O documento descreve os principais componentes e o funcionamento básico de um gerador de corrente alternada. Um gerador converte energia mecânica em energia elétrica através da indução eletromagnética em uma espira giratória dentro de um campo magnético. Um gerador produz uma onda senoidal de tensão cujo valor depende do ângulo de corte da espira com as linhas de força magnética.

1. SISTEMAS DE
POTÊNCIA

2. GERADOR BÁSICO DE CA
Gerador básico de CA ou Alternador
consiste de uma espira de fio disposta de
tal modo que se pode ser girada em um
campo magnético uniforme interceptando
linhas de força. Este movimento causa a
indução de uma corrente na espira. Uma
rotação completa da espira é chamada
de ciclo.

3. O gerador básico de CA converte a energia
mecânica em energia elétrica através da
indução eletromagnética.
Máquina motriz ou Máquina acionadora é a
máquina que aciona o alternador e tem a sua
velocidade expressa em rotações por minuto
(RPM).
Ciclo é o movimento realizado pela espira
durante uma volta completa. O ciclo é
constituído de duas alternâncias completas
dentro de um período de tempo.

5. PARTES COMPONENTES:
1- Peças polares: produzem o campo magnético
(pólos norte e sul);
2- Induzido ou Armadura: é a espira de fio que
gira dentro do campo magnético;
3- Anéis coletores: ligados nas extremidades da
espira, coletam a FEM gerada no induzido
evitando-a para as escovas; e
4- Escovas: Fazem contato com os anéis
coletores levando a FEM gerada para o circuito
externo (carga).

6. Clicar na figura para iniciar montagem com imagens
sucessivas de um gerador alternador simples.
Clicar no slide para avançar

7. FORÇA ELETROMOTRIZ
A força eletromotriz induzida terá seu valor
de acordo com a intensidade do fluxo
magnético cortado pela espira em cada
instante do ciclo. A FEM obtida nos anéis
coletores será a soma da tensão induzida
em cada lado da espira, porém o sentido
da corrente mudará a cada semiciclo
(alternância positiva e negativa)

8. FEM Induzida:
De
a
0°
90°
90°
Decresce até zero (condutor corta um
180°
número cada vez menor de linhas de força)
180°
270°
Cresce de zero ao valor máximo negativo
(polaridade invertida)
270°
360°
Decresce até zero com polaridade invertida
Cresce de zero ao valor máximo positivo
FEM Induzida depende da velocidade da espira (condutor) no campo
magnético, do número de espiras e da intensidade do campo magnético
(número de linhas de força).

9. FORMAÇÃO DE UMA ONDA
SENOIDAL
As variações gradativas de tensão e
corrente induzidas na espira dentro do
campo magnético são proporcionais ao
ângulo formado entre a espira e o fluxo
magnético (ângulo de corte), formando
ondas que se repetem a cada 360°. o
gráfico obtido da plotagem dos valores
de amplitude em função do tempo é
denominado forma de onda.

10. ÂNGULOS DE CORTE
Variam de 0° a 360° formando valores
crescentes e decrescentes de tensão e
corrente para cada polaridade (positiva ou
negativa).
PERÍODO (T)
É o tempo gasto para formar um ciclo. A
unidade de medida é o segundo (s) e utiliza-se
seus submúltiplos milissegundo (ms = 10-3s)
e o microssegundo (μs = 10-6s).
T=1
F

11. FREQUÊNCIA (F)
É a quantidade de ciclos produzidos na
unidade de tempo. A unidade de medida é
o Hertz (Hz) e utiliza-se muito os seus
múltiplos kilohertz (Khz = 10³Hz) e o
megahertz (Mhz = 106Hz).
Observação:
A freqüência é o inverso do período.
Quanto mais alta for a freqüência menor
será o período.

12. F = PN
120
Onde:
F é a freqüência em hertz;
P é o número de pólos; e
N é a velocidade em rotações por
minuto (RPM)
Logo:
FxT=1

13. VELOCIDADE ANGULAR (ω)
Outra forma de equação trigonométrica
para uma onda senoidal de tensão envolve a
velocidade angular do vetor girante; que se
refere ao número de graus (ângulos)
percorridos pelo vetor na unidade de tempo.
Porém “ω” é dada em radianos por segundo ao
invés de graus por segundo.
90° = π/2
180° = π
270° = 3π/2
360° = 2π

14. Se a freqüência da onda senoidal é o número
de ciclos por segundo e existem 2π radianos
por ciclo, então o número de radianos
explorados por segundo é 2πf. Isso define a
velocidade angular (ω = ômega) no vetor de
rotação.
ω = 2πF (rad/s)
=> ω = 2π/T (rad/s)
F = ω/2π (Hz) => T = 2π/ω (s)

15. FATOR DE CONVERSÃO GRAUS PARA
RADIANOS:
πrad/180°
FATOR DE CONVERSÃO RADIANOS PARA
GRAUS:
180°/πrad

16. VALORES DE TENSÃO E CORRENTE EM UMA
ONDA SENOIDAL
Como uma onda senoidal de tensão ou
corrente possui vários valores instantâneos ao
longo do ciclo, é conveniente especificar os
módulos para efeito de comparação de uma
onda com a outra.
Osciloscópio é o instrumento de medida
usado para medir os valores de uma onda.
São especificados cinco valores importantes
associados às ondas senoidais de tensão e
corrente:

17. VALOR DE PICO ou VALOR MÁXIMO
(Emax ou Imax)
É o valor mais alto instantâneo alcançado
em cada semiciclo (alternância). O valor
máximo de da tensão ou corrente (amplitude)
é alcançado duas vezes em cada ciclo.
Emax = Epp x 0,5
Imax = Ipp x 0,5

18. VALOR DE PICO-A-PICO (Epp ou Ipp)
É o valor medido entre o pico da alternância
positiva e o pico da alternância negativa.
Como as alternâncias da onda senoidal pura
são simétricas, Epp (ou Ipp) corresponde ao
dobro de Emax (ou Imax).
Epp = 2 x Emax
Ipp = 2 x Imax

19. VALOR INSTANTÂNEO (e ou i)
Valor instantâneo pode ser qualquer valor
entre zero e a tensão máxima, dependendo do
instante escolhido. O valor instantâneo de
uma onda senoidal de tensão ou corrente,
para qualquer ângulo de rotação é
determinado pela fórmula:
e = Emax x sen θ
i = Imax x sen θ

20. VALOR EFICAZ ou VALOR RMS (Eef)
É o valor de uma onda CA que produz em
um resistor os mesmos efeitos de uma CC
de igual valor. O valor eficaz corresponde a
0,707 vezes o valor de pico.
Eef = Emax x 0,707
Eef = Emax/√2
Ief = Imax x 0,707 Ief = Imax/√2
VALOR RMS (Root Mean Square): RMS,
vem do inglês Root Mean Square e
significa Raiz Média Quadrática.

21. VALOR MÉDIO DE UMA
SENÓIDE PURA
O valor médio de um ciclo completo de
uma onda senoidal é zero, pois a
alternância positiva é exatamente igual à
alternância negativa.

23. Emed = A1/π – A2/π
Como A1 = A2 => Emed = 0
RESUMO:
Emax = Emed x 1,570 => Imax = Imed x
1,570
Emed = Eef x 0,901 => Imed = Ief x 0,901
Eef = Emed x 1,110 => Ief = Imed x 1,110

24. FATOR DE POTÊNCIA (Fp)
O Fator de potência é uma medida de
rendimento entre a potência fornecida pelo
gerador e aproveitada pela carga. Pode
variar de zero (valor mínimo) a um (valor
maior), este último, é o valor ideal para o
fator de potência.

25. A Resolução ANEEL 456/2000, determina
que o fator de potência deva ser mantido o
mais próximo possível da unidade (1), mas
permite um valor mínimo de 0,92. acaso o
fator de potência estiver abaixo desse
mínimo, a conta de energia elétrica sofrerá
um ajuste em reais, com base no seguinte
cálculo:
Acréscimo = Valor da fatura x [(0,92/fator
de potência medido)-1]

26. POTÊNCIAS EM CORRENTE ALTERNADA
Em CA temos três tipos de potência
devido às reatâncias do circuito: Ativa
(Real), Reativa (Reat ou Q) e Aparente (S)
POTÊNCIA REAL OU ATIVA (P)
É a potência que pode ser
transformada em outra forma de energia e
é dada em watt (W).
P = ER x IR = E x I x cos θ
P = I² x R ou P = E²
R

27. POTÊNCIA REATIVA (Q)
É causada pela reatância do
circuito,não produz luz nem calor mas
requer uma corrente no circuito. É dada em
volt-ampére-reativo (VAR)
Q = Ex x Ix = E x I x sen θ
POTÊNCIA APARENTE (S)
É a potência total aplicada ao circuito
de CA, dada em Volt-ampére (VA)
S=ExI

28. TRIÂNGULO DAS POTÊNCIAS
Aparente
Reativa
(Potência que volta
para a linha)
S=ExI
Q = Ex x Ix
Q = S x sen θ
Ativa (Disponível para o trabalho)
P = ER x IR
P = S x cos θ

29. Analisando o triângulo das potências
podemos afirmar que o Fp é a razão entre a
potência ativa e a potência aparente. Ele
indica a eficiência do uso da energia. Um alto
fator de potência indica uma eficiência alta e
inversamente, um fator de potência baixo,
indica baixa eficiência energética.
A potência ativa é a potência que
efetivamente realiza trabalho gerando calor,
luz, movimento, etc. e a potência reativa,
causada pelas reatâncias do circuito, é a
potência que é usada apenas para criar e
manter os campos eletromagnéticos das
cargas indutivas.

30. Observação:
Enquanto a potência ativa é sempre consumida
na execução de trabalho, a potência reativa além de
não produzir trabalho,circula entre a carga e a fonte
de alimentação, ocupando um espaço no sistema
elétrico que poderia ser reutilizado para fornecer
mais energia.
Um fator de potência de 0,7 significa que a
carga utiliza 70% dos volt-ampéres da fonte e 30%
são armazenados no campo eletromagnético ou
eletrostático.
O fator de potência mostra se a energia elétrica
está sendo consumida adequadamente ou não.
Quanto maior for o consumo de energia
reativa,para o mesmo consumo de energia ativa,
mais baixo será o fator de potência.

31. PERDAS NA INSTALAÇÃO
As perdas de energia elétrica ocorrem
em forma de calor e são proporcionais ao
quadrado da corrente total (I² x R). como
essa corrente cresce com o excesso de
energia reativa, estabelece-se uma relação
entre o incremento das perdas e o baixo
fator de potência, provocando o aumento
do aquecimento de condutores e
equipamentos.

32. QUEDAS DE TENSÃO
O aumento da corrente devido ao
excesso de energia reativa leva a quedas
de tensão acentuadas, podendo ocasionar
a interrupção do fornecimento de energia
elétrica e a sobrecarga em certos
elementos da rede. Esse risco é sobretudo
acentuado durante os períodos nos quais a
rede é fortemente solicitada. As quedas de
tensão podem provocar ainda a diminuição
da intensidade luminosa das lâmpadas e
aumento da corrente dos motores.

33. SUBUTILIZAÇÃO DA CAPACIDADE
INSTALADA
A energia reativa, ao sobrecarregar
uma instalação elétrica, inviabiliza sua
plena utilização,condicionando a
instalação de novas cargas e
investimentos que seriam evitados se o
fator de potência apresentasse valores
mais altos. O “espaço” ocupado pela
energia reativa poderia ser então utilizado
para o atendimento de novas cargas.

34. SUBUTILIZAÇÃO DA CAPACIDADE INSTALADA
Os investimentos em ampliação das
instalações estão relacionados principalmente
aos transformadores e condutores necessários.
O transformador a ser instalado deve atender à
potência total dos equipamentos utilizados, mas
devido a presença de potência reativa, a sua
capacidade deve ser calculada com base na
potência aparente das instalações
Da mesma forma, para transportar a mesma
potência ativa sem o aumento de perdas, a seção
dos condutores deve aumentar à medida que o
fator de potência diminui.

35. PRINCIPAIS CONSEQUÊNCIAS
Acréscimo na conta de energia elétrica por estar
operando com baixo fator de potência
Limitação da capacidade dos transformadores de
alimentação
Quedas e flutuações de tensão nos circuitos de
distribuição
Sobrecarga nos equipamentos de manobra, limitando sua
vida útil
Aumento das perdas elétricas na linha de distribuição
pelo efeito Joule
Necessidade de aumento do diâmetro dos condutores
Necessidade de aumento da capacidade dos
equipamentos de manobra e de proteção
baixo rendimento dos equipamentos de iluminação
Queda no rendimento dos motores,equipamentos de
aquecimento e refrigeração

36. CAUSAS DO BAIXO FATOR DE POTÊNCIA
Motores de indução trabalhando a vazio
Motores superdimensionados para a sua
necessidade de trabalho
Transformadores trabalhando a vazio ou com
pouca carga
Reatores de baixo fator de potência no
sistema de iluminação
Fornos de indução ou a arco
Máquinas de tratamento térmico
Máquinas de solda
Nível de tensão acima do valor provocando
um aumento do consumo de energia reativa.

37. COMO MELHORAR O FATOR DE POTÊNCIA
A correção do baixo fator de potência é uma das
soluções para reduzir as perdas de energia elétrica,
diminuindo os riscos com acidentes elétricos por
superaquecimento e também para evitar acréscimo na
fatura de energia.
Uma forma econômica e racional de se obter a energia
reativa necessária para a operação adequada dos
equipamentos é a instalação de capacitores próximos
desses equipamentos. A instalação de capacitores
porém deve ser precedida de medidas operacionais
que levem à diminuição da necessidade de energia
reativa, como o desligamento de motores e outros
cargas indutivas ociosas ou superdimensionadas.

38. VANTAGENS DA CORREÇÃO DOS FATOR
DE POTÊNCIA
As desvantagens de tensões abaixo da
nominal em qualquer sistema elétrico são
bastante conhecidas. Embora os
capacitores elevem os níveis de tensões é
raramente econômico instalá-los em
estabelecimentos industriais apenas para
esse fim. Quando o fator de potência é
corrigido e elevado para 0,92 ou mais, a
empresa passa a utilizar a energia de forma
mais correta e econômica, veja por que:

39. •Desaparece o acréscimo cobrado nas contas
de energia elétrica
•Melhora o aproveitamento da energia elétrica
para geração de trabalho útil
•Diminuem as variações de tensões
(oscilações)
•Melhora o aproveitamento dos equipamentos
com menos consumo
•Aumenta a vida útil dos equipamentos
•Os condutores tornam-se menos aquecidos
diminuindo as perdas de energia elétrica na
instalação
•Devido a liberação de carga, a capacidade dos
transformadores alcança melhor
aproveitamento

40. VANTAGENS DA CORREÇÃO DO FATOR DE
POTÊNCIA NA CONCESSIONÁRIA
O bloco de potência reativa deixa de circular
no sistema de transmissão e distribuição
Evita as perdas pelo efeito Joule
Aumenta a capacidade do sistema de
transmissões e distribuição para conduzir o
bloco de potência ativa
Aumenta a capacidade de geração com o
intuito de atender mais consumidores
Diminui os custos de gerações
Evita os riscos de apagões

41. CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA EM
BAIXA TENSÃO
A correção pode ser feita instalando os
capacitores de quatro maneiras diferentes,
tendo como objetivos a conservação de
energia e a relação custo/benefício.
Correção na Entrada da Energia de Alta
tensão: Corrige o fator de potência visto
pela concessionária permanecendo
internamente todos os inconvenientes
citados pelo baixo fator de potência e o
custo é elevado.

42. Correção na Entrada da Energia de Baixa
tensão: Permite uma correção bastante
significativa normalmente com bancos
automáticos de capacitores. Utiliza-se este
tipo de correção em instalações elétricas
com elevado número de cargas com
potências diferentes e regimes de
utilização pouco uniformes. A principal
vantagem consiste em não haver alívio
sensível dos alimentadores de cada
equipamento

43. Correção por Grupo de Cargas: O
capacitor é instalado de forma a corrigir
um setor ou um conjunto de pequenas
maquinas (<10cv). É instalado junto ao
quadro de distribuição que alimenta esses
equipamentos. Tem como desvantagem
não diminuir a corrente nos circuitos de
alimentação de cada equipamento.

44. Correção Localizada: É obtida instalando-se os
capacitores junto ao equipamento que se pretende
corrigir o fator de potência. Representa do ponto
de vista técnico, a melhor solução,apresentando as
seguintes
vantagens:
Reduz as perdas energéticas em todas as
instalações
Diminui a carga nos circuitos de alimentação dos
equipamentos
Pode-se utilizar em sistema único de acionamento
para a carga e o capacitor, economizando-se um
equipamento de manobra; e
Gera potência reativa somente onde é necessário

45. Correção Mista: No ponto de vista de conservação de
energia, considerando aspectos técnicos, práticos e
financeiros,torna-se uma melhor solução.
Instala-se um capacitor fixo diretamente no lado secundário
do transformador
Motores de aproximadamente 10cv ou mais, corrige-se
localmente (cuidado com motores de alta inércia, pois
não se deve dispensar o uso de contadores para manobra
dos capacitores sempre que a corrente nominal dos
mesmos for superior a 90% da corrente de excitação do
motor)
Motores com menos de 10cv corrigem-se por grupos
Redes próprias para a iluminação com lâmpadas de
descarga, usando-se reatores de baixo fator de potência,
corrige-se na entrada da rede.
Na entrada instala-se um banco automático de pequena
potência para a equalização final.

46. PROJETO DA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA
Quando se corrige um fator de potência de uma
instalação, consegue-se um aumento de potência
aparente disponível e também uma queda significativa da
corrente.

47. Para iniciar um projeto para a correção do fator
de potência, deveremos seguir inicialmente
duas etapas básicas:
Interpretar e analisar os parâmetros elétricos das
instalações nas Empresas em Operação,
através das medições efetuadas e nas
Empresas em Projeto, através dos parâmetros
elétricos presumidos; e
Ter em mãos e interpretar as especificações
técnicas de todos os materiais que serão
empregados na execução do projeto.

48. DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA REATIVA
Apresentamos um dimensionamento de capacitores para
a correção do Fp que não tenha interferência significativa
de harmônicas.
12-
Pot Reat. (KVAR) = Pot. Ativa total (KW) x F
Pot. Reat. (KVAR) = (% de carga x pot. Ativa x F)/n
Onde:
“F” é o fator de multiplicação necessário para a correção
do fator de potência existente para o desejado coletado; e
“n” é o rendimento do motor de acordo com a carga
aplicada ao eixo.
Utilizar a equação 1 em todos os casos com exceção de
motores, usa-se a equação 2.

49. PROTEÇÕES CONTRA CURTO CIRCUITO
Dimensionar para a utilização de fusíveis,
características gL-gG, conforme a seguinte
equação:
Inf = Inc x 1,65
Onde:
“Inf” é a corrente calculada do fusível (usar
o valor comercial do fusível imediatamente
superior); e
“Inc” é a corrente nominal do capacitor.

50. CONDUTORES
Utilizar condutores superdimensionados
em 1,43 vezes a corrente nominal do
capacitor e levar em consideração outros
critérios tais como: maneira de instalar,
temperatura ambiente e etc., segundo a
norma NBR 5060

51. DIMENSIONAMENTO DA POTÊNCIA REATIVA
PARA BANCOS AUTOMÁTICOS
Recomenda-se dividir em estágios de no máximo
25 KVAR (380/440V) ou 15 KVAR (220V) por
estágio do controlador, executando-se um dos
estágios que deve ter a metade da potência em
KVAR do maior estágio para facilitar o ajuste fino
do fator de potência, pois os controladores
modernos fazem leitura por varredura, buscando
a melhor combinação de estágios em cada
situação

52. Nota:
A recomendação de valor máximo para os estágios não é
aleatória. Está baseada em aspectos práticos de
aplicação e permite que se mantenham as correntes de
surto, provocadas pelo chaveamento de bancos (ou
módulos) em paralelo, em níveis aceitáveis para os
componentes, decorrendo daí, todo o tipo de dano que
possa ser provocado por altas correntes em um circuito
qualquer (atuação de fusível, queima de contatos dos
contatores, queima dos resistores de pré-carga, além da
expansão da caneca do capacitor, com conseqüente
perda deste)

53. PROTEÇÃO COM FUSÍVEIS
CONTATORES DE MANOBRA
Proteção contra corrente de surto. Em bancos
automáticos com estágios de potência superior a 15
KVAR em 220V e 25 KVAR em 380/440V, utilizar sempre
em série com os capacitores, proteção contra surto de
corrente que surge no momento em que se energiza os
capacitores. Tal proteção pode ser através da associação
de contatores convencionais mais os resistores de prérecarga ou através de contator convencional em série
com indutores anti-surto feitos com os próprios cabos de
força que alimentam os capacitores. No caso de se optar
pelo uso de indutores, dimensionar o contator
convencional para regime AC-6b

54. •Cálculo da indutância anti-surto
C=
QCapacitiva ( KVAR )
2 × π × f × Vff ² × 10 − 9
1
Xc =
(Ω)
2×π × f × C
[(
( µF )
)
]
Lc = 0,2 × l × 2,303 log ( 4×l ) d − 0,75 ( µH )

55. Onde:
Xc é a reatância capacitiva;
Vff é a tensão fase-fase, em volts;
l é o comprimento do condutor em metros;
d é o diâmetro do condutor em metros;
Lc é a indutância do cabo; e
Xl = 2 x π x f x Lc (Ω)

56. CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA EM
REDES HARMÔNICAS
A tarefa de corrigir o Fp em uma rede elétrica
com harmônicas é mais complexa, pois, as
harmônicas podem interagir com os capacitores
causando fenômenos de ressonância.
Harmônicas são freqüências múltiplas da
freqüência fundamental e na prática observa-se
uma única forma de onda distorcida.

57. ORIGEM DAS HARMÔNICAS
As harmônicas têm sua principal origem na
instalação de cargas não-lineares cuja
forma de onda de corrente não acompanha
a forma de onda senoidal da tensão de
alimentação. Nos transformadores de
força, são conseqüências da relação nãolinear entre o fluxo de magnetização e a
corrente de excitação correspondente

58. CLASSIFICAÇÃO DAS HARMÔNICAS
Atualmente as cargas não-lineares são
classificadas em três categorias de acordo com
a natureza da deformação.
CATEGORIA 1: Nessa categoria encontram-se os
equipamentos com características operativa de
arcos voltaicos, tais como: fornos a arco,
máquinas de solda, lâmpada de descarga e
outros. A natureza da deformação da corrente é
oriunda da não linearidade do arco voltaico.

59. CATEGORIA 2: Nessa categoria encontram-se os
equipamentos de núcleo magnético saturado,
tais como: reatores e transformadores de
núcleo saturados. A natureza da deformação da
corrente é oriunda da não linearidade do
circuito magnético.
CATEGORIA 3: Nesta categoria encontram-se os
equipamentos eletrônicos, tais como:
inversores, retificadores, UPS, televisores,
microondas, computadores e outros. A
natureza da deformação da corrente é oriunda
da não linearidade dos componentes
eletrônicos.

60. CARGAS NÃO LINEARES
São cargas que não distorcem a forma de onda de
corrente e/ou tensão, tais como:
Conversores/inversores de freqüência
Acionamento de corrente contínua
Retificadores
Fornos a arco e indução
Transformadores com núcleo saturado
No-breaks (UPS)
Controladores tiristorizados
Fontes chaveadas
Máquinas de solda elétrica
Lâmpadas fluorescentes
Microcomputadores (CPU), e etc.

61. PROBLEMAS CAUSADOS PELAS HARMÔNICAS
Os altos níveis de harmônicas numa instalação elétrica
podem causar problemas para as redes de distribuição das
concessionárias e para a própria instalação, assim como
para os equipamentos ali instalados.
O aumento da tensão causado pelas harmônicas aceleram a
fadiga dos motores, isolações de fios e cabos o que pode
causar queimas, falhas e desligamentos. As harmônicas
aumentam a corrente RMS devido a ressonância em série
acarretando elevações de temperatura de operação de
diversos equipamentos e diminuição da sua vida útil.
Essas freqüências superiores a fundamental causam vários
danos ao sistema, dentre os quais podemos destacar:

62. Aumento das perdas nos estatuais e rotores de
máquinas rotativas, causando superaquecimento
danoso;
Ocasiona nos elementos de ligação de uma rede,
perdas adicionais causadas pelo aumento da
corrente RMS, quedas de tensão harmônicas nas
várias impedâncias do circuito. Nos cabos causa
fadiga dos dielétricos, diminuindo a sua vida útil e
aumentando os gastos com manutenção e podem
afetar os transformadores;
Distorção das características de atenuação de relés
de proteção;

63. Aumento da margem de erro dos instrumentos de
medida de energia, calibrados para medir ondas
senoidais puras;
Interferências em equipamentos de comunicação,
aquecimento em reatores de lâmpadas
fluorescentes, interferência na operação de
comutadores e em equipamentos de variação de
velocidade de motores, etc.; e
Aparecimento de ressonâncias entre capacitores
para correção de fator de potência e o restante do
sistema, causando sobre-tensões e sobrecorrentes que podem causar sérios danos ao
sistema

64. FATOR DE POTÊNCIA EM HARMÔNICAS
Quando há distorção harmônica na instalação
elétrica, o triângulo das potências sofre uma
alteração, recebendo uma terceira dimensão
provocada pela potência aparente necessária para
sustentar a distorção da freqüência fundamental
(50/60Hz).
FATOR DE POTÊNCIA REAL
O fator de potência real leva em consideração a
defasagem entre a corrente e a tensão, os ângulos de
defasagem de cada harmônica e a potência reativa
para produzi-las. Seu valor é sempre menor que o
fator de potência de deslocamento sendo que a
correção deverá ser feita pelo fator de potência real.

65. Potência Ativa
(P)
Potência Aparente
(VA)
Potência Reativa
(VAr)
Distorção da potência
aparente

66. FATOR DE POTÊNCIA DE DESLOCAMENTO
Considera apenas a defasagem entre a corrente e
a tensão na freqüência fundamental. Em regime
permanente senoidal o fator de potência é
entendido como sendo um fator que representa o
quanto da potência aparente é transformada em
potência ativa (cobrado pela concessionária).
Onde:
Vn é a tensão da harmônica "n”, e
Vf é a tensão fundamental (RMS)
Vn
DF =
× 100 0 0
Vf

67. MEDIÇÕES
Os instrumentos convencionais, tipo bancada
ou tipo alicate, são projetados para medir as
formas de onda senoidal pura, ou seja, sem
distorção alguma. Porém devemos admitir
que, atualmente, são poucas as instalações
que não tem distorção significativa na
senóide 50/60Hz. Nestes casos os
instrumentos de medida devem indicar o valor
RMS verdadeiro (conhecido como “True
RMS”), identificado no próprio instrumento

68. EFEITOS DA RESSONÂNCIA
Quando se tem harmônicas presente na rede elétrica
acima dos valores preestabelecido anteriormente,
corre-se o risco que ocorra a ressonância série entre o
trafo e o capacitor ou banco de capacitores ou
ressonância paralela entre os mesmo e as cargas
(motores, etc.). nesta situação, usa-se indutores antiharmônicas em série com os capacitores, os quais
evitam a ressonância do(s) capacitor(es) com todo o
espectro de harmônicas que possa ser gerado. O
fenômeno na ressonância série ou paralela, também,
pode ocorrer em instalações livres de harmônicas e
com fator de potência unitário. Nesta condição, a
impedância capacitiva, submetendo a instalação
elétrica aos efeitos danosos da ressonância.

69. •Ressonância série: é a condição na qual as
reatâncias capacitiva e indutiva de um circuito
RLC são iguais. Quando isso ocorre, as
reatâncias se cancelam entre si e a impedância
do circuito se torna igual à resistência, a qual é
um valor muito pequeno. Ocorre entre o
transformador de força e os capacitores ou o
banco de capacitores ligados num mesmo
barramento. A ressonância série e a responsável
por sobre-correntes que danificam os capacitores
e os demais componentes do circuito.

70. •Ressonância paralela: baseia-se na troca
de energia entre um indutor e um capacitor
ligados em paralelo com uma fonte de
tensão. Na condição ressonância paralela a
corrente de linha é nula por que a soma
vetorial das correntes no circuito “tanque”
é zero. A tensão e a impedância resultante
assumem valores muitos elevados.

71. PROTEÇÕES CONTRA HARMÔNICAS
Tendo concluído haver mais de 20% de
CNL na instalação e que os índices de
harmônicas estão acima dos limites, devese instalar indutores anti-harmônicas em
série com os capacitores. Nessa condição
utilize apenas capacitores com tensão
reforçada (redimensionar a potência do
capacitor)

72. Indutor anti-harmônicas: protege os
capacitores contra harmônicas e correntes de
surto, porém as harmônicas permanecem na
rede elétrica.
Filtro anti-harmônicas: elimina uma harmônica
específica da rede elétrica evitando assim
problemas na instalação e nos equipamentos.
Caso existam problemas com mais de uma
harmônica, deve-se colocar filtro individual
para cada uma delas.

73. CUIDADOS NA APLICAÇÃO DOS CAPACITORES
Tensão elevada:
Junto a transformadores poderão ser submetidos
a acréscimos de tensão nos períodos de baixa
carga;
Harmônicas na rede; e
Ressonância paralela.
Corrente de surto:
Manter a corrente de surto 100 vezes menos que a
corrente nominal; e
Tempo de chaveamento muito pequeno poderá
elevar a tensão no capacitor, provocando danos
(redução da vida útil)

74. Harmônicas na rede elétrica:
Evitar ressonância série (aumento da corrente)
e ressonância paralela (aumento da tensão)
Temperatura:
Não deve ultrapassar o limite máximo do
capacitor;
Máximo de 50ºC;
Média 24h: 40ºC; e
Média anual: 30ºC, conforme IEC
Terminais do capacitor

75. ATENÇÃO!
Não utilizar os terminais das células para
fazer a interligação entre si pois assim a
corrente que circula nos terminais
aumenta, aquece os terminais e provoca
vazamento nas células.

76. INTERPRETAÇÃO DOS PRINCIPAIS
PARÂMETROS DOS CAPACITORES
a) Temperatura de operação
São os limites de temperatura das células,
montadas dentro dos capacitares. Não
confundir com temperatura ambiente.

77. b) Máxima Tensão Permissível (IEC 831/1)
1,0 . Vn - Duração Continua - Maior valor médio
durante qualquer período de energização do
Banco.
1.1 . Vn - (Duração de 8h a cada 24h de
operação não continua) - Flutuações do
sistema.
1.15. Vn - Duração de 30 min a cada 24h de
operação (não continuo) - Flutuações do
sistema.
1,20. Vn - Duração de 5 min (200 vezes durante
a vida do capacitor) - Tensão a carga leve.
1,30. Vn - Duração de 1 min (200 vezes durante
a vida do capacitar)

78. Obs.: Causas que podem elevar a tensão
nos terminais dos capacitares:
Aumento da tensão da rede elétrica,
Fator de potência capacitivo;
Harmônicas na rede
Descargas atmosféricas,
Mau contato nos cabos e fusíveis;
Tempo de religamento (banco automático)
muito curto;
Ligar e desligar os capacitores. sem
respeitar o tempo de religação mínimo
(linha MON e BON igual a 305 e linha UCWT igual a três min.).

79. c)
Máxima Corrente Permissível: (1,30). In)
É a corrente máxima permitida, considerando os
efeitos das harmônicas e a sobre-tensão por
curtos períodos de tempo (não confundir com
corrente nominal).
d)
Taxa de Variação da Tensão Máxima (dv/dt):
Este parâmetro informa o limite máximo da taxa
da variação de tensão no capacitor em V/ms.

80. e) Perdas Joule por KVAR:
Esse dado ê importante para dimensionar a
temperatura interna de banco de
capacitores.
f)
Corrente de pico Transitória Máxima:
(100. In)
É a máxima corrente de surto na
energização do capacitor.
NOTA: Deve-se ter um cuidado especial
com o instrumento de medição utilizado
que deve ser do tipo True RMS.

81. Utilização de capacitores com tensão nominal
reforçada, ou seja, acima do valor de operação da rede:
Capacitor com Vn de 380V/60Hz em rede de 220V/ 60Hz:
a potência nominal do mesmo fica reduzida em 220”
380,= 0,335, ou seja, em 66.5%:
Capacitor com Vn de 440V/60Hz em rede de 380V/ 60Hz:
a potência nominal do mesmo fica reduzida em
380,/440,= 0,746. ou seja, em 25,4%:
Capacitores com Vn de 480 V/60Hz em redes de
440V/60Hz: a Potência nominal do Capacitor fica
reduzida em 440,/4800= 0,84, ou seja, em 16%.
Nota: é necessário sobre-dimensionar a potência
nominal dos capacitores dividindo a mesma pelo fator
de redução.

82. CUIDADOS NA INSTALAÇÃO DE CAPACITORES
Local da Instalação:
Evitar exposição ao sol ou proximidade de
equipamentos com temperaturas elevadas;
Não bloquear a entrada e salda de ar dos gabinetes;
Os locais devem ser protegidos contra materiais
sólidos e liquides em suspensão (poeira, óleos);
Evitar instalação de capacitores próximos do teto
(calor);
Evitar instalação de capacitores em contato direto
sobre painéis e quadros elétricos (calor); Cuidado na
instalação de capacitores próximo a cargas não
lineares

83. LOCALIZAÇÃO DOS CABOS DE COMANDO
Os cabos de comando deverão estar
preferencialmente dentro de tubulações
blindadas com aterramento na extremidade do
Controlador Automático do Fator de Potência.
Cuidados na Instalação Localizada
Alguns cuidados devem ser tomados quando se
decide fazer uma correção de fator de potência
localizada:

84. a) Cargas com alta inércia:
Ex: Ventiladores, bombas de recalque,
exaustores, etc.
Aplicar tensão em capacitores ainda carregados.
Deve instalar-se contatores para a comutação do
capacitor, pois o mesmo quando é
permanentemente ligado a um motor. podem
surgir problemas quando o motor é desligado da
fonte de alimentação. O motor ainda girando irá
atuar como um gerador e fazer surgir sobretensão nos terminais do capacitor. Pode-se
dispensar o contator para o capacitor, desde que
sua corrente nominal seja menor ou igual a 90%
da corrente de excitação do motor (NBR 5060)

85. b) Inversores de Freqüência:
Inversores de freqüência que possuam reatância de rede
conectada na entrada dos mesmos emitirão baixos níveis
de Freqüências harmônicas para a rede. Se a correção do
fator de potência for necessária, aconselha-se a não
instalar capacitores no mesmo barramento de
alimentação do(s) inversa(as). Caso contrário, instalar em
série com os capacitores Indutores Anti-harmônicas.
c) Soft-starter:
Deve-se utilizar um contator protegido por fusíveis
retardados (gL-gG) para manobrar o capacitor, o qual
deve entrar em operaç3o depois que a soft-starter entrar
em regime. É sempre importante medir as harmônicas de
tensão e corrente se o capacitor for inserido no mesmo
barramento da soft-starter.

86. Periodicidade e Critérios para Inspeção
a) Mensal
Verifique visualmente em todas as Unidades Capacitivas se
houve atuação do dispositivo de segurança interno, indicado
pela expansão da caneca de alumínio no sentido longitudinal.
Caso positivo, substituir por outra com a mesma potência;
Verifique se há fusíveis queimados. Caso positivo, tentar
identificar a causa antes da troca. Usar fusíveis com corrente
nominal indicada no Catálogo;
Verificar o funcionamento adequado dos contatores;
Nos bancos com ventilação forçada, comprovar o
funcionamento do termostato e do ventilador. Medir a
temperatura interna (máxima de 450C):
Medir a tens30 e a corrente das unidades capacitivas:
Verificar o aperto das conexões (fast-on) dos capacitores.
Obs.: Sempre que um terminal tipo “fast-on” for desconectado,
deverá ser reapertado antes de ser reconectado.

87. b) Semestral
fetuar limpeza completa do armário metálico, interna e
externamente, usando álcool isopropílico;
Repetir todos os procedimentos do item anterior
(mensal);
Reapertar todos os parafusos dos contatos elétricos e
mecânicos;
Medir a temperatura dos cabos conectados ao contator.
Verificar estado de conservação das vedações contra a
entrada de insetos e outros objetos Instalaçã dos cabos
de sinal de corrente e tensão muito próximos ao
barramento (50cm), causando interferências
eletromagnéticas;
Defeito de fabricação do controlador, ou seja, controlador
de baixa qualidade.

88. Obs.: Cuidar com o repique (rápida
abertura e fechamento dos contatos de
salda) que pode ocorrer no controlador,
provocando com isso queima dos
indutores de pré-carga dos contatores e
expansão dos capacitores.

89. PRINCIPAIS CONSEQUÊNCIAS DA INSTALAÇÃO
INCORRETA DE CAPACITORES
1-
Queima do Indutor de Pré-Carga do Contator
Especial
Causa:
Repique do contator, que pode ser causado pelo repique
do controlador.
2-
Queima de Fusíveis
Causas:
Harmônicas na rede, gerando ressonância série,
provocando sobre-corrente:
Desequilíbrio de tensão;
Fusíveis ultra-rápidos (usar fusível retardado); e
Aplicar tensão em capacitores ainda carregados

90. 3-
Expansão da Unidade Capacitiva
Causas:
Repique no contator que pode ser causado pelo repique
do controla dor;
Temperatura elevada;
Tensão elevada;
Corrente de surto elevada (> 100 . In);
Descargas atmosféricas;
Chaveamento de capacitores em bancos automáticos
sem dar tempo (30 ou 180s) para a descarga dos
capacitores:
Final de vida.
4-
Corrente Especificada Abaixo da Nominal. Causas:
Tensão do capacitor abaixo da nominal;
Células expandidas.

91. 5Aquecimento nos Terminais da Unidade
Capacitiva (vazamento da resina pelos terminais)
Causa :
Mau contato nos terminais de conexão;
Erro de instalação (ex: solda mal feita nos terminais);
Interligação entre células capacitivas, conduzindo
corrente de uma célula para outra via terminal.
6-
Tensão Acima da Nominal
Causa;
Fator de potência ter ficado unitário, mesmo não
tendo harmônicas, porém provocou ressonância
paralela;
Efeito da ressonância paralela entre os capacitores e
a carga.

92. 7-
Corrente acima da nominal
Causa:
Efeito de ressonância série entre os
capacitores e o trafo, provocado pela
igualdade entre a freqüência do trafo e a
freqüência de alguma harmônica
significativa na instalação.

93. CAPACITORES EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
COM FONTE DE ALIMENTAÇÃO ALTERNATIVA
(Grupo Gerador)
Em instalações elétricas com fonte de
alimentação alternativa através de grupo gerador,
aconselha-se que todos os capacitores sejam
desligados, pois o próprio grupo gerador pode
corrigir o fator de potência da carga, evitando
assim problemas tais como perda de sincronismo
e excitação pelo fato do gerador operar fora da
sua curva de operação.

94. APLICAÇÃO DE CONTATORES PARA MANOBRA DE
CAPACITORES
Em correção localizada: pode ser instalado contator
convencional especificado para regime AC-6b (vide anexo
M). Sua manobra depende de um contato auxiliar do
contator principal da chave de partida. O contator pode
ser dispensado para carga de baixa inércia ou sempre
que a corrente nominal do capacitor for menor ou igual a
90% da corrente de excitação do motor.
Em correção para grupos de motores: pode ser instalado
contator convencional conforme citado no item acima.
Geralmente, o mesmo entra ou sai de funcionamento
através de um contato auxiliar do contator principal que
aciona o motor de maior potência do grupo.;

95. Em bancos automáticos: devem ser instalados
contatores especiais da série K para potências
reativas inferiores a 15 KVAR em 220V (CW17K
ou CWM32K) e 25 KVAR em 380/440V (CW37K
ou CWM40K). Para potências reativas
superiores.
Em correções gerais de carga através de um
único capacitor: deve ser instalado contator
convencional especificado conforme item 9.1. A
manobra deste contator geralmente depende
dos seguintes dispositivos: relé horário, fotocélula, botoeira ou comutador de comando ligadesliga e etc.

96. SUBESTAÇÕES ATÉ 13,8KV
Sempre que a demanda instala for superior
a 225 KVA e inferior 2.000 KVA (2MVA) a
edificação deverá ter uma unidade
abaixadora (subestação) de MT/BT,
conforme exigência da concessionária
local. Para cargas entre 75 KVA e 225 KVA,
poderá ser fornecida em BT diretamente da
rede externa ou em através de subestações
simplificadas com medição em BT.

97. MODALIDADES DE SUBESTAÇÕES
a) Quanto à alimentação, podem ser:
Com entrada aérea -> Quando a rede da concessionária é
composta por chaves e transformadores com
barramentos sempre aéreos;
Com entrada subterrânea -> Quando os cabos da
concessionária são colocados em dutos enterrados no
solo.
Obs.: Existem casos que a rede da concessionária é
aérea e a entrada do consumidor subterrânea, ou viceversa.

98. b) Quanto à medição de energia, podem ser:
Medição em MT (média tensão) -> É o caso mais utilizado,
principalmente no caso das subestações abrigadas;
Medição em BT (baixa tensão) -> É o caso das simplificadas,
instaladas em postes dentro dos limites da unidade
consumidora.
c) Quanto a sua localização, podem ser:
Aérea ou “ao tempo” -> O equipamento fica ao ar livre, cercado
por tela protetora, fixada em armação metálica. São muito
utilizadas para tensões primárias bem elevadas (A T);
Abrigada -> O equipamento fica localizado em um
compartimento.

99. PRESCRIÇÕES QUANTO ÀS SUBESTAÇÕES
A seguir temos algumas informações básicas para
construção e instalação de uma unidade abaixadora
de tensão MT IBT:
Devem estar localizadas, preferivelmente, junto ao
alinhamento da via pública, salvo recuo, investiduras
e afastamentos impostos pelas autoridades (lei
Orgânica Municipal);
Mediante acordo entre consumidor e concessionária,
a subestação pode ficar afastada do alinhamento,
desde que o comprimento do ramal (cabo
alimentador) não ultrapasse a 100 metros;

100. Para afastamentos que ultrapassem o comprimento
acima citado, deve ser construída no alinhamento da
via pública, ou com recuo máximo de 10 metros, uma
subestação de manobra, proteção e medição provida
de disjuntor;
O pé direito (distância entre o piso e o teto) das
subestações abrigadas deverá ser de 6 metros,
quando localizada no pavimento térreo, ou de 3
metros, quando localizada a partir do segundo
pavimento em diante;
O ramal de ligação aéreo não poderá ser maior que
40 metros e nem passar sobre edificações;

101. O ramal de ligação subterrânea utiliza dutos a
uma profundidade de 50 centímetros em relação
ao nível do solo. As caixas de passagem devem
ficar distanciadas entre si, no máximo 60 metros;
As caixas de passagem deverão ter as seguintes
dimensões:
a)
b)
Para locais onde há trânsito de veículos:
1,20 x 1,60 x 2,00 metros.
Para locais sem trânsito de veículos:
1,00 x 1 ,00 x 2,00 metros.

102. Os postes podem ter 9,10 ou 11 metros, devendo
ser levado em consideração que os condutores
do ramal devem passar 6 metros, no mínimo,
acima de qualquer terreno;
Os cabos podem ser uni polar ou tripolar,
armados ou não-armados. Se forem empregados
cabos não armados, estes devem ter, em todo
seu percurso, proteção mecânica adequada, com
manilhas de barro, tubos de PVC, canaflex etc.
Os cabos armados podem ser enterrados
diretamente no solo;

103. A ligação dos transformadores é em delta, no
lado do primário, e em estrela, no lado do
secundário;
Em edifícios, dá-se preferência a transformadores
a seco, pois não explodem. Necessitam apenas
de uma boa circulação de ar;
Nas subestações com ramal de entrada aéreo
deve-se instalar pára-raios tipo válvula com
tensão disruptiva de impulso atmosférico de 62
KV;

104. Deve-se executar uma malha de aterramento
dentro da subestação, com 6 hastes no mínimo
espaçadas entre si de uma distância maior ou
igual ao seu comprimento, e aterrar todas as
partes metálicas não energizadas, bem como o
neutro e o pára-raios;
No caso do sistema de proteção contra incêndio
e pânico necessitar de ser alimentado através de
uma subestação, devido a sua potência, deverá
ser construída uma subestação a parte, caso
contrário, pode ser requerida uma ligação em BT
só para o sistema.

105. DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DOS
TRANSFORMADORES
O correto para efetuar tal cálculo e estar de posse do
projeto de distribuição elétrica, efetuar o cálculo de
demanda, para determinar com a maior precisão possível.
Caso isso não seja possível pode-se estimar a
capacidade dos trafos pegando a ATE (Área Total
Edificada) e utilizar a relação abaixo:
S = ATE( 0,1 KVAI m²)
Onde “S” é a capacidade do trafo em KVA