Banco de Capacitores.
Definições úteis para entender o funcionamento de um banco de capacitores
Capacitor – é um dispositivo cujo objetivo primário é introduzir capacitância num circuito elétrico.
Unidade capacitiva – é cada unidade de capacitor, com dielétrico e eletrodos, num invólucro, com terminais levados ao exterior do invólucro.
Capacitor derivação – é um capacitor ligado em paralelo com o circuito elétrico.
Capacitor série – é um capacitor ligado em série com o circuito elétrico.
Potência nominal de um capacitor - é a potência reativa, sob tensão e freqüência nominais, para a qual foi projetado o capacitor.
Perdas do capacitor – é a potência ativa consumida pelo consumidor operando em suas condições normais.
Tangente do ângulo de perdas (tg δ) - é o quociente das perdas do capacitor pela sua potência real. Normalmente é expressa em W/kVAr.
Dispositivo de descarga – é um dispositivo conectado ou entre os terminais do capacitor ou entre os terminais da rede, ou instalado dentro da unidade capacitiva, para reduzir a tensão residual do capacitor após este ter sido desconectado da rede. Normalmente, se apresenta na forma de um resistor ou enrolamento de descarga.
Banco de capacitores – é o conjunto de unidades capacitivas e seu equipamento de montagem, manobra, proteção e controle.
Banco de capacitores automático – banco de capacitores que possui um controlador eletrônico, geralmente microprocessado, que insere ou retira os capacitores do sistema de acordo com a variação do fator de potência.
Banco de capacitores semi-automático – banco de capacitores controlado por timer ou pelo valor da demanda de corrente do sistema. Proporciona um controle menos preciso que o banco automático.
Banco de capacitores fixo – é o banco que não possui nenhum tipo de controle. Os Capacitores permanecem ligados ao sistema indefinidamente e independente das condições da carga.
Carga instalada - soma das potências nominais dos equipamentos elétricos instalados na unidade consumidora, em condições de entrar em funcionamento, expressa em quilowatts (kW).
Demanda - média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado.
Energia elétrica ativa - energia elétrica que pode ser convertida em outra forma de energia, expressa em quilowatts-hora (kWh).
Energia elétrica reativa - energia elétrica que circula continuamente entre os diversos campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho, expressa em quilovolt-ampère-reativo-hora (kVArh).
Unidade capacitiva – é cada unidade de capacitor, com dielétrico e eletrodos, num invólucro, com terminais levados ao exterior do invólucro.
Capacitor derivação – é um capacitor ligado em paralelo com o circuito elétrico.
Capacitor série – é um capacitor ligado em série com o circuito elétrico.
Potência nominal de um capacitor - é a potência reativa, sob tensão e freqüência nominais, para a qual foi projetado o capacitor.
Perdas do capacitor – é a potência ativa consumida pelo consumidor operando em suas condições normais.
Tangente do ângulo de perdas (tg δ) - é o quociente das perdas do capacitor pela sua potência real. Normalmente é expressa em W/kVAr.
Dispositivo de descarga – é um dispositivo conectado ou entre os terminais do capacitor ou entre os terminais da rede, ou instalado dentro da unidade capacitiva, para reduzir a tensão residual do capacitor após este ter sido desconectado da rede. Normalmente, se apresenta na forma de um resistor ou enrolamento de descarga.
Banco de capacitores – é o conjunto de unidades capacitivas e seu equipamento de montagem, manobra, proteção e controle.
Banco de capacitores automático – banco de capacitores que possui um controlador eletrônico, geralmente microprocessado, que insere ou retira os capacitores do sistema de acordo com a variação do fator de potência.
Banco de capacitores semi-automático – banco de capacitores controlado por timer ou pelo valor da demanda de corrente do sistema. Proporciona um controle menos preciso que o banco automático.
Banco de capacitores fixo – é o banco que não possui nenhum tipo de controle. Os Capacitores permanecem ligados ao sistema indefinidamente e independente das condições da carga.
Carga instalada - soma das potências nominais dos equipamentos elétricos instalados na unidade consumidora, em condições de entrar em funcionamento, expressa em quilowatts (kW).
Demanda - média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado.
Energia elétrica ativa - energia elétrica que pode ser convertida em outra forma de energia, expressa em quilowatts-hora (kWh).
Energia elétrica reativa - energia elétrica que circula continuamente entre os diversos campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho, expressa em quilovolt-ampère-reativo-hora (kVArh).
Como Montar Banco de Capacitores Eletrolíticos:
01 Desenho do banco de capacitores:
Em algumas aplicações a capacitância exigida não pode ser alcançada através de um único
capacitor eletrolítico de alumínio. Este pode ser o caso se:
* A carga elétrica necessária é muito grande para ser armazenado em um único capacitor.
* As tensões no circuito são maiores do que a tensão operacional de um capacitor.
* Os ciclos de carga-descarga e a corrente de ripple podem gerar mais calor do que poderia ser
seguramente dissipado por um único capacitor.
* As exigências sobre as características elétricas (por exemplo, a resistência série, fator de
dissipação ou indutância) são tão elevadas que seria muito difícil ou mesmo impossível
implementá-las em um único capacitor.
Nos casos descritos acima um banco de capacitores ligados em paralelo, ou em série ou ainda
em paralelo combinado com circuitos série deverá ser usado.
Para evitar a sobrecarga dos capacitores individuais, a tolerância de capacitância deve ser
levada em conta ao determinar a ondulação máxima de corrente de ripple. Além disso, os
capacitores individuais não devem ser submetidos a tensões negativas quando o banco está
sendodes carregando.
O RELATÓRIO CENELEC R040-001: 1998 fornece informações importantes sobre o
dimensionamento e circuito de configuração de bancos de capacitores. Os parágrafos
seguintes explicam e complementam essas informações.
Como Montar Banco de Capacitores Eletrolíticos:
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02 Conectando capacitores eletrolíticos em
paralelo:
Se um dos capacitores em um circuito paralelo vier a falhar devido a um curto-circuito interno,
todos os capacitores do banco serão descarregados através do capacitor defeituoso. No caso
dos grandes bancos com alta energia armazenada, esta descarga pode levar a fenômenos de
extremamente grave devido a descarga abrupta. Por isso, é aconselhável tomar medidas para
prevenir ou limitar a corrente de descarga devido a um curto-circuito. Em banco de capacitores
simples com carga suave, por exemplo, isso é conseguido através da instalação de fusíveis
individuais como é mostrado na figura 21.
Este princípio não é adequado para bancos de capacitores projetados para descargas de
impulso. Aqui, os capacitores devem ser protegidos durante o processo de carga por meio de
resistores adequados e os capacitores deverão ser ligados em paralelo imediatamente antes
de serem descarregados. O princípio é mostrado na figura 22.
Como Montar Banco de Capacitores Eletrolíticos:
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03 Conexão série paralelo de capacitores de
alumínio (AL):
Ao projetar circuitos série com capacitores eletrolíticos de alumínio, alguns cuidados devem ser
tomados para assegurar que a carga sobre cada capacitor não exceda a sua tensão máxima
admissível. Aqui, a tensão CC total aplicada é dividida entre os capacitores individuais na
proporção da resistência da isolação do dielétrico de cada um dos capacitores (figura 23) e
este fato deve ser levado em consideração.
Desde que a resistência de isolação do dielétrico dos capacitores pode diferir entre um e outro
capacitor, a distribuição de tensão pode também ser diferente, o que pode levar ao
aparecimento de tensões que ultrapasse a tensão admissível sobre um ou mais capacitores do
banco. Por essa razão é recomendado forçar o equilíbrio da distribuição de tensão sobre cada
um dos capacitores. O método mais seguro de conseguir isso é usar fontes de tensão isolada
para cada um dos capacitores como é mostrado na figura 24.
Se isso não for possível, resistores de equilíbrio externo Rsymm (ver figura 25) podem ser
ligados em paralelo com cada um dos capacitores do banco. As resistências de equilíbrio
devem ser iguais umas as outras, e devem ter um valor substancialmente menor do que a
resistência de isolação do dielétrico do capacitor. A experiência tem mostrado que é preferível
escolher o valor das resistências de balanço de forma a gerar um fluxo de corrente por estas
resistências de cerca de 20 vezes a corrente de fuga do capacito.
Como Montar Banco de Capacitores Eletrolíticos:
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A equação para o cálculo do valor da resistência é mostrado abaixo:
Onde CR é a capacitância nominal em micro Farad.
As medidas de compensação descritas acima podem ser omitidas nos casos em que a tensão
CC total a ser aplicada é substancialmente menor do que a soma das tensões de trabalho dos
capacitores a serem utilizados. A experiência tem demonstrado que isso é possível para n = 2
a 3 capacitores em uma série única, sem qualquer risco considerável, se a tensão total não
exceda 0,8 . n . VR. No entanto, esta solução só pode ser aplicada se o circuito série for
composto por capacitores do mesmo tipo (mesmo modelo, mesma capacitância), de modo que
a resistência de isolação do dielétrico dos capacitores, que é o único fator determinante na
distribuição das tensões neste caso, não varie muito de um capacitor para o outro.
Como Montar Banco de Capacitores Eletrolíticos:
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04 Combinação paralelo série:
As recomendações acima valem também para as combinações de circuitos paralelos e série.
Se os resistores de equilíbrio forem usados, é aconselhável montar um resistor para cada
capacitor (figura 26).
Uma solução alternativa consiste na conexão paralela de ramos de capacitores ligados em
série e o uso de um único resistor de compensação para cada grupo de capacitor, como é
mostrado na figura 27.
Essa solução é menos complicada, mas tem uma séria de desvantagem:
Se um dos capacitores de um dos ramos da série falhar devido a um curto-circuito interno, um
excesso de tensão será aplicado sobre todos os capacitores do banco. Isto levará a uma
sobrecarga de tensão e poderá destruir os restantes dos capacitores.
No arranjo de equilíbrio mostrado na figura 26, apenas o ramo em série com o capacitor
defeituoso estará sujeito a este risco, enquanto que na configuração mais simples mostrado na
figura 27, o excesso de tensão afeta todos os ramos da série, causando assim danos mais
severos. Pelo mesmo motivo, as conexões paralelas individuais não devem ser utilizadas em
grupos ligados em série paralelo sem resistores de balanço.
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