Com uma seleção adequada da capacitância dos capacitores, é possível trazer o ângulo de fase entre a tensão e a corrente para qualquer valor necessário.A redução de corrente na rede de alimentação é conseguida devido ao componente reativo, que é compensado pela corrente capacitiva do banco de capacitores.