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O consumo de reativos e a “geração distribuída” – Parte 3

Em continuidade ao tema tratado nas edições anteriores, este artigo segue analisando o comportamento relativo dos vetores que representam as potências ativa (P), reativa (Q) e aparente (S) nos quatro quadrantes que representam o perfil de carga consumida e a Geração Distribuída (GD) conectada. Tratam-se de situações que impactam o fator de potência horário do consumidor registrado pela distribuidora, na cobrança de excedentes de energia reativa e no modelo de sistema de compensação a ser implantado.

Figura 1 – registro de potências nos quatro quadrantes.

P1 – Potência ativa da carga;

PG – Potência ativa injetada pela GD;

P2 – Potência ativa resultante;

Q1 – Potência reativa da carga;

Qinj – Potência reativa compensada por capacitores;

Q2 – Potência reativa resultante;

S1 – Potência aparente da carga na situação original (P1/Q1);

S2 – Potência aparente com injeção da GD;

S3 – Potência aparente com injeção de GD e compensação reativa;

Φ1 – Ângulo de fase da carga;

Φ2 – Ângulo de fase da composição carga e GD.

A Figura 1 é reproduzida novamente para facilitar os entendimentos a seguir:

  • As potências aparentes do conjunto variam em função do comportamento instantâneo (ou horária no caso de tarifação pela 414) e os valores variam de S1 para S2 em função da GD. O ângulo de fase ϕ1 muda para o ângulo de fase ϕ2 reduzindo o fator de potência do sistema conforme a conhecida relação trigonométrica do cosseno do ângulo.
  • Para essa compensação, pode ser necessário injetar potência reativa (Qinj) para se compensar o consumo de potência reativa excedente objetivando a readequação do ângulo de fase.  Note que, se previamente o sistema não possuísse compensação reativa (capacitores) por não ser necessário ou caso o consumidor preferisse pagar o excedente, após a inserção da GD, o cenário muda sendo os novos valores a serem injetados superiores aos anteriores, portanto, caso já exista o sistema de compensação, deverá ser alterado e caso não existisse, certamente deverá ser instalado, conforme adiante desenvolvido.

Como exemplo, a Figura 2 apresenta uma curva de carga típica industrial com demanda máxima de aproximadamente 300 kW e fator de potência que varia de 92% a 96%. Sob o ponto de vista de não pagamento de excedente de energia reativa, não há razões para que se implemente sistema de compensação de energia reativa (banco de capacitores).
A indicação FP1 indica o Fator de Potência natural da carga.

Figura 2 – Perfil de carga sem GD-FV.

Assumindo-se a potência ativa injetada no Q II, a curva de carga pode ser representada conforme a Figura 3, com modelamento da potência injetada como negativa. A indicação FP2 indica o fator de potência modificado em função da injeção de potência ativa pela GD.

Figura 3 – Perfil de carga diário com GD-FV.

A Figura 4 apresenta o detalhamento da Figura 3 em período crítico.

Figura 4 – Detalhamento da Figura 3 em período de injeção de GD-FV.

Observa-se que o fator de potência registrado ao meio-dia ou às 15 horas chega a ser menor que 0,2 e a indicação de FP<0 aponta que a energia injetada é maior do que a consumida, uma interpretação matemática que prescinde de regulação. A situação é aleatória e depende da quantidade de potência ativa injetada pela GD ou uso de outra fonte, como exposto. A Figura 5 representa os vetores das potências ao meio-dia e a Figura 6 às 15 horas.

Figura 5 – Registro de potências ao meio-dia relacionado ao gráfico da Figura 3.
Figura 6 – Registro de potências às 15 horas, conforme gráfico da Figura 3.

O que se observa é que, tanto no QI como no QII, o fator de potência em situações de potência gerada próxima ao consumido pela carga atinge valores de fator de potência muito baixos e, caso a injeção da GD não seja efetuada com FP da ordem de 90%, deve-se prever um sistema de compensação reativa adequada.

Agradecimentos aos colegas por colaborarem com a produção deste artigo:

Javier Aprea, da  Aprea Engenharia;

Claudio Puga e Ricardo Silva, da Landis Gyr;

José Teodoro, da CPFL;

José Rubens Macedo Jr., professor na Universidade Federal de Uberlândia.

Autor:

Por José Starosta, diretor da Ação Engenharia e Instalações e membro da diretoria do Deinfra-Fiesp e da SBQEE. jstarosta@acaoenge.com.br

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