Princípio de Funcionamento e Pontos Chave de Manutenção do Dispositivo de Compensação de Reativo de Alta Tensão 10kV

O dispositivo de compensação reativa de alta tensão de 10kV é um componente essencial e indispensável nos sistemas de energia modernos. Ao fornecer ou absorver potência reativa, ele resolve efetivamente problemas como fator de potência baixo, perdas de linha elevadas e flutuações de tensão causadas pela demanda de potência reativa, desempenhando um papel crucial na melhoria da economia, segurança e qualidade de energia da operação da rede. A compensação reativa de alta tensão de 10kV é um dispositivo crítico para garantir a operação segura e econômica da rede.

Compreender seu princípio de funcionamento é a base para a manutenção, enquanto a implementação rigorosa de um plano de manutenção regular centrado em testes preventivos e monitoramento de condições - sempre priorizando a segurança - é a garantia fundamental para assegurar uma operação confiável a longo prazo. O trabalho de manutenção deve ser realizado por pessoal qualificado e experiente, de acordo com procedimentos estabelecidos. Abaixo está uma explicação detalhada do princípio de funcionamento e dos aspectos essenciais de manutenção dos sistemas de compensação reativa de alta tensão de 10kV.

1. Princípio de Funcionamento da Compensação Reativa de Alta Tensão de 10kV

Objetivo Principal: Melhorar o fator de potência da rede, reduzir perdas de linha, estabilizar a tensão do sistema e melhorar a qualidade do fornecimento de energia.

1.1 Princípio de Compensação

• Fonte de Potência Reativa: Cargas indutivas na rede elétrica (por exemplo, motores, transformadores) requerem a criação de um campo magnético durante a operação, consumindo potência reativa atrasada (Q).

• Método de Compensação: Bancos de capacitores são conectados em paralelo, gerando potência reativa capacitiva adiantada (Qc) para compensar a potência reativa indutiva (Ql).

• Resultado: A potência reativa total (Q) necessária pelo sistema é reduzida, o fator de potência (Cosφ = P / S) é melhorado e a potência aparente (S) é diminuída.

1.2 Componentes do Dispositivo de Compensação

• Banco de Capacitores de Alta Tensão em Derivação: O componente principal que fornece potência reativa capacitiva. Geralmente consiste em várias unidades de capacitores conectadas em série e paralelo para atender aos requisitos de tensão de 10kV e capacidade necessária.

• Reator em Série:

• Reator Limitador de Corrente: Limita a corrente de inrush no momento da comutação do capacitor (geralmente 5-20 vezes a corrente nominal), protegendo os capacitores e o equipamento de comutação.

• Reator Filtro: Forma um circuito sintonizado LC com o capacitor (geralmente sintonizado abaixo da 5ª, 7ª ou uma frequência harmônica específica), suprimindo correntes harmônicas de entrar no capacitor, prevenindo amplificação e ressonância harmônicas, assim protegendo o capacitor.

• Equipamento de Comutação de Alta Tensão:

• Contator a Vácuo ou Interruptor de Circuito a Vácuo: Usado para comutar bancos de capacitores. Contatores a vácuo são mais comumente usados e adequados para operações frequentes.

• Interruptor Seccionador / Interruptor Terra: Usado durante a manutenção para isolar a fonte de alimentação e garantir aterramento confiável para segurança.

• Dispositivo de Descarga:

• Bobina de Descarga ou Resistência de Descarga: Após a desconexão do banco de capacitores, descarrega rapidamente a carga armazenada nos terminais do capacitor (geralmente exigido para reduzir a tensão residual a menos de 50V em 5 segundos), garantindo segurança durante a manutenção. Bobinas de descarga são mais comumente usadas.

• Dispositivos de Proteção:

• Fusível: Protege capacitores individuais contra falhas internas (fusível ejetor).

• Proteção por Relé: Inclui proteção contra sobrecorrente (curto-circuito entre fases), proteção de desequilíbrio (quebra de elemento interno do capacitor ou fusão do fusível), proteção contra sobretensão, proteção contra subtensão, proteção contra ultrapassagem de limites de harmônicos, proteção contra tensão aberta em delta, etc.

• Dispositivos de Medição e Controle:

• Controlador: Monitora continuamente a tensão, corrente, fator de potência, corrente harmônica, taxa de distorção de tensão harmônica e outros parâmetros do sistema. Controla automaticamente a comutação de bancos de capacitores de acordo com estratégias pré-definidas (por exemplo, fator de potência alvo, tensão alvo, proteção contra ultrapassagem de limites de harmônicos, programas baseados em tempo).

• Transformador de Corrente (TC), Transformador de Tensão (TT): Fornece sinais para medição e proteção.

1.3 Processo Operacional

• Monitoramento: O controlador monitora continuamente parâmetros como fator de potência, tensão e demanda de potência reativa da rede.

• Decisão: Quando o fator de potência cai abaixo de um limite inferior definido (por exemplo, 0,9 atrasado), ou quando o sistema precisa de potência reativa adicional, o controlador emite um comando de energização.

• Energização: O circuito de controle aciona o contator a vácuo para fechar, conectando o banco de capacitores (geralmente através de um reator em série) em paralelo à barra de 10kV.

• Compensação: O banco de capacitores fornece potência reativa capacitiva ao sistema, compensando parte da potência reativa indutiva, melhorando o fator de potência e suportando a tensão.

• Desenergização: Quando o fator de potência excede um limite superior definido (por exemplo, 0,98 adiantado, o que pode causar supercompensação), ou quando a tensão do sistema é muito alta, ou quando a redução da carga leva a uma diminuição da demanda de potência reativa, o controlador emite um comando de desenergização, o contator a vácuo abre e o banco de capacitores é retirado de serviço.

• Descarga: Após a desconexão do banco de capacitores, o dispositivo de descarga (bobina de descarga) opera automaticamente, descarregando rapidamente a energia armazenada.

2. Manutenção de Dispositivos de Compensação Reativa de Alta Tensão de 10kV

Objetivo Principal: Garantir a operação segura, confiável e eficiente, e prolongar a vida útil do equipamento.

2.1 Inspeção Diária

• Inspeção Visual: Verifique a caixa do capacitor para inchaço, vazamento de óleo, ferrugem ou descascamento de tinta; verifique as bushings para rachaduras, contaminação ou marcas de flashover; verifique os pontos de conexão para folga, superaquecimento (termografia infravermelha) ou descoloração.

• Som de Operação: Ouça por vibrações ou ruídos anormais dos reatores, bobinas de descarga ou capacitores (por exemplo, um zumbido anormalmente aumentado pode indicar soltura interna).

• Indicação de Instrumentos: Verifique se as indicações de voltímetros, amperímetros, medidores de fator de potência e medidores de potência reativa estão normais, e compare com os valores exibidos pelo controlador.

• Verificação Ambiental: Verifique a ventilação, temperatura ambiente e umidade para garantir que estejam dentro dos limites permitidos; verifique a acumulação de poeira ou sinais de invasão de pequenos animais; verifique se cercas e placas estão intactas.

• Sinais de Proteção: Verifique se há quaisquer sinais de alarme ou disparo dos dispositivos de proteção.

2.2 Manutenção Periódica (Geralmente a Cada Seis Meses a Um Ano)

• Limpeza com Desligamento: Remova completamente a poeira e a sujeira das superfícies das caixas dos capacitores, bushings, isoladores, barras de distribuição, estruturas, reatores e equipamentos de comutação (usando panos secos e sem fiapos ou ferramentas especiais, evitando danos à isolação). (Importante! A limpeza de equipamentos de alta tensão deve ser feita após o desligamento, teste de tensão e aterramento!)

• Ajuste de Conexões: Verifique e aperte todos os parafusos de conexão elétrica (conexões de barras de distribuição, terminais de capacitores, fios de aterramento, etc.) para garantir bom contato e evitar superaquecimento. Opere de acordo com o torque especificado.

• Teste de Capacitores:

• Medição de Capacitância: Use uma ponte de capacitância dedicada para medir a capacitância total de cada fase ou cada ramo (se aplicável), e compare com os valores da placa de identificação ou dados históricos. Se a variação exceder ±5% ou mostrar alteração significativa (especialmente diminuição), isso requer atenção próxima, possivelmente indicando dano interno. O valor de capacitância de um único capacitor não deve variar do valor nominal por mais de -5% a +10%.

• Teste de Resistência de Isolamento: Meça a resistência de isolamento entre polos e entre polo e caixa (usando um megômetro de 2500V), que deve atender aos requisitos regulatórios (geralmente, a resistência de isolamento entre polos deve ser muito alta, resistência de isolamento polo-caixa > 1000MΩ). Deve ser totalmente descarregado antes e depois do teste!

• Medição do Fator de Dissipação (tanδ): Pode ser realizada se as condições permitirem, sendo mais sensível em refletir umidade ou deterioração interna do isolamento do capacitor. Não deve mostrar aumento significativo em comparação com os valores de fábrica ou medições anteriores.

• Inspecção do Reator:

• Verifique a aparência da bobina para superaquecimento, descoloração, envelhecimento ou danos à isolação.

• Verifique se os fixadores do núcleo (se presente) estão soltos.

• Meça a resistência DC do enrolamento, que não deve mostrar diferença significativa em comparação com os valores de fábrica ou anteriores (considerando a influência da temperatura).

• Meça a resistência de isolamento.

• Verificação do Dispositivo de Descarga:

• Verifique a aparência e a fiação da bobina de descarga.

• Verifique o desempenho de descarga (sob permissão de regulamentação de segurança, simule a operação para verificar a velocidade de queda da tensão residual).

• Manutenção de Equipamentos de Comutação:

• Verifique a aparência do interrompedor a vácuo.

• Verifique se o mecanismo de operação funciona flexível e confiavelmente; aplique lubrificante apropriado nos pontos de lubrificação.

• Meça a resistência de contato do circuito principal.

• Realize testes de características mecânicas (tempo de abertura/fechamento, sincronismo, rebote, curso, etc.).

• Calibração de Dispositivos de Proteção: Calibre as configurações e realize testes de transmissão para sobrecorrente, desequilíbrio, sobretensão, subtensão, etc., conforme regulamentações para garantir operação precisa e confiável. Verifique a aparência e o status do indicador do fusível.

• Verificação do Controlador: Verifique se a exibição, botões e comunicação estão normais; verifique a precisão de amostragem (compare tensão, corrente, fator de potência, etc., com o medidor padrão); verifique se a lógica de comutação está correta.

2.3 Manutenção Especial

• Ambiente Harmônico: Se o sistema tiver harmônicos graves, intensifique o monitoramento da elevação de temperatura dos capacitores e reatores (termografia infravermelha), realize testes de harmônicos regulares, garanta que as configurações de ponto de sintonia sejam razoáveis para evitar ressonância. Adicione dispositivos de filtragem, se necessário.

• Comutação Frequente: Intensifique a inspeção do desgaste de contatos de contatores/circuitos interruptores a vácuo, reduza seu ciclo de manutenção.

• Após Falhas: Após a operação de proteção (especialmente fusão do fusível ou operação de proteção de desequilíbrio), a causa deve ser identificada de forma completa, componentes danificados substituídos e inspeção e teste completos realizados antes da reenergização.

2.4 Precauções de Segurança (Mais Importante!)

• Cumpra rigorosamente os "Dois Bilhetes e Três Sistemas": Bilhete de Trabalho, Bilhete de Operação; Sistema de Troca de Turno, Sistema de Patrulhamento, Sistema de Testes e Rotação Periódicos de Equipamentos.

• Desligamento, Teste de Tensão, Aterramento: Antes de qualquer trabalho de manutenção, a fonte de alimentação deve ser desconectada de forma confiável (incluindo possível alimentação reversa do lado secundário do TT), use um tester de tensão qualificado para confirmar a ausência de tensão e instale cabos de aterramento nas duas extremidades do local de trabalho. O banco de capacitores deve ser descarregado completamente usando uma haste de aterramento dedicada e aterrado antes do contato!

• Supervisor Dedicado: A operação e manutenção de equipamentos de alta tensão devem ter um supervisor dedicado.

• Use Ferramentas e Proteções Qualificadas: Use ferramentas com classificação de isolamento qualificada, use luvas e botas isolantes e outros equipamentos de proteção de segurança.

• Consciência da Tensão Residual: Mesmo após a descarga, use uma haste de aterramento para curto-circuitar novamente os terminais do capacitor antes do contato.

2.5 Registro e Análise

• Registre detalhadamente os dados de cada inspeção, manutenção e teste (valor de capacitância, resistência de isolamento, temperatura, informações de ação de proteção, etc.).

• Estabeleça arquivos de equipamentos, realize análise de tendências e identifique prontamente defeitos potenciais.

• Registre condições anormais e processos de tratamento.

3. Referência para Intervalos de Manutenção Chave

• Inspeção Diária: Diariamente ou semanalmente (dependendo da importância e do ambiente de operação).

• Limpeza e Inspeção Periódicas (sem desligamento): Mensalmente ou trimestralmente.

• Manutenção Periódica (com desligamento): Uma a duas vezes por ano (combinada com testes preventivos).

• Medição de Capacitância/Resistência de Isolamento do Capacitor: Realizada durante a manutenção com desligamento; uma vez dentro de um ano após a comissionamento, então uma vez a cada 1-2 anos.

• Calibração de Dispositivos de Proteção: Uma vez por ano.

• Teste de Características de Equipamentos de Comutação: Combinado com a manutenção com desligamento, uma vez a cada 1-2 anos ou quando o número de operações atinge um certo valor.

4. Notas

• Temperatura Ambiente: A temperatura de operação ambiente dos capacitores não deve exceder o limite superior especificado (geralmente -40°C ~ +45°C), evite exposição direta ao sol.

• Sobretensão: Os capacitores podem operar a longo prazo em 1,1 vezes a tensão nominal; evite a operação de sobretensão prolongada.

• Sobrecorrente: Os capacitores podem operar a longo prazo em 1,3 vezes a corrente nominal (considerando efeitos de harmônicos e sobretensão).

• Harmônicos: Os harmônicos são uma das principais causas de danos aos capacitores. O fundo harmônico do sistema deve ser considerado durante o projeto, e a relação do reator configurada de forma razoável. Intensifique o monitoramento de harmônicos durante a operação.