Proteção do Banco de Capacitores

Assim como outros equipamentos elétricos, o capacitor de derivação também pode estar sujeito a falhas internas e externas. Portanto, este equipamento também deve ser protegido contra falhas internas e externas. Existem vários esquemas disponíveis para proteção do banco de capacitores, mas ao aplicar qualquer um desses esquemas, devemos lembrar do investimento inicial nesse capacitor do ponto de vista econômico. Devemos comparar o investimento inicial e o custo da proteção aplicada a ele. Existem principalmente 3 tipos de arranjos de proteção que são aplicados a um banco de capacitores.

1. Fusível de Elemento.

2. Fusível de Unidade.

3. Proteção do Banco.

Fusíveis de Elemento

Os fabricantes de unidades de capacitores geralmente fornecem fusíveis embutidos em cada elemento da unidade. Neste caso, se ocorrer qualquer falha em qualquer elemento, ele é automaticamente desconectado do restante da unidade. Neste caso, a unidade ainda cumpre sua função, mas com uma saída menor. Em bancos de capacitores de baixa potência, apenas esse esquema de proteção embutida é aplicado para evitar o gasto com outros equipamentos de proteção especiais.

Fusível de Unidade

A proteção por fusível de unidade é geralmente fornecida para limitar a duração do arco dentro de uma unidade de capacitor com falha. Como a duração do arco é limitada, há menos chance de deformação mecânica significativa e produção excessiva de gás na unidade com falha, e, portanto, as unidades vizinhas do banco são salvas. Se cada unidade de um banco de capacitores for individualmente protegida por fusível, então, em caso de falha de uma unidade, o banco de capacitores ainda pode funcionar sem interrupção antes de remover e substituir a unidade com falha.

Outra grande vantagem de fornecer proteção por fusível a cada unidade do banco é que indica a localização exata da unidade com falha. Mas, ao escolher o tamanho do fusível para esse propósito, deve-se levar em consideração que o elemento do fusível deve suportar a carga excessiva devido aos harmônicos no sistema. Nessa perspectiva, a corrente nominal do elemento do fusível para esse propósito é tomada como 65% acima da corrente de carga 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, em geral, a proteção por fusível seja fornecida com cada uma das unidades de capacitores, quando uma unidade de capacitor está com falha e o elemento de fusível associado é queimado, a tensão de estresse aumenta para as outras unidades de capacitores conectadas em série na mesma fila. Geralmente, cada unidade de capacitor é projetada para suportar 110% de sua tensão nominal normal. Se outra unidade de capacitor for desativada, na mesma fila onde anteriormente uma unidade foi danificada, o estresse de tensão sobre as outras unidades saudáveis dessa fila aumentará ainda mais e facilmente ultrapassará o limite de tensão máxima permitida para essas unidades.

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 indicador para identificar a unidade exata com falha. Assim que a unidade com falha for identificada em um banco, o banco deve ser removido do serviço para substituir a unidade com falha. Existem vários métodos de detecção de tensão desequilibrada causada pela falha de uma unidade de capacitor.
A figura abaixo mostra o arranjo mais comum de proteção do banco 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 secundárias de todos os três transformadores de potencial estão conectadas em série para formar um delta aberto e um relé sensível à tensão está conectado através deste delta aberto. Em condições exatas de equilíbrio, não deve haver nenhuma tensão aparecendo através do 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 através do relé e o relé será acionado para fornecer alarme e sinais de disparo.

O relé sensível à tensão pode ser ajustado de tal forma que, até certo nível de desequilíbrio de tensão, apenas os contatos de alarme seriam fechados e, para um nível de tensão mais alto, os contatos de disparo, juntamente com os contatos de alarme, seriam fechados. O transformador de potencial conectado aos capacitores de cada fase também serve para a descarga do 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 entre cada uma das partes, conforme mostrado na figura. Entre a secundária da bobina de descarga e o relé sensível à tensão desequilibrada, um transformador auxiliar está conectado, 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 através da secundária do transformador de potencial. Assim que houver qualquer desequilíbrio entre as fases, a tensão resultante aparecerá através do transformador de potencial e, portanto, o relé sensível à tensão será acionado além de um valor pré-definido.

Aqui, o banco de capacitores de cada fase é dividido em duas partes iguais conectadas em paralelo e os pontos estrela de ambas as partes são interconectados através de um transformador de corrente. As secundárias do transformador de corrente estão conectadas através de um relé sensível à corrente. Em caso de qualquer desequilíbrio entre as duas partes do banco, haverá uma corrente desequilibrada fluindo através do transformador de corrente e, portanto, o relé sensível à corrente será acionado. Neste esquema, para a descarga do banco após o desligamento, a bobina de descarga pode ser conectada entre os capacitores em cada fase.

Em outro esquema de proteção do banco de capacitores, o ponto estrela de um banco de capacitores trifásico está conectado ao solo através de um transformador de corrente e um relé sensível à corrente está conectado através da secundária do transformador de corrente. Assim que houver qualquer desequilíbrio entre as fases do banco de capacitores, haverá uma corrente fluindo para o solo através do transformador de corrente e, portanto, o relé sensível à corrente será acionado para disparar o disjuntor associado ao banco de capacitores.

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