Quando “as coisas” partem Parte 3B – A velocidade de manobra

Edição 104 – Setembro de 2014
Por José Starosta

Além da isenção de transientes (tratado na edição anterior), outro tema que merece atenção é a velocidade de manobra dos capacitores. Considerando-se que a velocidade de manobra das cargas pode ser extremamente rápida, é de se esperar que ocorram flutuações de tensão durante os instantes de variação da carga, em outras palavras, a tensão irá flutuar em função da solicitação da carga à rede em que está conectada.

Quando compensadores de energia reativa estão ligados a sistemas em que grupos de cargas rápidas e variáveis estão conectadas, por conta da potência de curto-circuito das fontes, os resultados podem ser amplificados em função das variáveis envolvidas (comportamento da carga, do compensador e capacidade da fonte). Sob o ponto de vista da qualidade da energia, deve-se priorizar a regulação da tensão, que será melhor à medida que estiver mais próxima da nominal, independentemente do comportamento da carga. 

Nesta situação, a energia reativa consumida pela carga deveria ser injetada (compensada através dos capacitores) na mesma proporção. Além da preocupação apresentada no artigo anterior, relacionada aos transientes causados por sistemas de compensação durante os instantes de manobra (conexão e desconexão), outro ponto deve ser considerado: o tempo de injeção de energia reativa após a conexão da carga e principalmente de desconexão após a saída da carga.

Sistemas estáticos de compensação de energia reativa possuem, em função de suas concepções de construção e mesmo de algoritmos de controle, condições diversas de operação. Há de se considerar o sistema de controle em “loop fechado”, situação em que o controle é efetuado pelo TC de leitura de cargas e capacitores, ou em “loop aberto”, situação em que o controle é feito pelo TC ligado na carga exclusivamente. Ver ilustração nas Figuras 1a e 1b:

Nessas situações, os TCs alimentam o sistema de controle que efetua o controle da injeção de potência reativa. Ensaios desenvolvidos em laboratório e que simularam uma situação típica nos ajudam a interpretar os efeitos. Como exposto, a situação resultante será diferente “caso a caso” em função do tipo da instalação (potencia de curto circuito), comportamento da carga e manobra dos capacitores.

Os ensaios desenvolvidos em laboratório (com controle em loop fechado) consideraram a inserção e desligamentos de uma carga com consumo de reativo específico e compensação de energia reativa por três sistemas estáticos distintos com tempos de manobra de:

a)      1,8 segundos

b)      100 milissegundos

c)       16 milissegundos

Os resultados seguem nos gráficos que se seguem e o comportamento da carga segue na Figura 1:

Sem compensação reativa, o afundamento de tensão depende totalmente do comportamento da carga, no instante em que o reativo é consumido pela carga, a tensão chega a apresentar um afundamento superior a 10%.

O primeiro sistema a ser avaliado é um sistema considerado como lento com resposta plena em 1,8 segundo com manobra dos capacitores grupo a grupo (manobra não simultânea). As figuras que se seguem detalham “zoom” de início e final da operação da carga.

Da análise detalhada dos períodos em que as cargas são inseridas e desligadas, observa-se:

– No instante de início de operação da carga, observa-se que a tensão somente se estabiliza quando todos os grupos são inseridos, existe uma clara dependência da tensão com a falta de compensação reativa;

– Já no instante do desligamento da carga, o atraso do desligamento do sistema de compensação causará sobretensão em função das relações citadas (potencia de curto e reativo injetado sem consumo de reativo pela carga);

A compensação em cinco ciclos e manobra também não simultânea tem um comportamento mais favorável que o anterior.

Apesar da resposta mais rápida, observa-se, durante três ciclos, a ocorrência de sobretensão que pode ser importante em função da sensibilidade das cargas ligadas aos barramentos.

A compensação em um ciclo otimiza a operação conforme a figura c) e as que se seguem com detalhes.

A compensação em um ciclo permite que o sistema se estabilize neste período. Adicionalmente, os grupos de capacitores são manobrados simultaneamente em função da característica própria do controle deste compensador.

O ensaio efetuado confirma as previsões iniciais e serve como subsídio para especificações de sistemas de compensação reativa, não só a manobra estática ao controle, mas também a capacidade do sistema de manobrar os grupos simultaneamente, em qual intervalo de tempo a manobra é efetuada, quais são os efeitos na tensão do sistema e onde fontes, cargas e compensadores estão conectados.