Os Harmônicas e Capacitores

Harmônicas e Capacitores

Capacitores

Para reduzir o custo e melhorar a confiabilidade, a maioria dos sistemas de energia elétrica mundial é interconectada. Estas interconexões aproveitam da diversidade de cargas, a disponibilidade de fontes, além do preço do combustível, uma vez que ele é utilizado para fornecer energia a estas cargas, utilizando de um custo mínimo.

Geralmente a compensação nos sistemas de energia é essencial para aliviar alguns dos problemas energéticos. As compensações de série e derivação tem sido usada nos últimos anos afim de atingir esse objetivo.Assim a compensação de carga e o gerenciamento da energia reativa são utlizadas para melhorar a qualidade tanto da energia, e consequentimente o seu perfil de tensão alémn do seu fator de potência. (Rexha, 2018)

O fluxo de energia reativa geralmente é controlado através da instalação de dispositivos de compensação de derivação, que são conhecidos como capacitores/reatores, que são colocados na extremidade da carga, proporcionando assim um equilíbrio minimamente adequado entre a energia reativa do sistema gerada e a energia consumida pelo sistema. Em sistemas de energia, os capacitores não chegam a armazenar energia por um longo período de tempo, como ocorre em capacitores de prédios, geralmente este armazenamento é apenas de meio ciclo. A cada meio ciclo, o capacitor carrega e descarrega sua energia armazenada de volta ao sistema. Assim a transferência líquida real de energia acaba sendo zero. Apenas quando um motor possui baixo fator de potência que é nescessário energia do sistema, caso contrário o capacitor estara lá para fornecê-lo. Então, no próximo meio ciclo, o motor liberará seu excesso de energia, assim como no caso de fornecer energia, o capacitor estará lá para absorvê-lo. (Rexha, 2018)

Capacitores e cargas reativas trocam essa potência reativa de forma inversa, sendo de frente para trás. Isso serve para beneficiar o sistema, porque essa energia reativa, ou carga extra, não precisa ser transmitida dos geradores para todo o caminho, sendo ele através de muitos transformadores e também muitos quilômetros de linhas. O capacitores podem fornecer a energia reativa localmente. Entretanto, isso libera as linhas para transportar uma quantidade de energia real, ou seja, que realmente funciona.

As figuras X e Y podemos ver um pouco como funciona a medição de um capacitor, e como ele age em linhas de transmissão.

Figura 1: Exemplo de medição de um capacitor/reator

Figura 2: Esquema de capacitores e reatores.

Os capacitores são fabricados dentro de uma determinada tolerância. O padrão IEEE permite que a energia reativa quando aplicada na tensão e a frequência sinusoidais nominais varie entre 100% e 110% (no caso de 25 ° C e temperatura interna). Na prática, a maioria das unidades varia de + 0,5% a + 4,0%, uma vez que geralmente o lote chega a ser muito uniforme. As perdas geradas por um capacitor geralemente são tipicamente da ordem de 0,07 a 0,15 W / kVAr na frequência nominal. Essas perdas incluem perdas resistivas na folha, perdas dielétricas, e perdas no resistor de descarga interna. Assim os capacitores devem ter um resistor interno que descarrega um capacitor para 50 V ou menos dentro de um período de 5 minutos quando o capacitor é carregado no pico de sua tensão nominal. (Rexha, 2018)

Desta forma, esse resistor é o principal componente de perdas dentro de um capacitor. Assim, os capacitores têm perdas muito baixas, sendo portanto muito frios. Porém os capacitores são muito sensíveis à temperatura, e acabam sendo classificados para temperaturas mais baixas do que outros equipamentos do sistema de energia, como o caso de cabos ou transformadores. Além disso, os capacitores são projetados para operar com altas tensões dielétricas, para que tenham menos margem para a degradação de isolamento. Os padrões especificam um limite superior para aplicação de 40 ° C ou 46 ° C, dependendo de sua disposição. Assim esses limites pressupõem uma ventilação irrestrita e também a presença de luz solar direta. Ja na extremidade inferior, a norma IEEE 18 acaba especificando que os capacitores devem operar continuamente em um ambiente de -40 ° C.

Capacitores em série.

Geralmente os capacitores em série, são capacitores que estão conectados em série com uma linha, porém não são comumente usados devido ao seu tipo de especialização e de aparelho, uma vez que ele possui um alcance limitado de aplicação. Além disso, há normalmente problemas especiais associados a cada aplicação. Como podemos observar através da figura A, onde um capacitor em série compensa a reatância indutiva do sistema.

Em outras palavras, um capacitor em série é visto como uma reatância negativa em série, porém com reatância positiva (indutiva) com o efeito de compensar parte ou a totalidade dele. Assim, o principal efeito do capacitor em série acaba sendo de minimizar ou até suprimir a queda de tensão causada pela reatância indutiva no circuito.

Algumas vezes, um capacitor em série pode até ser considerado como um regulador de tensão, uma vez que fornece um aumento de tensão proporcional à magnitude e também ao fator de potência da corrente passante. Portanto, um capacitor em série acaba fornecendo um aumento de tensão, que por sua vez aumenta automáticamente e instantaneamente à medida que a carga cresce no sistema. Além disso, um capacitor em série acaba por produz mais aumento de tensão líquida, do que um capacitor em um fator de potência mais baixo. Porém, um capacitor em série acaba melhorando o fator de potência dos sistemas, com valores bem menores do que um capacitor em derivação, e acaba tendo também pouco efeito na corrente da fonte. (Rexha, 2018)

Figura 3: Esquema de capacitores em série, e como funciona o diagrama fazorial o angulo de indutância para cada caso.

Considere o circuito do alimentador e seu diagrama fasorial de tensão, como demontrado pela figura A. A queda de tensão através do alimentador pode ser expressa aproximadamente como:

Δ𝑉 = 𝐼𝑅𝑐𝑜𝑠𝜑 + 𝜑sin𝜑

Onde:

R= é a resistência da linha;

XL= a reatância indutiva da linha;

Cosφ = é o fator de potência