Capacitores de PotnciaOs Capacitores, de maneira geral, so equipamentos capazes de acumular eletricidade. So constitudos basicamente de duas placas condutoras postadas uma frente outra e separadas por um meio isolante qualquer. O gerador que vai criar uma diferena de potencial entre as placas, que pode ser uma bateria, pode ser de origem contnua de tenso ou alternada. A energia eletrosttica fica armazenada entre as placas e de menor intensidade na vizinhana. Uma caracterstica importante de todo Capacitor a quantidade de carga eltrica que ele capaz de armazenar em seu campo. dada pela frmula: C = Q (Farad) V Onde C a capacidade do Capacitor. Estando portanto um Capacitor submetido uma tenso nos seus terminais, passa a circular no seu interior uma corrente de carga, o que faz com que uma determinada quantidade de energia se acumule no seu campo eltrico. Esta energia pode ser expressada matematicamente atravs da frmula: E=0.5CVm2 (J) Onde C a capacidade do Capacitor e Vm tenso aplicada, em volts, valor de pico. Quanto maior a tenso dos terminais do Capacitor eleva-se a carga acumulada. Se considerarmos uma corrente I correspondente a uma carga mdia do Capacitor e circulando durante um perodo de tempo t, para uma variao v tem-se a frmula: I=Cv t OBS: Uma observao interessante e importante que, quando um Capacitor energizado atravs de uma corrente contnua, estando inicialmente descarregado, a corrente elevadssima comportando-se como se enxergasse um curto-circuito, cuja corrente s limitada pela impedncia do circuito de alimentao. Mas, aps um tempo expresso pela constante de tempo do Capacitor, a sua corrente chega a zero, conforme a seguir:

Ic=Ixe-T/CtOnde I a corrente inicial de carga no instante de energizao; Ct a constante de tempo; T tempo em segundos e Ic a corrente do Capacitor no instante T.

Os Capacitores de PotnciaOs Capacitores de Potncia so usados em sistemas de Transmisso e Distribuio para produzir: Potncia Reativa, no caso dos Capacitores-AC, e para armazenar energia, no caso dos Capacitores-DC. Os Capacitores de Potncia melhoram a qualidade da potncia fornecida como Capacitores Shunt, Capacitores-Srie, Filtros Harmnicos, Compensadores e em plantas de corrente direta de Alta Tenso. de alta qualidade para no acarretar perdas dieltricas. 4)Lquido de Impregnao Antes utilizado um lquido chamado ascarel. Mas este era no Bio-degravvel, hoje j proibido pelo Governo Brasileiro. Os remanescentes que ainda esto em uso e ficam inutilizados so sucateados, quando imprestveis para o servio. Hoje utilizado um lquido impregnante que bio-degravvel de estrutura molecular constituda por carbono e hidrognio. 5)Resistor de Carga Quando a tenso retirada dos terminais de um capacitor, a Caractersticas Construtivas: carga eltrica armazenada necessita ser drenada, para que a tenso resultante seja 1)Caixa ou Carcaa o invlucro da eliminada, evitando situaes perigosas parte ativa do Capacitor, confeccionada de contato com os referidos terminais. em chapa de ao com espessura adequada Este resistor transforma em perdas por ao volume da unidade e compreende Joule a energia armazenada no dieltrico. placa de identificao, Isoladores ( os colocado entre os terminais e pode ser terminais externos das unidades instalado tanto interna quanto capacitivas), Olhais para levantamento e externamente, sendo mais comum o Alas de fixao. primeiro caso. 2)Armadura - So folhas de Alumnio enroladas com dieltrico, e mantm baixos nveis de perdas dieltricas, com seu alto padro de pureza. 3) Dieltrico Formado por uma fina camada de filme de polipropileno especial, muitas vezes com papel dieltrico, tudo constitudo por matrias

Os Capacitores de Potncia tm um desempenho fundamental no que diz respeito regulao ou administrao do Fator de Potncia de uma rede, com a finalidade de deixar o Fator de Potncia alto. Na tica empresarial, a correo do fator de potncia um investimento necessrio com retorno garantido. No que diz respeito tica fiscal, pode-se relatar que o Decreto n 479, de 20 de Maro de 1992, reiterou a obrigatoriedade de se manter o fator de potncia o mais prximo possvel da unidade (1,00), tanto pelas concessionrias quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, ao Departamento Nacional de guas e Energia Eltrica (DNAEE) o estabelecimento de um limite de referncia para o fator de potncia indutivo e capacitivo, bem como a forma de avaliao e de critrio de faturamento da energia reativa excedente. A abordagem do ajuste do baixo fator de potncia tomou-se por decreto: Limite de FPmin= 0,92 , e nova forma de como efetuar o faturamento da energia reativa capacitiva excedente. o seguinte: Ao invs de ser cobrado um ajuste por baixo fator de potncia como se fazia, as concessionrias passam a faturar a quantidade de energia ativa que poderia ser transportado no espao ocupado por este consumo de reativo. Este o motivo pelo qual as tarifas aplicadas serem as de demanda de consumo de ativos. A seguir o fator de potncia de referncia para alguns pases:

Por que regular o fator de potncia?Um baixo fator de potncia pode acarretar: Perdas na Instalao: As perdas de energia eltrica ocorrem na forma de calor e so proporcionais ao quadrado da corrente total. Como esta corrente cresce com o excesso de energia reativa, estabelece-se uma relao entre o incremento das perdas e o baixo fator de potncia, provocando o aumento do aquecimento de condutores e equipamentos. Quedas de tenso: O aumento da corrente devido ao excesso de energia reativa leva a quedas de tenso acentuadas, podendo ocasionar a interrupo do fornecimento de energia eltrica e a sobrecarga em certos elementos da rede. Este risco , sobretudo acentuado durante os perodos nos quais a rede fortemente solicitada. As quedas de tenso podem provocar ainda, a diminuio da intensidade luminosa das lmpadas e o aumento da corrente nos motores.

Inviabilidade de Plena Utilizao: A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalao eltrica, inviabiliza sua plena utilizao condicionando a instalao de novas cargas e investimentos que seriam evitados se o fator de potncia apresentasse valores bem mais altos. O espao ocupado pela energia reativa poderia ser ento utilizado para o atendimento de novas cargas. Os investimentos em aplicao das instalaes esto relacionados principalmente aos transformadores e condutores necessrios. O transformador a ser instalado deve atender potncia total dos equipamentos utilizados, mas, devido presena da potncia reativa a sua capacidade deve ser calculada com base na potncia aparente das instalaes. A tabela abaixo ilustra a potncia total que deve ter o transformador, para atender uma carga til de 1000KW para fatores de potncia crescentes que mostra o quanto se exige de um transformador quando o fator de potncia baixo.

Tambm o custo dos sistemas de comando, proteo e controle dos equipamentos, cresce com o aumento da energia reativa. Da mesma forma, para transportar a mesma potncia ativa, sem o aumento de perdas, a seo dos condutores deve aumentar medida que o fator de potncia diminui. A tabela abaixo ilustra a variao da seo de um condutor em funo do fator de potncia. ( Nota-se que a seo necessria, supondo um fator de potncia de 0,70 o dobro da seo para um fator de potncia de valor 1,00 )

A correo do fator de potncia, por si s j libera capacidade para instalao de novos equipamentos, sem a necessidade de investimentos em transformador ou substituio de condutores para este fim especfico.

Custo financeiro (taxa adicional) pelo baixo fator de potncia:Agora vamos expressar matematicamente o quanto se perde economicamente com um baixo fator de potncia. Sabemos que a potncia reativa no produz trabalho til, porm deva ser transportada desde a gerao at a unidade consumidora. As empresas concessionrias, porm, no devem transformar esta energia em receita, o Departamento Nacional de guas e Energia Eltrica DNAEE, como j frisado estabeleceu um novo valor de 0,92 para o fator de potncia das cargas destas unidades consumidoras. Para valores inferiores a este ser cobrado do consumidor um adicional na sua fatura de energia eltrica, correspondente equao a segui: C = ( Dkw X Td +Ckwh X Tc ) ( 0,92 -1) Fp Onde: C custo adicional ao qual a fatura estar sujeita, em R$ ou US$; Dkw demanda registrada no ms correspondente, em KW; Td tarifa da demanda, em R$/KW, ou US$/KW; Ckwh - consumo de energia registrada no ms correspondente, emKWh; Tc - tarifa de consumo, em R$/KWh, US$/KWh; Fp fator de potncia indutivo do ms, verificado por medio. OBS: A potncia Reativa no produz trabalho til. Porm, importante dizer que determinados equipamentos, como motores eltricos, fornos a arco, transformadores, etc, necessitam, sim, para sua operao, de uma certa quantidade de potncia reativa, que pode ser suprida por diversas fontes ligadas ao sistema eltrico, funcionando individual, ou simultaneamente. Estas fontes so, por exemplo: geradores, motores sncronos, e os nossos capacitores de potncia, que tambm podem desempenhar esta funo! OBS2: A rigor, podemos considerar as prprias linhas de transmisso e de distribuio de energia eltrica como fontes de energia reativa, devido sua reatncia. Esta energia pode ser de duas parcelas diferentes: energia reativa indutiva ou capacitiva. OBS3: Para evitar o transporte de energia reativa de terminais distantes da carga consumidora necessrio que se instalem nas proximidades destes terminais consumidores as referidas fontes de energia reativa. Dessa forma, reduzem-se as perdas na transmisso deste bloco de energia, resultando num melhor rendimento do sistema eltrico. OBS4: Fontes de energia indutiva podem ser: aparelhos consumidores normalmente dotados de bobinas como motores de induo, reatores, transformadores, etc. J fontes de energia reativa capacitiva podemos exemplificar os motores sncronos superexcitados (compensadores sncronos) e os capacitores ( ou capacitores de potncia).

A instalao de capacitores tem sido alvo de muita ateno nas reas de projeto, manuteno de finanas de empresas interessadas em racionalizar seus equipamentos eltricos. Mais uma vez, a correo do fator de potncia um investimento necessrio com retorno garantido!

Tanto falamos sobre fator de potncia que vamos ilustrar um pouco o que , como tambm alguns conceitos bsicos, com intuito de fixao e fornecer informao imprescindvel no que diz respeito ao estudo das redes de transmisso e distribuio.

O fator de potncia e conceitos bsicos:Podemos definir o fator de potncia como sendo a relao entre a potncia ativa e a potncia aparente. Ele indica a eficincia do uso da energia. Um alto fator de potncia indica uma eficincia alta e o oposto verdadeiro. Um tringulo retngulo freqentemente utilizado para representar as relaes entre KW, KVAR, e KVA, como ilustrado na prxima pgina. O fator de potncia finalmente a diviso da potncia ativa (KW) pela potncia aparente (KVA).

Segue-se algumas definies bsicas:

A potncia ativa que efetivamente realiza trabalho, gerando calor, luz, movimento, medida em KW pode ser ilustrada como a seguir:

J a potncia reativa, usada somente para criar e manter campos eletromagnticos das cargas indutivas, medida em KVA pode ser ilustrada como a seguir:

OBS: Nas contas de energia eltrica, no so mencionados KVA, mas sim o KVAr e os KWh, portanto para se calcular o fator de potncia em tarifaes convencionais ou horozacionais mensais, deve-se usar a frmula:

Causas do baixo fator de potncia:-Motores de induo trabalhando a vazio, durante um longo perodo de operao; -motores superdimensionados para mquinas a ele acoplados; -transformadores operando em vazio ou em carga leve; -fornos a arco e de induo eletromagntica; -equipamentos eletrnicos; -maquinas de solda a transformador -nvel de tenso acima do valor nominal provocando um aumento do consumo de energia reativa.

As principais conseqncias:-Acrscimo na conta de energia eltrica; -limitao da capacidade dos transformadores de alimentao; -quedas e flutuaes de tenso nos circuitos de Distribuio; -sobrecarga nos equipamentos de manobra limitando a vida til; -aumento das perdas por efeito Joule; -necessidade de aumento de dimetro dos condutores; -necessidade de aumento da capacidade dos equipamentos de proteo e manobra.

Forma simples de corrigir o baixo fator de potncia:

obtendo energia reativa necessria de uma maneira econmica e racional para atender a operao adequada dos equipamentos. Faz-se isto instalando capacitores prximos destes equipamentos. Contudo a instalao destes capacitores deve ser precedida de medidas operacionais que levem diminuio da necessidade de energia reativa, como o desligamento de motores e outras cargas indutivas ociosas ou superdimensionadas.

Tipos de instalao de capacitores & AplicaoA correo do fator de potncia em baixa tenso pode ser feita instalando os capacitores de quatro maneiras diferentes, tendo como objetivo a conservao de energia e a relao custo/benefcio. 1) A correo na entrada de energia de alta tenso: Corrige o fator de potncia visto pela concessionria, permanecendo internamente todos os inconvenientes citados pelo baixo fator de potncia. 2) A correo na entrada de energia de baixa tenso: Permite uma correo bastante significativa, normalmente com bancos automticos de capacitores. Utiliza-se este tipo de correo em instalaes eltricas com elevado nmero de cargas com potncias diferentes e regimes de utilizao pouco uniformes. A principal desvantagem consiste em no haver alvio sensvel de cada equipamento. 3) Correo por grupos de cargas: O capacitor instalado de forma a corrigir um setor ou um conjunto de pequenas mquinas ( menor que 10CV). instalado junto ao quadro de distribuio que alimenta esses equipamentos. Tem como desvantagem no diminuir a corrente nas alimentadoras de cada equipamento.

4) Corrente localizada: obtida instalando-se os capacitores ao equipamento que se pretende corrigir o fator de potncia. Representa, do ponto de vista tcnico, a melhor soluo, apresentando as seguintes vantagens: reduz as perdas energticas em toda a instalao; diminui a carga nos circuitos de alimentao dos equipamentos; Pode-se utilizar em sistema nico de acionamento para carga e o capacitor economizando um equipamento de manobra; gera potncia reativa somente onde necessrio. 5) Correo Mista: No ponto de vista Conservao de Energia, considerando aspectos tcnicos, prticos e financeiros, torna-se a melhor soluo. Usa-se o seguinte critrio para correo mista: -Instala-se um capacitor fixo diretamente no lado secundrio do transformador; -Motores de aproximadamente 10CV ou mais, corrigi-se localmente ( cuidado com motores de alta inrcia pois no deve dispensar o uso de corrente para manobra dos capacitores sempre que a corrente nominal dos mesmos for superior a 90% da corrente de excitao do motor); - Motores com menos de 10CV, corrige-se por grupos -Redes prpias para iluminao com lmpadas de descarga, usando-se reatores de baixo fator de potncia, corrige-se na entrada da rede; - Na entrada instala-se um banco automtico de pequena potncia para equalizao final. Quando se corrige um fator de potncia de uma instalao, consegue-se um aumento de potncia aparente disponvel e tambm uma queda significativa da corrente conforme o exemplo: Uma carga de 930KW, 380V, e FP=0,65 (deseja-se corrigir para 0,92): Sem correo do FP -> Potncia Aparente Inicial = 1431KVA Corrente Inicial= 2174A Com correo do FP -> Potncia Aparente Final = 1010KVA Corrente Final = 1536 Neste caso poder aumentar 41% de carga na instalao. 6) Correo na Mdia Tenso: Aqui ns conferimos as seguintes desvantagens: -Inviabilidade econmica de instalar banco de capacitores automticos; -Maior probabilidade da instalao se tornar capacitiva (capacitores fixos); -Aumento da tenso no lado da concessionria; -Aumento da capacidade de curto-circuito na rede da concessionria; -Maior investimento em cabos e equipamentos de Baixa Tenso; -Manuteno mais difcil; -Benefcios relacionados com a diminuio das correntes reativas nos cabos, trafos, etc., no so obtidos.

Banco de Capacitores para Mdia Tenso

Os bancos de capacitores de potncia so agrupamentos de unidades montadas sobre bastidores metlicos, que se instalam em um ponto da rede de MT (em subestaes ou em alimentadores de distribuio) com o objetivo de administrar a potncia reativa e regular a tenso do sistema. O desenho dos bancos deve atender aos seguintes critrios: -Lograr a potncia reativa desejada em um ponto do sistema, dividindo este valor em uma determinada quantidade de capacitores monofsicos de uma potncia unitria normalizada. -Conectar as unidades em uma conexo definida geralmente em estrela ou estrela dupla com neutro flotante. Deste modo normalmente os capacitores tm uma tenso nominal igual tenso de fase do sistema. -Efetuar a conexo de tal maneira que permita o uso de um esquema de proteo seguro, sensvel e econmico. -Se for conveniente, dividir a potncia total do banco de capacitores de potncia em escalas, de modo a inseri-los progressivamente na funo das necessidades de potncia reativa do sistema em cada momento. -Instalar o banco em um stio que satisfaa condies de segurana, comodidade, facilidade para sua operao, controle e manuteno, e que esteja protegido contra intervenes no autorizadas ou vandalismo. Alm disso as unidades capacitivas (com fusveis internos), os bancos podem incluir elementos de proteo, manobra e controle tais como: seccionadores, fusveis, chaves de manobra em vazio ou em aceite, sistemas de proteo por desequilbrio, controladores automticos, reatncias de insero, etc. De acordo com o exposto, se pode classificar os bancos de capacitores em:

a)Bancos para montagem em poste; o banco mais empregado em redes de Distribuio areas, so fceis de instalar, requerem o mnimo de manuteno e a prpria altura evita o contato pessoal no qualificado.

Os bancos fixos de MT podem armar-se por agrupamento, em disposio estrela com neutro flotante, de capacitores monofsicos de MT desenhados para a teno de fase do sistema, e com potencias unitrias normalizadas de 33.3, 50, 83.3, 100, 167, 200, 250, 300 e 400 kVAr, o que permite construir bancos trifsicos de 100, 150, 250, 300, 500, 600, 750, 900 e 1200 kVAr, ou mltiplos destas potncias. Em alimentadores ou linhas areas apenas necessrio um seccionador fusvel do tipo kearney, descarregadores de sobreteno (se o nvel cerunico no lugar de instalao elevado), e uns poucos acessrios de conexo, mientras que para a montagem se pode aproveitar um poste normal de tendido de linhas, dado que o baixo peso dos bancos o permite. Sobre Bancos Automticos, h a administrao de distintos nveis de potncia ativa do sistema em funo de uma varivel de controle que pode ser a demanda reativa, o nvel de tenso em um ponto do sistema, a hora do dia ou at mesmo a combinao destas variveis.

b)Bancos para montagem sobre piso, de tipos simples silla e doble silla;So bancos para instalao a nvel do piso empregado principalmente em redes de distribuio, utilizados tambm na compensao de Estaes Transformadoras de Mdia potncia. Esta forma construtiva permite tanto o emprego de capacitores com fusveis internos como unidades convencionais com fusveis externos do tipo de expulso.Como a montagem se executa a nvel do piso, faz-se necessrio colocar um cerco perimetral no recinto onde se encontra o banco ou fazer uso de uma estrutura de elevao, de modo que as partes vivas fiquem a mais de 2.50mts. de altura.

So de instalao muito fcil. Em alimentadores ou linhas areas se bajan as conexes desde um seccionador fusvel do tipo kearney, descargadores de sobretenso (se o nivel cerunico no lugar de instalao elevado), e uns poucos acessrios de conexo, mientras que para a montagem, dado que o baixo peso dos bancos s necessrio o uso de 4 plateas de hormign (tambm desnecessrias em bancos do tipo trineo).

Os bancos Automticos:

Os Bancos Automticos, h a administrao de distintos nveis de potncia ativa do sistema em funo de uma varivel de controle que pode ser a demanda reativa, o nvel de tenso em um ponto do sistema, a hora do dia ou at mesmo a combinao destas variveis.

c)Bancos para montagem sobre piso, tipo Box;So bancos compactos, que aproveitam as vantagens dos capacitores com fusveis interiores, formando configuraes em doble estrela com neutro flotante, que permitem o emprego de um sistema de proteo por desequilbrio de correntes. Esta forma construtiva tambm possvel mediante o emprego de capacitores convencionais com fusveis de expulso externa.

Esta forma construtiva tambm admite a disposio em baterias automticas de varias etapas, cada passo estar formado por um banco independente, formado pelos capacitores, sua proteo de desequilbrio de correntes, mas alm disso dever incorporar reatncias de choque para a limitao das correntes de insero, como visto a seguir:

d)Bancos para montagem sobre piso, de tipo torre (para Alta tenso);

e)Bancos totalmente protegidos ( para uso petroleiro);

f)Bancos contidos em celda, para interior ou imtemperie.