8/12/2019 Proteo de banco de capacitores

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENG. ELTRICA

PROTEO DE SISTEMAS ELTRICOS

Proteo de Banco de Capacitores

Professor: Eduardo Tannus Tuma

Alunos: Renato Batista da Silva Mat.: 08020003701

Bruno Souza Brito Mat.: 08020006001

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1Introduo:

O planejamento do sistema eltrico brasileiro opta pela instalao de grandes blocos decompensao reativa capacitiva, com o objetivo de se diminuir os custos e otimizar odesempenho do sistema.

O objetivo bsico de uma compensao reativa capacitiva de compensar o fator depotncia das cargas, refletindo-se, principalmente, nos seguintes pontos:

Aumenta a tenso nos terminais da carga; Melhora a regulao de tenso (desde que os capacitores sejam manobrados

adequadamente); Reduz as perdas na transmisso; Reduz o custo do sistema , economizando-se na diminuio do nmero de linhas

para o transporte de reativos.

O fornecimento de reativos capacitivos necessrios a um melhor desempenho dosistema de transmisso pode ser feito por geradores, linhas de transmisso,

compensadores sncronos, compensadores estticos controlados por tiristores ou bancode capacitores.

Entre os elementos mencionados anteriormente, os banco de capacitores levamconsidervel vantagem, tendo em vista o menor custo de instalao aliado maiorsimplicidade de manuteno.

2Fenmenos transitrios:

Durante a energizao e abertura de banco de capacitores por elementos de manobra,tais como disjuntores, h o aparecimento de transitrios cujos efeitos nos equipamentosde manobra e nas unidades capacitivas podero levar estes equipamentos a um desgaste

prematuro ou, at mesmo, a uma danificao.Quando um banco de capacitores reenergizado ou quando ocorre uma reignio doarco do elemento de manobra durante o desligamento, a corrente e a tenso transitriaresultante apresentam valores elevados em mdulo e frequncia.

Uma outra solicitao, tambm severa, a ocorrncia de curto-circuito prximo aosbancos de capacitores.

Estas solicitaes nos disjuntores, seccionadores, transformadores de corrente, para-raios, bobinas de bloqueio e no banco de capacitores devem ser fornecidas pelosfabricantes dos equipamentos por ocasio das especificaes. No caso particular dos

bancos de capacitores, os valores de corrente serviro para se dimensionar,principalmente, os fusveis das unidades capacitivas, enquanto que as solicitaes detenso sero teis no dimensionamento para a vida til destes equipamentos, uma vezque, esta diminui bastante quando a tenso aplicada superior a sua tenso nominal.

3Componentes Harmnicas:

Num sistema eltrico existem vrias fontes geradoras de harmnicos, dentre elaspodem-se citar as seguintes:

Transformadores; Retificadores; Fornos a arco; Geradores.

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Dos harmnicos gerados pelos transformadores, o 3, 5 e 7 so os mais importantes. O3 harmnico e seus mltiplos so reduzidos praticamente a zero, quando se utilizaenrolamentos ligados em delta e o 5 e 7 harmnicos normalmente so desprezveis,mas podem atingir valores considerveis, quando as tenses nos transformadores ou emoutros elementos saturveis atingem valores elevados.

Os harmnicos gerados pelos retificadores dependem do nmero de pulsos de que estconstitudo. Na maioria dos sistemas de potncia utilizado conversores de 6 ou 12pulsos.

A presena destes harmnicos, ou pelo menos alguns deles, muitas vezes provocasobrecargas nos capacitores devido ao aumentos da corrente circulante, uma vez que asua impedncia inversamente proporcional sua frequncia. Estas altas frequnciasdevem ser evitadas j que provocam o envelhecimento mais rpido do dieltrico doscapacitores.

Para se diminuir os harmnicos no sistema, deve-se adotar as seguintes medidas:

Diminuir as sobretenses no sistema desligando os banco de capacitores sempreque a presena destes for desnecessria, como, por exemplo, durante carga leve;

Distribuir adequadamente os banco de capacitores em diversas partes do sistemapara se evitar o acmulo de reativos num s ponto;

Utilizar filtros para os harmnicos mais importantes.Tendo em vista que os capacitores so sujeitos a sobrecargas, em decorrncia deharmnicos esprios gerados no sistema, comum para o clculo de corrente nominaldos equipamentos do vo do banco de capacitores usar-se o fator de 1,25 vezes acorrente nominal do banco de capacitores para bancos no aterrados e 1,35 a correntenominal para bancos aterrados.

4Alguns Aspectos Construtivos:

4.1 Capacitor Individual:

A parte ativa principal usada na construo de capacitores consiste em papel ou filme(polipropileno) ou papel e filme, alumnio e lquido de impregnao, sendo que nesteltimo d-se preferncia aos biodegradveis.

H alguns anos atrs, o leo impregnante utilizado era o askarel (pentaclorodefenil),que, por suas caractersticas adversas sade e ao meio ambiente, tornou-se necessriaa sua substituio. Nas unidades capacitivas mais modernas, j se encontra em uso umimpregnante de nome qumico isopropildifenil que atende as propriedades eltricas efsicas como o askarel e possui a vantagem de ser biodegradvel.

4.2 Unidade Capacitiva:

Uma unidade capacitiva, ou lata ou clula o conjunto formado por associaosrie/paralelo de capacitores individuas.

Nestas figuras aparece, na parte superior, o resistor interno de descarga. Este dispositivotem por objetivo reduzir a tenso nominal do sistema at 50 V ou menos, numdeterminado tempo (normalmente, 5 minutos), aps o capacitor ter sido desligado dafonte de tenso. Estes resistores assumem valores da ordem de alguns megas ohms.

Outro ponto de relevante importncia quanto a localizao dos fusveis (internos ou

externos), nas unidades. Existe hoje em dia uma forte tendncia para a utilizao deunidades capacitivas com fusveis internos em decorrncia dos seguintes argumentos:

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Quando um capacitor individual se danifica, o seu respectivo fusvel internoqueima, e a unidade ainda pode continuar operando. Deve-se ressaltar que, nestecaso, alguns elementos da lata ficaram sujeitos a uma pequena sobrelevao detenso e, por isso, haver reduo na vida til destes elementos.

Para que uma lata defeituosa de capacitores no exploda, considera-se comolimitao a utilizao de no mximo 3100 KVar. Este tipo de problema pode ser

encontrado usando-se fusveis limitadores de corrente (custo elevado) oufusveis internos. Um banco econmico para uma classe de tenso se deve ao nmero mnimo de

latas que se pode colocar em paralelo. Este nmero dado pela limitao, que nasada de uma lata no poder causar uma sobrelevao superior a 10 %. Destaforma, para se obter um banco com MVAr baixo, teria que se usar latas com umvalor menor de KVAr, ficando assim a instalao mais cara. Este problematambm atenuado utilizando-se fusveis internos.

A principal vantagem do fusvel externo a facilidade visual de localizao doelemento defeituoso, sendo a sua troca feita com relativa simplicidade.

4.3

Banco de Capacitores:

Os bancos de capacitores so constitudos por uma associao srie/paralelo dasunidades capacitivas. Normalmente feito um estudo tcnico-econmico tendo em vistaa ligao dos bancos aos sistema eltrico. Algumas vezes, utiliza-se transformadores

para baixar a tenso at a tenso nominal dos bancos, mas a melhor prtica a ligaoem srie de grupos de latas em paralelo

5Esquemas de Ligao dos bancos de capacitores:

Quatro tipos de ligao so, normalmente, usados para banco de capacitores emderivao, a saber:

Estrela aterrada ou isolada; Delta; Duplo delta;

6 Esquemas de Proteo dos grandes bancos de Banco deCapacitores:

Os esquemas de proteo empregados em grandes bancos de capacitores devemestabelecer proteo contra trs problemas bsicos, a saber:

Surtos de tenso provocados por descargas atmosfricas e surtos de manobra; Sobrecorrente nos capacitores; Sobretenso permanente nos capacitores.

Normalmente, estes esquemas so desempenhados pelos seguintes tipos de proteo:

6.1 Surtos de Tenso:

Estes transitrios so atenuados com um dimensionamento adequado do resistor de pr-insero do disjuntor de manobra do banco e/ou com a instalao de para-raiosadicionais de xido de zinco (ZnO) junto aos bancos.

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6.2 Sobrecorrente nos Capacitores:

So solucionados com as seguintes providncias

Fusveis nos capacitores (do tipo normal ou dos limitadores de corrente); Uma adequada ordenao dos capacitores em ligaes srie/paralelo; Utilizao de resistores de pr-insero do disjuntor de manobra do banco.

6.3 Sobretenso Permanente nos Capacitores:

Estas sobretenses podero ser atenuadas se:

Houver uma inspeo peridica nos fusveis (quando estes forem do tipoexterno);

Houver sensores de desbalano de neutro; Houver rels diferenciais de tenso para bancos com estrela aterrada.

A seguir, so apresentados esquemticos de proteo de bancos de capacitores em

derivao, exemplificando os tipos de proteo que empregam a filosofia de proteo,mencionado anteriormente.

6.4 Bancos em Estrela Aterrada:

Para este tipo de ligao, pode-se ter esquemas constitudos de:

a. Rels de sobretenso, com atuao por correntes de desequilbrio. Para esteesquema, os rels utilizados devero possuir filtros para os principaisharmnicos e protetores contra sobretenses transitrias instalados no primrioou no secundrio do TC.

b. Rel diferencial de corrente de neutro.

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c. Rel diferencial de tenso.

6.5 Bancos em Estrela Isolada:

a. Rel de sobretenso ligado ao secundrio do transformador de potencial(possuindo filtros para os principais harmnicos).

b. Rel de sobrecorrente de neutro.

c. Rel de sobretenso.

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d. Rel de sobretenso.

No caso de utilizar-se transformador de potencial do tipo indutivo (TPI) nos esquemasde proteo das figuras, dever ser dada ateno especial pra o dimensionamento deste

TPI, pois, quando o banco desconectado do resto do sistema, os capacitores sedescarregam pelos resistores de descarga e pelo transformador, sendo que a parcela deenergia dissipada pelo TPI , normalmente, considervel, podendo levar esteequipamento a um superaquecimento.