Um banco de capacitores é um grupo de vários capacitores com a mesma classificação que estão conectados em série ou paralelo para armazenar energia elétrica em um sistema de energia elétrica. Capacitores são dispositivos que podem armazenar carga elétrica criando um campo elétrico entre duas placas metálicas separadas por um material isolante. Os bancos de capacitores são usados para diversos propósitos, como correção do fator de potência, regulação de tensão, filtragem harmônica e supressão de transientes.
O fator de potência é uma medida de quão eficientemente um sistema de energia AC (corrente alternada) utiliza a potência fornecida. É definido como a razão entre a potência real (P) e a potência aparente (S), onde a potência real é a potência que realiza trabalho útil na carga, e a potência aparente é o produto da tensão (V) e da corrente (I) no circuito. O fator de potência também pode ser expresso como o cosseno do ângulo (θ) entre a tensão e a corrente.
Fator de potência = P/S = VI cos θ
O fator de potência ideal é 1, o que significa que toda a potência fornecida é convertida em trabalho útil, e não há potência reativa (Q) no circuito. A potência reativa é a potência que flui de ida e volta entre a fonte e a carga devido à presença de elementos indutivos ou capacitivos, como motores, transformadores, capacitores, etc. A potência reativa não realiza nenhum trabalho, mas causa perdas extras e reduz a eficiência do sistema.
Potência reativa = Q = VI sin θ
O fator de potência de um sistema pode variar de 0 a 1, dependendo do tipo e quantidade de carga conectada a ele. Um fator de potência baixo indica uma alta demanda de potência reativa e uma utilização pobre da potência fornecida. Um fator de potência alto indica uma baixa demanda de potência reativa e uma melhor utilização da potência fornecida.
A correção do fator de potência é o processo de melhorar o fator de potência de um sistema adicionando ou removendo fontes de potência reativa, como bancos de capacitores ou condensadores síncronos. A correção do fator de potência tem vários benefícios tanto para a concessionária quanto para o consumidor, tais como:
Reduzir as perdas nas linhas e melhorar a eficiência do sistema: Um fator de potência baixo significa um alto fluxo de corrente no sistema, o que aumenta as perdas resistivas (I2R) e reduz o nível de tensão no final da carga. Ao aumentar o fator de potência, o fluxo de corrente é reduzido, e as perdas são minimizadas, resultando em um nível de tensão mais alto e melhor desempenho do sistema.
Aumentar a capacidade e a confiabilidade do sistema: Um fator de potência baixo significa uma alta demanda de potência aparente da fonte, o que limita a quantidade de potência real que pode ser entregue à carga. Ao aumentar o fator de potência, a demanda de potência aparente é reduzida, e mais potência real pode ser fornecida à carga, resultando em uma maior capacidade e confiabilidade do sistema.
Reduzir as tarifas e penalidades da concessionária: Muitas concessionárias cobram taxas extras ou impõem penalidades para consumidores que têm um fator de potência baixo, pois eles causam mais carga na rede de transmissão e distribuição e aumentam seus custos operacionais. Ao aumentar o fator de potência, essas taxas ou penalidades podem ser evitadas ou reduzidas, resultando em contas de energia mais baixas para os consumidores.
Um banco de capacitores funciona fornecendo ou absorvendo potência reativa do sistema, dependendo de seu modo de conexão e localização. Existem dois tipos principais de bancos de capacitores: bancos de capacitores shunt e bancos de capacitores em série.
Os bancos de capacitores shunt são conectados em paralelo com a carga ou em pontos específicos do sistema, como subestações ou alimentadores. Eles fornecem potência reativa líder (Q positivo) para cancelar ou reduzir a potência reativa defasada (Q negativo) causada por cargas indutivas, como motores, transformadores, etc. Isso melhora o fator de potência do sistema e reduz as perdas nas linhas.
Os bancos de capacitores shunt têm várias vantagens sobre outros tipos de dispositivos de compensação de potência reativa, como:
São relativamente simples, baratos e fáceis de instalar e manter.
Podem ser ligados ou desligados conforme a variação da carga ou a necessidade do sistema.
Podem ser divididos em unidades menores ou etapas para fornecer mais flexibilidade e precisão no controle de potência reativa.
Podem melhorar a estabilidade e a qualidade da tensão no final da carga, fornecendo suporte reativo local.
No entanto, os bancos de capacitores shunt também têm algumas desvantagens ou limitações, como:
Podem causar problemas de sobretensão ou ressonância se não forem projetados ou coordenados adequadamente com outros dispositivos no sistema.
Podem introduzir harmônicos ou distorções no sistema se não forem filtrados ou protegidos adequadamente.
Podem não ser eficazes para longas linhas de transmissão ou cargas distribuídas.
Os bancos de capacitores em série são conectados em série com a carga ou a linha de transmissão, reduzindo a impedância efetiva do circuito. Eles fornecem potência reativa defasada (Q negativo) para cancelar ou reduzir a potência reativa líder (Q positivo) causada por cargas capacitivas, como cabos longos, linhas de transmissão, etc. Isso melhora a regulação e a estabilidade da tensão do sistema.
Os bancos de capacitores em série têm algumas vantagens sobre os bancos de capacitores shunt, como:
Podem aumentar a capacidade de transferência de potência e a eficiência de longas linhas de transmissão, reduzindo as perdas nas linhas e o queda de tensão.
Podem reduzir a corrente de curto-circuito e o nível de falha do sistema, aumentando a impedância do caminho de falha.
Podem melhorar a resposta transitória e a amortecimento do sistema, reduzindo a frequência natural e as oscilações.
No entanto, os bancos de capacitores em série também têm algumas desvantagens ou limitações, como:
Podem causar problemas de sobretensão ou ressonância se não forem projetados ou protegidos adequadamente. Por exemplo, durante uma condição de falha, a tensão sobre o capacitor pode subir até 15 vezes o valor nominal, o que pode danificar o capacitor ou outros equipamentos no sistema.
Podem introduzir harmônicos ou distorções no sistema se não forem filtrados ou compensados adequadamente.
Podem não ser eficazes para baixas tensões ou cargas distribuídas.
O tamanho de um banco de capacitores depende de vários fatores, como:
A melhoria desejada do fator de potência ou a compensação de potência reativa
O nível de tensão e a frequência do sistema
O tipo e a localização do banco de capacitores (shunt ou série)
As características e variação da carga
