Compensação de energia reativa, correção do fator de potência em instalações elétricas e mitigação das harmônicas – Parte 04/04

VII – Cuidados com a operação e manutenção

A operação confiável de sistemas de compensação reativa deve prever a contínua observação dos valores de potência reativa de cada um dos grupos (degraus) dos bancos de capacitores e a imediata intervenção em caso de perda de capacidade, evitando que o problema se alastre para as outras células vivas.

Também deve-se pesquisar as causas que teriam ocasionado defeito de operação. Ainda, deve-se estar atento a fatores que podem induzir má operação, já que construtivamente o capacitor (equivalente) com reatância Xc é obtido por grupos de capacitores ligados a um único reator. A falta (queima) de um dos capacitores (do grupo) altera esta impedância total (L+C) desejada e projetada, fazendo com que a frequência de ressonância também seja modificada pela expressão geral da frequência de ressonância, expressada em (2). A redução da capacitância equivalente do grupo ligado a um único indutor eleva a frequência de ressonância, modificando o cálculo inicial, aumentando a circulação de corrente harmônica, podendo culminar com uma ressonância harmônica indesejada. Portanto, a perda de um capacitor de um grupo, por razões não necessariamente relacionadas às correntes harmônicas (por exemplo alta temperatura ambiente ou sobretensão), poderá causar a ressonância.

I – Notas e aspectos gerais para especificação e dimensionamento

• A análise de instalação de filtros deve considerar todas as opções de operação da instalação e aspectos de ressonância. Por exemplo, um banco automático deve ter toda sua gama de potências reativas parciais injetadas avaliadas em comparação ao comportamento da carga e seu perfil.

• De uma forma geral, o filtro p7% é aplicado em sistemas antirressonantes quando as correntes harmônicas da carga possuem frequências superiores a 5ª harmônica. Ou ainda, um filtro p7% não irá permitir situação de ressonância harmônica se as correntes harmônicas da carga forem iguais ou superiores a 5ª harmônica, por exemplo: I5, I7, I11, I13 e assim por diante.

• Da mesma forma, o filtro p14% é aplicado, também em sistema antirressonantes quando as correntes harmônicas da carga possuem frequências harmônicas iguais ou superiores a 3ª harmônica (I3, I5, I7, I11, I13) e assim por diante ou quando a potência de curto circuito é menor que de valores típicos. Nesta situação, o comportamento da tensão é comprometido, notando-se sensibilidade acima do normal às VTCD´s durante a partida de motores, por exemplo.

Dependendo da combinação de impedâncias da rede e do filtro, um filtro de 5ª harmônica poderá possuir impedância menor que a da rede, mesmo em outras frequências como as 7ª e 11ª. Nestes casos, circularão correntes de outras frequências em filtros que, em princípio, seriam unicamente para uma única frequência.

• A impedância do ramo LC responde de forma específica para cada uma das frequências harmônicas das correntes.

• Os resultados devem ser avaliados com o comportamento da distorção de tensão no ponto de conexão do filtro e outros da instalação, utilizando-se de preferência o modelo de fluxo de carga das harmônicas,
avaliando as distorções de tensão em cada ponto

II – Exemplo de aplicação

A figura 10 apresenta um filtro passivo, de 600 kvar, manobra estática, com tempo de resposta de 16 milissegundos com sintonia próxima da 5ª harmônica, aplicado na compensação reativa de um guindaste portuário. A foto do equipamento com objetivo ilustrativo foi tomada durante o ensaio em laboratório.

Nota-se, nesta figura 10, a presença de 6 grupos de 100 kvar, compostos por grupos adequados de capacitores associados aos reatores. A figura 11 apresenta o registro da distorção harmônica de tensão no barramento onde este filtro foi instalado nas situações anteriores e posteriores a inserção. A figura 12 apresenta o comportamento da corrente de 5ª harmônica na rede antes e depois da inserção do filtro passivo. Há uma relação de compromisso muito importante na construção deste filtro com módulos operando conforme a demanda de potência reativa da carga e filtrando a 5ª harmônica simultaneamente. A distorção de tensão total (THDV) é reduzida de valores médios de 8% para 5%.

VIII – Conclusões

A compensação de energia reativa das cargas não lineares atualmente empregadas em processos industriais e complexos comerciais, como grandes prédios corporativos, hospitais, shoppings e outros não pode ser feita sem a consideração da inserção de filtros, sob pena de queima precoce, além de outras anomalias citadas. A análise cuidadosa de cada um dos pontos relacionados merece especial atenção. De outra forma, a queima dos capacitores e destruição de equipamentos associados será inevitável. Note-se que capacitores operando sob as condições nominais podem sobreviver mais de 15 anos. Aliás, uma compensação reativa bem projetada e especificada mantém a instalação elétrica em que a mesma é inserida livre de perdas desnecessárias, sem afundamentos de tensão por razões internas, otimização no uso de transformadores, distorções de tensão e formas de onda em níveis adequados, livre de queima de capacitores por causas “desconhecidas” e outros fenômenos sem explicações aparentes. Outras informações sobre aplicação de capacitores com geradores, queima de capacitores e outros fenômenos, que contém as principais causas de queima de capacitores e aspectos limites da normalização de fabricantes, podem ser obtidas nos links:

• Mas afinal para que servem os capacitores em instalações elétricas de
baixa tensão ? [15]
http://www.acaoenge.com.br/controle/upd/downloads/107.pdf
• Por que explodem os capacitores em instalações elétricas?[16]
http://www.acaoenge.com.br/controle/upd/downloads/126.pdf
• Comportamento dos geradores na presença de capacitores [17]
http://www.acaoenge.com.br/controle/upd/downloads/182.pdf
Estes documentos indicam outras causas que aceleram o fim da vida dos capacitores provocando a queima dos mesmos como a temperatura de operação e temperatura ambiente, tensão de operação, incluindo sobretensões e fontes previamente distorcidas, correntes de operação, incluindo as harmônicas, condições de manobra e transientes e outros efeitos externos.

Bibliografia:
1] ANEEL resolução 414/2012- Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica.
[2] ANEEL-Procedimento da Distribuição – Prodist – modulo 8 – revisão 12/2018
[3] ABNT NBR IEC 60831-1 -Capacitores de potência auto-regenerativos para sistemas CA, com tensão máxima de 1 000 V
[4] NBR5410/2004- Instalações Elétricas BT
[5] IEEE 141/1993-IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants
[6] IEEE 519/2014-IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems
[7] IEEE 1159/2009-IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality
[8] Elspec Ltd – Technical Report
[9] Elspec Ltd- Catalogo técnico
[10] Ação Engenharia e Instalações – Relatórios técnicos
[11] Starosta, Jose – matérias técnicas nas revistas O Setor Elétrico, Eletricidade Moderna, e Lumiére.
[12] Catálogo técnico: Ducatti capacitores
[13] Cotrim – Instalações Elétricas – 5ª edição
[14] www.acaoenge.com.br – Site da Ação Engenharia e instalações: O milagre da multiplicação dos amperes
[15] www.acaoenge.com.br – Site da Ação Engenharia e Instalações: Mas afinal para que servem os capacitores em instalações elétricas de baixa tensão.
[16] www.acaoenge.com.br – Site da Ação Engenharia e Instalações: Por que explodem capacitores em instalações elétricas?
[17] www.acaoenge.com.br–Site da Ação Engenharia e Instalações: Comportamento dos geradores na presença de capacitores
[18] www.acaoenge.com.br – Site da Ação Engenharia e Instalações: Medições em Instalações Elétricas: Quantidade x Qualidade