Proteção de Banco de Capacitores

Definição de Proteção de Bancos de Capacitores

Proteger bancos de capacitores envolve prevenir falhas internas e externas para manter a funcionalidade e a segurança.

Fusíveis Elementares

Os fabricantes geralmente incluem fusíveis embutidos em cada elemento do capacitor. Se ocorrer uma falha em um elemento, ele é automaticamente desconectado do restante da unidade. A unidade ainda pode funcionar, mas com uma saída reduzida. Para bancos de capacitores menores, são usados apenas esses esquemas de proteção embutidos para evitar o custo de equipamentos de proteção adicionais.

Fusível Unitário

A proteção por fusível unitário limita a duração do arco em unidades de capacitores com falhas. Isso reduz o risco de danos mecânicos graves e produção de gás, protegendo as unidades vizinhas. Se cada unidade em um banco de capacitores tiver seu próprio fusível, o banco pode continuar operando sem interrupção, mesmo se uma unidade falhar, até que a unidade defeituosa seja removida e substituída.

Outra grande vantagem de fornecer proteção por fusível a cada unidade do banco é que indica a localização exata da unidade defeituosa. Mas, ao escolher o tamanho do fusível para esse fim, deve-se considerar que o elemento do fusível deve suportar a carga excessiva devido aos harmônicos no sistema. Nesse sentido, a corrente nominal do elemento do fusível para esse propósito é tomada como 65% acima da corrente total. Sempre que a unidade individual do banco de capacitores for protegida por fusível, é necessário fornecer resistência de descarga em cada uma das unidades.

Proteção do Banco

Embora cada unidade de capacitor geralmente tenha proteção por fusível, se uma unidade falhar e seu fusível queimar, a tensão de estresse nas outras unidades na mesma fila em série aumenta. Cada unidade de capacitor é projetada para suportar até 110% de sua tensão nominal. Se outra unidade na mesma fila falhar, o estresse nas unidades saudáveis restantes aumenta e pode ultrapassar seu limite máximo de tensão.

Portanto, é sempre desejável substituir a unidade de capacitor danificada do banco o mais rápido possível para evitar o estresse excessivo de tensão nas outras unidades saudáveis. Portanto, deve haver algum arranjo indicativo para identificar a unidade exata com falha. Assim que a unidade defeituosa for identificada em um banco, o banco deve ser removido do serviço para substituir a unidade defeituosa. Existem vários métodos de detectar a tensão desequilibrada causada pela falha de uma unidade de capacitor.

A figura abaixo mostra o arranjo mais comum de proteção de bancos de capacitores. Aqui, o banco de capacitores está conectado em formação estrela. O primário de um transformador de potencial está conectado em cada fase. As segundárias de todos os três transformadores de potencial estão conectadas em série para formar um delta aberto e um relé sensível à tensão está conectado nesse delta aberto. 

Em condições exatas de equilíbrio, não deve haver nenhuma tensão aparecendo no relé sensível à tensão, pois a soma das tensões trifásicas equilibradas é zero. Mas quando houver qualquer desequilíbrio de tensão devido à falha de uma unidade de capacitor, a tensão resultante aparecerá no relé e o relé será acionado para fornecer alarme e sinais de disparo.

O relé sensível à tensão pode ser ajustado para que, em determinado desequilíbrio de tensão, apenas os contatos de alarme fechem. Em um nível de tensão mais alto, tanto os contatos de disparo quanto os de alarme fecham. O transformador de potencial conectado em cada fase dos capacitores também ajuda a descarregar o banco após ser desligado.

Em outro esquema, os capacitores em cada fase são divididos em duas partes iguais conectadas em série. Um bobina de descarga está conectada em cada uma das partes, conforme mostrado na figura. Entre a secundária da bobina de descarga e o relé sensível à tensão que desequilibra, está conectado um transformador auxiliar que serve para regular a diferença de tensão entre as tensões secundárias da bobina de descarga em condições normais.

Aqui, o banco de capacitores está conectado em estrela e o ponto neutro está conectado ao solo através de um transformador de potencial. Um relé sensível à tensão está conectado na secundária do transformador de potencial. Assim que houver qualquer desequilíbrio entre as fases, a tensão resultante aparecerá no transformador de potencial e, portanto, o relé sensível à tensão será acionado além de um valor pré-definido.