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Modelagem de Veículos Elétricos

À luz de um futuro que permite entrever um iminente aumento da integração de veículos elétricos (EVs) nas redes de distribuição, urge a necessidade da implementação de um modelo preciso que descreva matematicamente o comportamento destes EVs tanto como carga, i.e., um elemento que consome potência em um sistema, de modo que o impacto desses novos elementos nas redes de distribuição seja verdadeiramente aquilatado, assim evitando que haja consequências bruscas e inesperadas na rede e, também, proporcionando uma análise mais confiável de fluxo de potência, evitando riscos e otimizando o processo.

Como um EV se diferencia de uma carga convencional?

Nos veículos elétricos, aparece a dependência de diversos novos fatores alheios aos modelos convencionais de cargas, por exemplo, a capacidade da bateria, o estado de carga (SoC), características de carregamento, tempo de viagem, condições do tráfego, distância percorrida e outros. Assim, conduz-se à necessidade de incorporar tais fatores incertos no modelo de um EV.

Métodos de modelagem:

Inicialmente, faz-se necessária uma definição para o que seria um modelo matemático: uma descrição confiável de um fenômeno que nos permitiria realizar previsões futuras com alguma precisão, sendo assim, os modelos não se tratam da expressão da essência de tal tipo de carga, mas visa apenas acompanhar o seu comportamento na rede, evitando erros de análise e permitindo modificações no sistema com mais segurança.

O tipo de modelagem de EVs mais tradicional na literatura são os modelos determinísticos, onde todos os parâmetros, consideravelmente incertos, são assumidos como conhecidos, se dividindo em dois grupos principais: os modelos estáticos e os modelos dinâmicos. O modelo estático define a potência ativa e reativa do EV em função de sua tensão por meio de equações algébricas em dado instante no tempo, enquanto o modelo dinâmico estabelece tal relação por meio de equações diferenciais. Modelos de carga tradicionais como o exponencial e o ZIP surgem para representar um EV tornando os seus parâmetros dependentes do estado de carga (SoC) do veículo elétrico, incorporando uma importante característica particular dos EVs.

Outra importante alternativa que muito acrescenta na modelagem de EVs são os modelos estatísticos, que a partir de distribuições probabilísticas e processos estocásticos buscam compreender a variação da demanda de potência a partir dos diversos novos fatores incertos dos quais os veículos elétricos são dependentes e quantificando o seu grau de incerteza.

Tendo em vista a necessidade do desenvolvimento de modelos cada vez mais precisos para a descrição desse novo tipo de carga que vem sendo incorporada nas redes, a avaliação dos modelos desenvolvidos por meio de simulações e pelo confronto com o mundo real se mostra como essencial e um novo importante foco de pesquisa para os próximos anos.

Referências

[1] Huaman-Rivera, A.; Calloquispe-Huallpa, R.; Luna Hernandez, A.C.; Irizarry-Rivera, A. An Overview of Electric Vehicle Load Modeling Strategies for Grid Integration Studies. Electronics 2024, 13, 2259. https://doi.org/10.3390/electronics13122259

[2] Shukla, A., Verma, K. and Kumar, R. (2018), Voltage-dependent modelling of fast charging electric vehicle load considering battery characteristics. IET Electr. Syst. Transp., 8: 221-230. https://doi.org/10.1049/iet-est.2017.0096

[3] IGOR FERREIRA VISCONTI. (2010). MODELOS DE CARGAS BASEADOS EM MEDIÇÕES PARA SIMULAÇÕES DINÂMICAS EM SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA. doi:10.17771/pucrio.acad.16417


Modelo ZIP de carga

Uma carga, a depender do contexto, pode ser interpretada de diferentes formas, entendê-la é fundamental para a análise do fluxo de potência, para tornar o trabalho mais simples os modelos de carga são os principais artifícios utilizados para as simulações. Um modelo é uma representação de algo real, nesse caso o fenômeno do comportamento das cargas em relação às suas variáveis, que tem como objetivo descomplicar e tornar mais maleável.

Nesse contexto, entre os modelos existentes, o modelo ZIP é popularmente empregado em estudos de fluxo de potência e de estabilidade de tensão. Este modelo é representado pela combinação de três parcelas definidas como potência constante, corrente constante e impedância constante.

Potência constante

Na parcela de potência constante, as potências ativa e reativa consumidas são consideradas constantes e independentes da tensão de alimentação. Os motores de indução é um exemplo de carga com essa característica.

Onde P0 e Q0 são as potências ativa e reativa nominais.

Impedância constante

Nesta parcela, a carga se comporta como uma impedância de resistores, capacitores e indutores constantes. Capacitores, equipamentos de aquecimentos resistivos e iluminação incandescente são alguns exemplos de cargas desse tipo.

Onde Z0 é a impedância nominal da carga.

Corrente constante

Neste caso, a corrente de operação é igual ao módulo da corrente nominal, I0, e o fator de potência é igual o nominal. Alguns exemplos desse tipo de carga são os fornos a arco, lâmpadas fluorescentes compactas e lâmpadas de vapor de mercúrio. a potência varia linearmente com a amplitude da tensão.

Composição do modelo ZIP

Abaixo estão relacionadas as expressões que definem o modelo ZIP. Tanto a potência ativa, quanto a reativa possuem três parcelas, a de impedância constante, que varia com o quadrado da tensão, a corrente constante, que varia linearmente com a tensão e a potência constante, parcela independente.

As constantes α, β e γ gama possuem valores que variam de 0 à 1, que representam a porcentagem da participação de cada parcela no modelo ZIP. Por conseguinte, a soma de α, β e γ tem que ser igual à 1, valor que representa cem porcento.

Referências

PUC-RIO. Modelos de Carga. Certificação Digital nº 0812713/CA. Rio de Janeiro: PUC-RIO.

SILVA, Arthur O.; NEGRETE, Lina P. G.; BRIGATTO, Gelson A. A. Relevância do Modelo de Carga ZIP em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica. Anais do XXXV Congresso Brasileiro de Automática, São Paulo: Sociedade Brasileira de Automática (SBA), 2022.


BARBOSA, Daniel. Sistemas Elétricos de Potência 2025.2. 2025. Notas de aula.

OpenDSS e o estudo de sistemas elétricos de potência

O OpenDSS é uma ferramenta virtual muito versátil e de grande utilidade para o estudo de sistemas elétricos de potência, pois nele é possível analisar e simular diferentes situações que acomete uma rede, assim como obter as suas diferentes respostas. Nesse texto serão apresentados maneiras que ele pode ser utilizado para fins de pesquisa de uma determinada rede ou apenas para a análise pontual de um determinado evento.

O OpenDSS foi originalmente criado em 1997 por Roger Dugan e Thomas McDemontt como Distribution System Simulator para solucionar os desafios da área de distribuição de energia na época, sendo uma das pioneiras nesse quesito. Em 2004 a empresa Electric Power Research Institute (EPRI) comprou os direitos do programa e o distribuiu em código aberto com intuito de que mais pessoas pudessem colaborar com o seu desenvolvimento, tendo seu nome alterado para o que ele é atualmente: OpenDSS

Sua implementação era inicialmente feita pelas linguagens Delphi e C++, no entanto, com o envolvimento da comunidade e seu código open-source permitiram que o OpenDSS fosse acessível e programável a partir de outros softwares através da Interface Component Object Model (COM). Com essa interface você pode escrever seu código no RStudio ou Matlab e conseguir projetar o circuito e suas respostas no OpenDSS, aumentando a versatilidade do programa.

Além desses exemplos, uma maneira que se tornou muito popular foi o controle utilizando a linguagem Python, sendo feita possível com pacotes a serem instalados tanto no OpenDSS quanto no seu ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) em Python, que são a interface py-dss-interface e e a extensão OpenDSSDirect.py.


Circuito exemplo IEEE 13 barras.

Acima está apresentada uma rede de exemplo que vem junto do programa, o IEEE 13 Barras, onde nele é possível determinar alguns elementos. A linha verde simboliza o gerador, as linhas cinzas são transformadores e os círculos vermelhos são pontos de conexão da rede com outras linhas. Os círculos azuis são as cargas que serão entregue a potência dessa rede.

Das funcionalidades, vai do básico, como verificar níveis de tensão e corrente em certos pontos, até o mais avançado, como estudo de curtos circuitos e de fluxo de potência. Dos curtos, utilizando o comando fault study, peca somente nos curtos bifásicos-terra, porém ele analisa as faltas simétricas (trifásicas), monofásicas e os curtos fase-fase (bifásico). Do fluxo de potência, é possível analisar como a rede se comportaria com a instalação de novos elementos, como geradores eólicos e fotovoltaicos, sendo possível estudar e testar a viabilidade da alocação dessas diferentes fontes em uma rede específica. 

No quesito de modelagem, o usuário pode criar novas redes ou criar uma rede de distribuição real de uma cidade, bairro ou região que desejar, apenas programando na linguagem desejada e implementando com o programa. 

Em conclusão, o OpenDSS é uma ferramenta muito versátil que permite estudar os diferentes aspectos que uma rede elétrica de distribuição de energia pode apresentar, sendo muito importante desde sua criação para os pesquisadores dessa área. Existem muitas mais funcionalidades que o programa possui que não seria possível citar todas aqui, ficando a critério do leitor para instalar e experimentar, desenvolvendo também a comunidade de estudiosos dos sistemas de distribuição elétrica.

REFERÊNCIAS 

  • RADATZ, Paulo Ricardo. Modelos avançados de análise de redes
  • elétricas inteligentes utilizando o software OpenDSS. Universidade de São Paulo–USP, Escola Politécnica.

IV Seminário G-SEPi

Comutador de Derivação em Transformadores

O que é o comutador de derivação

Em sistemas elétricos de potência, é comum que haja variações de tensões nas linhas de transmissão, devido a grande quantidade de cargas que são ligadas e desligadas constantemente. Porém, manter a tensão dentro de faixas operacionais é fundamental para garantir a qualidade e eficiência do fornecimento. Daí se dá a importância do comutador de derivação (tap-changer), que é um dispositivo utilizado em transformadores para ajustar a relação de transformação e regular a tensão de saída, permitindo que a tensão permaneça em valores desejáveis, garantindo a estabilidade da rede, compensando variações de carga e flutuações na geração.

Princípios de operação

O tap-changer ajusta a relação de transformação ao alterar os pontos de conexão do enrolamento do transformador. A ideia é simples: se modificamos a quantidade de espiras ativas em um dos enrolamentos, mudamos a tensão resultante. Essa alteração ocorre em pequenos incrementos (geralmente de 1,25% a 2,5% por passo), permitindo uma regulação fina da tensão.

Imagem 1: Diagrama esquemático de um tap-changer

Tipos de comutadores

Existem dois tipos principais de comutadores:

Comutador de derivação em carga (OLTC): Permitem alterar a derivação com o transformador energizado e operando. Isso é possível graças a mecanismos auxiliares que evitam curtos-circuitos momentâneos durante a transição. Nos mais modernos, a comutação é automática e operada por motores que respondem a relés configurados para manter a tensão no nível determinado, reagindo em tempo real a variações de carga. Eles são comuns em transformadores de subtransmissão e distribuição primária.

Comutadores de derivação desenergizados (DETC): Mais simples e baratos, exigem o desligamento do transformador para alteração do tap. São utilizados onde as variações de tensão são menores ou onde a operação contínua não é essencial.

Resumo:

TipoVantagens Desvantagens
OLTCAjuste em tempo realComplexidade e custo elevado
DETCSimplicidade e baixo custoNecessita desligamento

Conclusão


Permitindo a regulação da tensão de saída, o comutador de derivação é peça chave na estabilidade das redes atuais. A escolha entre OLTC e DETC depende de critérios econômicos e operacionais, mas seu papel tende a crescer com a evolução da rede elétrica brasileira, especialmente diante do avanço da automação e da geração distribuída.

Referências

STEVENSON, William D. Elementos de Análise de Sistemas de Potência. 2.ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. pag. 76-80.

https://www.megger.com/en-ca/applications/transformers/tap-changers

https://utbtransformers.com/understanding-transformer-tap-changers-types-functions-and-applications/

Identificação de Potência por Métodos Não Invasivos

Para que servem os Métodos Não Invasivos?

Por conta do crescimento do consumo de energia elétrica, o tema da eficiência energética tem sido procurado por uma boa parte do público brasileiro num geral. Dessa forma, os Métodos Não Invasivos de medição de energia se tornaram fundamentais nesse quesito, como é o exemplo das Smart Grids (redes inteligentes), uma vez que a utilização desses mecanismos colabora para identificar e diminuir boa parte do consumo de energia elétrica, criando uma rede inteligente de geração, distribuição e consumo.

Imagem 1: Smart Grid

Fonte: IEEE Innovation At Work (2025)

Existem exemplos desses métodos?

Podemos citar e explicar um exemplo de dispositivo que contribui para a implementação de uma Smart Grid (rede inteligente) nas residências: o SCT-013. Esse dispositivo é um medidor não invasivo de corrente alternada do tipo “clamp”: você abre o sensor e o coloca em torno de um único condutor (fase, neutro, terra), fazendo com que ele traga medidas do campo magnético gerado pela corrente elétrica no fio condutor. Além disso, ele possui modelos diferentes de montagem, como é o exemplo do SCT-013-030, que, através de um circuito interno, realiza a leitura do campo magnético e converte a saída em tensão, facilitando a análise da potência consumida por meio de microcontroladores, como o Arduino.

Imagem 2: SCT-013-030

Fonte: YHDC CT Sensors

Conclusão

Portanto, vimos que a utilização de Métodos Não Invasivos para medição de potência elétrica e a instalação de Smart Grids são completamente viáveis e importantes quando se trata do ponto de controle do consumo de energia em residências, pontos comerciais e diversos tipos de estabelecimentos.

Referências

https://docs.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/ct-sensors/introduction.html

https://diyprojectslabs.com/measure-ac-current-using-arduino-and-sct-013/

https://proceedings.science/cbqee-2021/trabalhos/metodo-para-o-monitoramento-nao-invasivo-de-cargas-eletricas-residenciais/

O Planejamento da Energia Elétrica

Um dos pilares de uma boa administração de recursos e de um crescimento exitoso, é o planejamento. A capacidade de geração de energia elétrica que um país possui está associada à soberania nacional, ao seu desenvolvimento social, e à sua economia, de forma que para qualquer movimento de crescimento, esta nação necessita de um bom planejamento energético.

Fonte: ONS (2025)


O Brasil possui uma matriz energética diversificada e majoritariamente renovável, com forte presença de fontes hidráulicas, eólicas e solares. O planejamento energético diz respeito a como o país se relacionará com as demandas e tecnologias futuras, de modo a fazer projeções de consumo, fomentar o desenvolvimento de tecnologias de acompanhamento do comportamentos da geração etc, visando viabilizar o desenvolvimento tecnológico, econômico e social. Na esfera nacional, esse processo é coordenado por instituições como o Ministério de Minas e Energia (MME) e a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), que elabora o Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE), com os dados provenientes do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).

O processo envolve diversas etapas, que começam pela análise do crescimento do consumo de energia em setores como indústria, transporte, comércio e residências. A partir disso, avalia-se a infraestrutura existente — como usinas, linhas de transmissão e redes de distribuição — de modo a identificar se ela será suficiente, se precisará de reforços ou se demandará a expansão da capacidade de geração. Além da análise técnica, o planejamento energético incorpora também aspectos econômicos, sociais e ambientais, o que inclui a estimativa de custos, os impactos sobre comunidades e ecossistemas e a adequação às metas climáticas nacionais e internacionais.

Além disso, a eficiência energética e o desenvolvimento de novas tecnologias, como baterias, veículos elétricos e hidrogênio verde, fazem parte do planejamento. A EPE publica relatórios como o Plano Decenal de Expansão de Energia (PDE) e o Plano Nacional de Energia (PNE), além do Balanço Energético Nacional (BEN), que reúne os dados de produção, importação, exportação e consumo de energia no país.

Fonte: EPE (2025)

Planejar a energia de um país não é apenas uma questão técnica; é uma decisão estratégica que envolve soberania nacional, inclusão social e proteção ambiental. Um bom planejamento energético é aquele que antecipa riscos, otimiza recursos e prepara o país para um futuro mais limpo, seguro e sustentável. Nesse sentido, ele deve ser tratado como política de Estado, com participação ativa de órgãos reguladores, setor privado, universidades e sociedade civil, garantindo que as decisões tomadas hoje fortaleçam o bem-estar das gerações futuras.

Referências:

EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Planejamento energético e a EPE. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/planejamento-energetico-e-a-epe#:~:text=Podemos%20entender%20ainda%20como%20%E2%80%9Cprever,em%20O%20que%20%C3%A9%20energia. Acesso em: 14 abr. 2025.

OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO (ONS). O sistema em números. Disponível em: https://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-sistema-em-numeros. Acesso em: 14 abr. 2025.

MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA (MME); EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Plano Nacional de Energia 2030 – PNE 2030. Brasília: MME/EPE, 2007. Disponível em: https://sbpe.org.br/index.php/rbe/article/download/302/283/. Acesso em: 14 abr. 2025.

Estações Solarimétricas

O que são as estações?

Uma estação solarimétrica é constituída por uma serie de equipamentos capacitados a reunir dados relacionados à radiação solar e outros parâmetros meteorológicos e clima. Ao reunir esses dados, a estação é capaz de fornecer informações relevantes para a construção de sistemas fotovoltaicos.

Imagem 1: Usina Fotovoltaica

Fonte: Solled energia/Divulgação

Como funciona e como é constituída?

As estações devem seguir um padrão estabelecido pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) do Governo Federal. Todos os dados coletados são colocados em simulação para determinar locais adequados de instalação de uma futura usina fotovoltaica.

Imagem 2: Estação Solarimétrica

Fonte: Canal Solar/Divulgação

Anemômetro: É um sensor que mede a velocidade do vento.

Piranômetro: Mede a irradiância solar.

Termômetro: Sensor que mede a temperatura do ar.

Painel Solar de Alimentação: Fornece a energia para a operação do sistema.

Esses componentes atuam em conjunto, possuindo o painel solar como fonte de energia. O termômetro desempenha papel fundamental, pois, temperaturas muito altas prejudicam a eficiência energética de uma possível usina, assim como o anemômetro, que ao identificar ventos em excesso mostra que é uma possível área que causa resfriamento nas placas. O piranômetro ao medir a irradiância solar, mostra se o local tem uma boa incidência e capacidade de gerar energia.

Conclusão:

A estação solarimétrica desempenha papel fundamental na construção e planejamento de usinas fotovoltaicas, em decorrência da sua capacidade de avaliação do clima, da irradiância e dados meteorológicos, além de ser um sistema que utiliza energia solar para seu funcionamento, portanto autossustentável.

Referências:

https://sigmasensors.com.br/estacao-solarimetrica

https://canalsolar.com.br/o-que-e-uma-estacao-solarimetrica-padrao-epe

https://www.fotovoltec.com.br/images/materia_arquivos/Fotovoltec.EstacaoSolarimetrica.pdf

Banco de capacitores para correção do fator de potência

Banco de capacitores

Os bancos de capacitores são dispositivos que armazenam e liberam energia elétrica de forma controlada. Eles são projetados para compensar a potência reativa indutiva, comum em cargas como motores elétricos, transformadores e luminárias que estão presentes nas instalações elétricas. Ao introduzir capacitores no sistema, é possível diminuir a potência reativa, melhorando o fator de potência e consequentemente a eficiência energética. Caso ainda não saiba o que é o fator de potência ou como é realizada a sua correção, você pode ler nosso texto sobre isso no seguinte link: importância do fator de potência na distribuição de energia

Os bancos de capacitores podem ser classificados em:

  • Fixos: Funcionam continuamente e são indicados para cargas com consumo constante de potência reativa, onde não há muita variação. Associado a ele deve haver um sistema de proteção para evitar fator de potência capacitivo.
  • Automáticos: Operam de forma ajustável, ativando ou desativando os capacitores conforme a demanda de potência reativa. Possuem correção de fator de potência precisa e otimizada, ideal para locais onde há maior variação de potência reativa.

Imagem 1: Exemplo de banco de capacitores fixo

Fonte: https://www.eccel.com.br/e2tech/-fc3s-60kvar-380v-banco-fixo-de-capacitores-380v-3x20kvar-trifasico-sibratec

Dimensionamento do banco de capacitores

O dimensionamento do banco de capacitores é uma etapa crítica para garantir a eficácia do sistema e evitar problemas futuros. Ele segue os seguintes passos:

  1. Medição da potência reativa: Utiliza-se equipamentos de medição para determinar a potência reativa (kVAr) necessária para corrigir o fator de potência.
  2. Cálculo da potência ideal: Com base no fator de potência atual e no fator de potência desejado, calcula-se a potência reativa que o banco de capacitores deve fornecer. A fórmula básica é:
    Q’ = P * tan(θ-θ‘)
    Onde:
    • Q‘ é a nova potência reativa do sistema (kVAr);
    • P é a potência ativa, que não é alterada (kW);
    • θ é o ângulo correspondente ao fator de potência atual;
    • θ’ é o ângulo correspondente ao fator de potência desejado.
  3. Potência fornecida pela capacitor: Obtemos então a potência que deve ser fornecida pelo capacitor por uma simples subtração: Qc = Q – Q’
  4. Cálculo da impedância: Com a potência do capacitor, calculamos a impedância do capacitor por: Zc=V²/Qc
    Onde:
    • Zc é a impedância do capacitor que será utilizado (Ω);
    • P tensão de linha do sistema (V);
    • Qc potência do capacitor que calculamos anteriormente;
  5. Cálculo da capacitância: De posse da impedância (Zc), para calcularmos a capacitância basta aplicar a fórmula: C=1/(ωZ), resultado em Faraday (F). C é o valor de capacitância de todo o banco de capacitores, considerando o cenário de instalação trifásica, C deve ser dividido por 3 para obter o valor de apenas um capacitor do banco.
    Onde:
    • ω é a frequência angular da rede, dada por 2πf, em que f é a frequência da rede (valendo 60Hz no Brasil)
  6. Por fim, sabendo o capacitor necessário para corrigir nosso fator de potência ao valor desejado, basta comprá-lo e instalá-lo. O exemplo dado foi para dimensionamento de um banco de capacitores fixo.

Conclusão

Mostramos de forma simplificada como podemos dimensionar um banco de capacitores para uma instalação que está sofrendo com potência reativa indesejada. Isso nos evidencia a importância dos bancos de capacitores e como eles podem ser uma solução muito útil para corrigir o fator de potência de uma instalação, reduzindo essa potência reativa e garantindo uma melhor eficiência energética.

Referências

NILSSON, James W; RIEDEL, Susan A. Circuitos Elétricos. 10ª Edição. Pearson, 2016.

A importância do fator de potência para a distribuição de energia

A regularização do fator de potência tem se mostrado um dos grandes desafios da modernidade pelas concessionárias de energia quando se trata da transmissão de energia elétrica para seus consumidores. O fator de potência é uma medida de suma importância para ter certeza de que todo o sistema está operando com a qualidade devida e não ocorra complicações com os equipamentos da população ou com os geradores.
Para isso, existe a implementação da correção do fator de potência para que o mesmo se mantenha dentro dos parâmetros ótimos de qualidade. No entanto, para entender essa medida e como o fator de potência afeta o sistema elétrico de potência, precisamos entender o que é o fator de potência.

O que é?

Quando pensamos nos sistemas elétricos de potência e suas redes de distribuição, é comum depararmos com equipamentos que apresentam seu consumo em Watts (W) ou Volt-Ampere (VA), ambas sendo medidas de potências. A razão desses diferentes tipos de potência está relacionado com o fato de que as cargas que receberão a energia elétrica são geralmente resistivas e indutivas, ou seja, motores e enrolamentos de fios, como geladeiras, ares-condicionados e a maioria dos eletrodomésticos e maquinários industriais.

Essa característica das cargas residenciais e industriais, quando sob influência de uma tensão de forma senoidal com frequência de 60 Hz, como é o padrão nacional, são tratadas na forma de uma impedância que dissipa potência complexa (S). Tanto a impedância quanto essa potência S são expressas por números complexos na forma a+jb.

Temos então que a potência que é consumida pelas unidades populares possuem uma parte em número real e uma parte em número “imaginário”, parte imaginária essa que está relacionada na dissipação em forma de campo magnético e nas perdas de energia. Essa potência complexa é comumente apresentada com o triângulo de potências.

Fonte: Nilsson e Riedel

Onde a potência média P é medida em watts (W) e é a potência de consumo direto, a potência reativa Q medida em volta-ampére reativo (VAR) é a potência relacionada com a parte imaginária do número complexo e está diretamente relacionado com as cargas indutivas, e por último a potência aparente é o módulo dessa potência S e é medido em volt-ampére (VA).

O fator de potência nada mais é que o cosseno desse ângulo theta (θ), onde fazendo uma análise trigonométrica podemos perceber que a potência média é o a potência aparente vezes o cosseno do ângulo

P = |S|.cosθ

E portanto, é factível verificar que ao dividirmos a potência média pela potência aparente, cujo a qual consegue transmitir informação tanto da média quanto da reativa, temos como resultado o cosθ = fator de potência. Dessa forma, determinamos que o fator de potência é na realidade uma proporção de quanto da potência está sendo eficiente para o sistema como um todo.

Impactos e desafios

Sabendo o que é o fator de potência e qual o seu significado, pode-se então discutir seus impactos na rede de distribuição, sendo uma delas já mencionadas que é a determinação da qualidade de consumo dos eletrodomésticos e maquinário. Para servir de exemplo, é preciso saber que o padrão nacional do Brasil é que o sistema opere com um fator de potência de 0,92 para cima, ou seja, com 92% de eficácia.

Um dos desafios que a modernidade e o avanço tecnológico apresenta é o aumento das cargas indutivas nas residências e outros centros de consumo de energia elétrica, já que a tendência é que mais instalações adquiram novos motores e cargas indutivas como as mencionadas acima.

A forma que esse ângulo impacta o sistema e pode danificar os equipamentos e os geradores é que esse ângulo entre as potências média e reativa é determinado pela defasagem entre a corrente e a tensão nas cargas, haja visto que em indutores há um atraso de corrente em relação à tensão. Se essa defasagem se mantiver e por aumentando com o tempo, ao retornar à unidade geradora fora de sincronia com a máquina rotativa no gerador, pode causar uma dessincronização da mesma e com isso o sistema elétrico inteiro da região pode se tornar instável e danificar as propriedades dos consumidores.

Correção do fator de potência

Com isso, a medida que é aplicada para que não haja essa defasagem atenuada entre tensão e corrente é a inserção de um banco de capacitores em paralelo com a unidade de distribuição da energia elétrica, seja na subestação ou em alguns transformadores. A maneira como esse banco de capacitores funciona é devido à impedância que o capacitor representa para uma fonte senoidal, sendo ela o número complexo puramente imaginário com fase -90º, em comparação com a impedância do indutor que representa uma impedância com ângulo 90º positivo.

Fonte: Alexander e Sadiku

Dessa forma, é possível notar que a potência complexa dessas duas cargas distintas terão potências reativas com sentidos contrários, e a lógica é que ao adicionar as duas em paralelo, ou seja, a tensão nas duas será a mesma, é que a medida Q total seja diminuída e dessa forma seja feito o controle do ângulo entre as potências.

Conclusão

Foi demonstrado como o fator de potência necessita de constante melhorias para acompanhar a modernização da sociedade e sua constante evolução de equipamentos residenciais e industriais, para que então toda a rede de distribuição opere sem que haja prejuízo para o consumidor e nem para a concessionária.

À partir dessa ideia de manter o fator de potência, ou proporção de eficiência de consumo de potência das cargas dentro de um patamar de qualidade para que o funcionamento se mantenha operante é que surge a medida de corrigir o fator de potência com um banco de capacitores para que haja uma diminuição na potência reativa e com isso, perdas e dissipação da energia em campo magnético.

Referências

NILSSON, James W; RIEDEL, Susan A. Circuitos Elétricos. 10ª Edição. Pearson, 2016.

FERNANDES, Sthefania. Correção do fator de potência. Embarcados, 26 de dezembro de 2022. Disponível em <https://embarcados.com.br/correcao-do-fator-de-potencia/>.

ELÉTRICA EM LIMITES. Como é feita a correção do fator de potência de uma instalação elétrica? (passo-a-passo). Youtube, 16 de abril de 2023. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=eYloMiZRJ4E>.

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