Qualidade de Energia Elétrica e Iluminação (parte 2)

Postado Maio 29 2012 por Sufi Shah Hamid Jalali em Eficiência Energética, Iluminação em Portal Engenharia Elétrica

Fonte Original: Wolsey, Robert, Qualidade da Energia Elétrica, Volume 2, Número 2, Fevereiro 1995 (Lighting Research Center (LRC) e de Qualidade de Energia),

O que é fator de potência?

Fator de potência é uma medida de quão efetivamente um dispositivo converte a entrada corrente e tensão em energia elétrica útil. Matematicamente é definido da seguinte forma:

Fator de potência triângulo

 

 

Onde P é potência ativa e S é a potência aparente.

É muitas vezes confundido com:

Onde P₁ é od potência ativa da fundamental e S₁ é potência aparente dele.

cosφ refere-se exclusivamente com a freqüência fundamental e, portanto, difere do fator de potência quando harmônicos estão presentes na instalação. Ele descreve os efeitos combinados de THD de corrente e potência reativa de deslocamento de fase. Um dispositivo com um fator de potência da unidade (1.0) tem 0% THD e um consumo de corrente que é sincronizado com a tensão. Cargas resistivas, como lâmpadas incandescentes têm fatores de unidade de energia.

Um dispositivo é dito ter alto fator de potência (HPF) se o poder é 0.9 ou maior. Fator de potência entre 0.5 e 0.9 é chamado de fator de potência normal (NPF). Os reatores magnéticos e eletrônicos para lâmpadas fluorescentes podem ser HPF ou NPF. Balastros HPF costumam ter filtros para reduzir os harmônicos e capacitores para reduzir deslocamento de fase.

Em média estes componentes adicionais adicionar cerca de 16% aos custos de varejo de balastros (Dorret al. 1994).

NLPIP medida do fator de potência para diversos tipos de cargas de iluminação, e para equipamento de escritório comum; estes dados são apresentados na Mesa 2 abaixo.

Características de qualidade de energia da amostra para diferentes cargas elétricas

Que problemas resultam da baixa qualidade de energia?

Baixa qualidade de energia pode danificar o sistema e os dispositivos que operam no sistema de distribuição. Em casos raros, fraca qualidade de energia pode provocar uma sobrecarga perigosa do condutor neutro em um circuito trifásico. Neste tipo de circuito, três fios de alimentação compartilhar um condutor do circuito aterrado (o condutor neutro). Num sistema sem THD, o fio neutro carrega nenhuma corrente. Dispositivos de THD de corrente pode enviar harmônicos triplos ímpares (terceira ordem, nono fim, quinze ordem, etc) para a alimentação de tensão, que não se anulam. Acrescentam-se no fio neutro, e se a corrente exceder a classificação do fio, o condutor neutro pode superaquecer e representam um risco de incêndio.

Distorção de tensão também pode reduzir a vida útil de transformadores das concessionárias e fazer com que bancos de capacitores a falhar. Muitos utilitários impor sanções pecuniárias aos seus clientes, se o fator de potência, medida no ponto onde os casais de serviços de utilidade para o site do cliente, cair abaixo de um determinado valor:

A potência reativa usa capacidade no sistema de distribuição, o que limita a quantidade de energia ativa que um utilitário pode entregar. Este pode ser um problema durante os períodos de pico de demanda.

Quando THD de tensão está abaixo do limite de IEEE 5%, a maioria dos dispositivos não ter problemas. Cargas resistivas, como lâmpadas incandescentes realmente reduzir harmônicas de tensão. Cargas do motor também reduzir harmônicos, mas os motores estão sujeitos a superaquecimento como distorção de tensão aumenta. Harmônicos quinta ordem produzir efeitos particularmente negativos: eles rapidamente degradar effieciency do motor através da produção de torque em oposição ao normal por parte do ciclo.

Aparelhos elétricos, como computadores e sistemas de iluminação fluorescente não são afetados pela distorção de tensão, a este nível, porque o seu poder é filtrada através do transformador ou reator.

Reatores eletrônicos de alta freqüência operam em freqüências que variam de 20 para 60 kilo-hertz (kHz). Os harmônicos produzidos por estes reatores estão em correspondentemente altas freqüências e pode interferir com alguns equipamentos de comunicação, incluindo rádios, intercomunicadores, e telefones sem fio. Dispositivos que usam sinais de portadora de linha de energia, tais como relógios sincronizados e módulos de controle para a construção de sistemas de gerenciamento de energia podem também ter problemas se existem harmônicos em freqüências perto de sinal de portadora.

Quais os limites de THD de corrente e fator de potência são usados ​​na indústria de iluminação?

Organizações de normas não estabelecem limites do fator de potência para produtos de iluminação, exceto pela exigência de que o fator de potência deve atender ou exceder 0.90 para que os fabricantes afirmam que um produto tem alto fator de potência. Projetistas de iluminação, arquitetos, e outros especificadores de iluminação muitas vezes especificar balastros HPF para edifícios com equipamentos sensíveis, tais como hospitais.

De acordo com ANSI, limite máximo atual de THD 32% para reatores eletrônicos para tamanho real são estabelecidas as lâmpadas fluorescentes. Isso também limita a amplitude da harmónica de terceira ordem para 30% da amplitude fundamentais, e limita a amplitude de todas as harmónicas de ordem alta (maior do que onze ordem) para 7% da fundamental. CSA, IEC e IEEE definir um 20 % THD limite atual para balastros electrónicos. Quase todos os reatores eletrônicos atualmente disponíveis para T12 de 4 metros e lâmpadas T8 são alto fator de potência com THD atual menos de 20%.

Algumas lâmpadas fluorescentes compactas (Lâmpadas fluorescentes compactas) tem THD de corrente maior do que 100%, mas eles têm baixa potência ativa em comparação com outros produtos de alta THD, tais como computadores pessoais, organizações para que as normas não estabelecem requisitos de qualidade de energia para lâmpadas fluorescentes compactas.

Alguns utilitários estabelecer requisitos THD atuais para produtos em seus programas de incentivo de iluminação. Por exemplo, o Poder Co Duke. na Carolina do Norte e Nova Inglaterra Sistemas Elétricos limitar THD atual para reatores eletrônicos para lâmpadas fluorescentes em tamanho real para 20%.

Adicionalmente, New England Sistemas Elétricos limita THD atual para lâmpadas fluorescentes compactas para 25%.