Queima de capacitores em sistemas antirressonantes

A especificação de sistemas de compensação de energia reativa antirressonantes é importante quando a carga a ser compensada é não linear e, por consequência, sua corrente possui componentes harmônicas. De uma forma geral, são especificados reatores a serem inseridos em série com os capacitores do sistema de compensação reativa de forma a não permitir que estes sistemas de compensação (LC) em conjunto com a rede de alimentação e carga não linear operem adequadamente sem a ocorrência da ressonância harmônica.

Se não fosse assim, a ressonância harmônica provocaria a circulação de correntes harmônicas nos capacitores e na rede muito acima do esperado, causando sobretensões em todo o sistema (transformador, carga e capacitores) com valores de 6% a 10%. Portanto, registros de tensões de operação em regime muito acima das nominais, após a inserção de capacitores nas redes, é um sinal importante da ocorrência de ressonância. Mais informações sobre queima de capacitores e outros fenômenos podem ser obtidas nos links:

Estes documentos indicam as principais causas que aceleram o fim da vida dos capacitores provocando a queima dos mesmos. São elas:

  • 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;
  • Outros efeitos externos.

Os reatores a serem acoplados a cada grupo de capacitores tem o objetivo de controlar a circulação de correntes harmônicas tanto nos capacitores como na rede e são definidos em função das características dos próprios capacitores que irão injetar a potência reativa, definindo-se então a frequência de ressonância desejável para o sistema e o volume de potência reativa a ser injetado. Estes conjuntos são inseridos e desconectados da rede de forma automática normalmente em função da demanda de potência reativa pela carga e do fator de potência desejado.

Energia-com-qualidade

A Figura 1 A apresenta a impedância do sistema em função das frequências harmônicas e a ressonância ocorre, neste caso, na 5ª ordem.

A inserção de reator antirressonante, como apresentado na Figura 1C, tem como resultado a mudança da frequência de ressonância ilustrada na Figura 1B, com ressonância harmônica próxima à 3ª harmônica. Neste caso, o objetivo foi de não permitir a ressonância nas frequências de 5ª ordem e superiores (típicos de cargas trifásicas em conversores de 6 pulsos). O ramo do gráfico da Figura 1B à direita do ponto de ressonância tem o comportamento muito semelhante ao da impedância da rede (Z=ᾡL) e espera-se que o comportamento seja adequado.

Este equilíbrio é obtido com dimensionamento adequado dos valores da reatância do reator Xl1 em função da reatância do capacitor Xc da Figura 1C. Como 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, fr= 1/ (2π.raiz(LC)), 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. Portanto, a perda de um capacitor de um grupo, por razões não necessariamente relacionadas às correntes harmônicas (por exemplo alta temperatura ambiente ou sobretensão), podem causar a ressonância.

A operação confiável de sistemas e compensação reativa deve, portanto, prever a contínua observação dos valores de potência reativa de cada ramo dos bancos de capacitores e a imediata intervenção, evitando que o problema se alastre para as outras células vivas. Também devem ser pesquisadas as causas que teriam ocasionado defeito de operação no capacitor inicialmente.

Atualizado em 22 de julho de 2021 por Simone Vaiser

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