Baixe Banco de Capacitores e outras Trabalhos em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! UFPE – Universidade Federal de Pernambuco DEESP – Departamento de Engenharia Elétrica Alunos: Dilson Ricardo da Silva Filho Francisco Vasquez Delgado Professor: José Maurício Barros Bezerra Disciplina: Equipamentos Elétricos Bancos de capacitores Recife, 21 de Junho de 2010 Introdução Compensação reativa Em cargas indutivas, há necessidade de potência reativa, para excitar os ramos de magnetização. Na indústria, a maioria das cargas são indutivas. Em sistemas de potência, também há necessidade da corrente de magnetização. Para minimizar as perdas devido a essa energização, podemos usar compensadores reativos, a fim de fornecer a potência necessária para magnetizar o sistema. Bancos de capacitores são conjuntos de capacitores, que têm como principal função a compensação reativa capacitiva, compensando o fator de potência, e melhorando alguns aspectos no sistema, como aumentar a tensão nos terminais da carga, reduzir as perdas na transmissão, entre outros. Levam vantagem em relação a outros compensadores, como compensadores estáticos e síncronos, devido a fatores como custo menor, maior facilidade de instalação e manutenção, etc.. Além da compensação reativa, os bancos de capacitores também ser ligados em série com o sistema a fim de melhorar o sistema. Seja o equivalente de um sistema abaixo: Sabemos que, para duas barras conectadas por uma impedância, a potência é dada por: Logo, para termos uma maior transferência de potência, devemos minizar a impedância entre as linhas. Como essa é constituída principalmente de indutâncias, podemos fazer isso inserindo um banco de capacitores em série. Construção Os bancos de capacitores são formados por um conjunto de unidades capacitivas, chamadas de latas ou células.Cada célula é formada por um conjunto de capacitores individuais. Estes, por sua vez, são formados por eletrodos de alumínio ou zinco, filme de polipropileno impregnado em óleo. O filme mais usado na atualidade é o polipropileno metalizado, devido à sua capacidade de formar lâminas bastante finas. Lata ou célula Modelo esquemático de uma célula A célula também é composta por um resistor interno de descarga, que tem como papel absorver a energia armazenada pelos capacitores, quando esses são desligados e, dessa forma, reduzir a tensão nominal do sistema até 50V ou menos, por um tempo de normalmente 5 minutos. Possui resistência elevada, da ordem de Megaohms. Para fins de proteção das células, unidades capacitivas podem possuir fusíveis internos ou externos, com uma série de vantagens e desvantagens. A tendência nos dias atuais é a utilização de fusíveis internos, devido a fatores como: - A unidade continua operando mesmo se um capacitor individual for danificado(embora os demais sejam sobrecarregados, o que pode diminuir a vida útil da célula. A tensão de um banco de capacitores durante a energização é ilustrada na figura acima. Vemos uma sobretensão de, aproximadamente, 1,8pu. A figura acima mostra a corrente num banco de capacitores de 162,5 Mvar, 345kV, quando ocorre um curto-circuito próximo a ele. Componentes harmônicas Constituem geradores de harmônicos num sistema de potência: transformadores, retificadores, etc. Os harmônicos devem ser evitados, já que em altas freqüências a corrente que circula nos capacitores aumenta devido à baixa impedância . Para evitar os harmônicos, deve-se desligar os bancos de capacitores quando não forem necessários(diminuindo, assim, as sobretensões no sistema), distribuir os bancos ao longo do sistema(evitando o acúmulo de reativos num ponto só), além de utilizar filtros. Devido aos efeitos dos harmônicos, é comum para o cálculo da corrente nominal dos equipamentos do vão do banco de capacitores usar o fator de 1,25 e 1,35 vezes a corrente nominal para os bancos não aterrados e aterrados, respectivamente. Proteção de bancos de capacitores Surtos de tensão: usam-se resistores de pré-inserção e pára-raios de óxido de zinco. Sobrecorrentes: fusíveis, ordenação adequada dos capacitores em ligação série/paralelo, utilização de resistores de pré-inserção do disjuntor de manobra do banco. Sobretensões permanentes nos capacitores: inspeção periódicas nos fusíveis(em caso de fusíveis externos), sensores de desbalanço de neutro, relés diferenciais de tensão para bancos com estrela aterrada. Alguns esquemas de proteção para bancos ligados em estrela aterrada Análise quantitativa de capacitores em Alta Tensão e Extra Alta Tensão Potência A potência de um capacitor trifásico pode ser calculada pela seguinte equação: Onde são as capacitâncias monofásicas medidas, f é a freqüência, é a tensão nominal e Q a potência em kvar. A potência varia com a temperatura. Essa variação é dada pela curva abaixo: Perdas no dielétrico As perdas no dielétrico são função da temperatura. Abaixo está mostrada uma figura de como se comportam as perdas do dielétrico. Essa característica também é função do óleo isolante; óleos mais modernos tendem a apresentar menos perdas Tendo esses dados, podemos elaborar um circuito equivalente de uma lata, mostrado abaixo: Onde Rp é a resistência devido ás perdas no dielétrico, e Rd é o resistor de descarga. Podemos representar o modelo de um banco de capacitores através de associações série/paralelo de latas(usando o circuito equivalente acima), mas levando em consideração a indutância intrínseca do banco(decorrente principalmente dos cabos de conexões das células). Estes valores são assumidos como sendo 5uH para tensões inferiores a 46 kV e 10uH para tensões acima desta. Caso seja possível, essa indutância pode ser feita obtida através de ensaios. Este consiste em aplicar tensão em uma das fases, e fechando seus terminais. Feito isso, medimos a forma de onda da corrente transitória de descarga do banco. Os valores de Lo e Rp podem ser obtidos pela freqüência de amortecimento da curva. Sobretensões e vida útil A vida útil de um capacitor é função principalmente da tensão aplicada nele. Abaixo segue a curva vida útil x tensão aplicada, para um capacitor tipo Polivar, 200kvar, 4140/4360V. Abaixo, temos uma tabela das tensões máximas permitidas, em função do tempo aplicado, para garantir a durabilidade de um capacitor. Duração da sobretensão Tensão máxima permissível(pu) 0,5 ciclo 3,00 1 ciclo 2,70 6 ciclos 2,20 15 ciclos 2,00 1s 1,70 15s 1,40 1min 1,30 5min 1,20 30min 1,15 No caso de transitórios, as tensões e correntes máximas aplicáveis seguem as tabelas abaixo: Número provável de transitórios/ano Valor do pico de tensão(pu) 4 5,0 40 4,0 400 3,4 4000 2,9 Número provável de transitórios/ano Valor do pico de corrente(pu) 4 1500 40 1150 400 800 4000 400 Os capacitores podem sofrer uma sobrecarga de até 135% da potência nominal (incluindo sobretensões entre 100 e 110%, correntes harmônicas e tolerâncias de fabricação. Também devem operar na sua classe de temperatura(especificada no capacitor, as temperaturas máxima e mínima) Especificação e Dimensionamento de Banco de Capacitores