Explicação Detalhada de Problemas Comuns e Soluções para Capacitores de Alta Tensão
Problema de Tensão de Funcionamento do Capacitor
A magnitude da tensão de funcionamento de um capacitor tem um impacto significativo na sua vida útil e capacidade de saída, tornando-a um indicador de monitorização chave no sistema de barras da subestação. A perda de potência ativa dentro de um capacitor origina-se principalmente das perdas dielétricas e das perdas de resistência dos condutores, com as perdas dielétricas a representarem mais de 98%. As perdas dielétricas têm uma influência significativa na temperatura de funcionamento do capacitor. Esta influência pode ser quantificada pela seguinte fórmula:
Pr = Qc * tgδ = ω * C * U² * tgδ * 10⁻³
Onde:
- Pr representa a perda de potência ativa do capacitor de alta tensão
- Qc denota a potência reactiva
- tgδ é a tangente da perda dielétrica
- ω é a frequência angular da rede
- C é a capacitância do capacitor
- U é a tensão de funcionamento do capacitor
Como evidenciado pela fórmula acima, a perda de potência ativa (Pr) de um capacitor de alta tensão é diretamente proporcional ao quadrado da sua tensão de funcionamento (U²). Conforme a tensão de funcionamento aumenta, a perda de potência ativa aumenta rapidamente. Este aumento rápido leva a um aumento de temperatura, consequentemente afetando a vida útil da isolante do capacitor. Além disso, a operação prolongada do capacitor sob condições de sobretensão causará sobrecorrente, potencialmente danificando o capacitor. Portanto, os sistemas de capacitor de alta tensão requerem dispositivos de proteção contra sobretensão abrangentes.
▲ Impacto dos Harmónicos de Ordem Superior
Os harmónicos de ordem superior na rede elétrica também podem afetar adversamente os capacitores. Quando as correntes harmónicas fluem para um capacitor, elas se superpõem à corrente fundamental, aumentando o valor pico da corrente de funcionamento e da tensão fundamental. Se a reactivância capacitiva do capacitor corresponder à reactivância indutiva do sistema, os harmónicos de ordem superior serão amplificados. Esta amplificação pode causar sobrecorrentes e sobretensões, potencialmente levando a descargas parciais dentro do dielétrico isolante interno do capacitor. Essas descargas parciais podem desencadear falhas como inchaço e queima de fusíveis em grupo.
▲ Problema de Perda de Tensão na Barra
A perda de tensão na barra à qual o capacitor está conectado é outra preocupação crítica. Um capacitor que perde repentinamente a tensão durante a operação pode causar disparos no lado de fornecimento da subestação ou desconexão do transformador principal. Se o capacitor não for desconectado prontamente nessas condições, pode experimentar uma sobretensão danosa. Além disso, a falha em remover o capacitor antes da restauração da tensão pode levar a sobretensão ressonante, potencialmente danificando o transformador ou o próprio capacitor. Portanto, um dispositivo de proteção contra perda de tensão é essencial. Este dispositivo deve garantir que o capacitor seja desconectado confiavelmente após a perda de tensão e reconectado apenas depois de a tensão ter sido completamente restaurada ao normal.
▲ Sobretensão Induzida pela Operação do Disjuntor
A operação do disjuntor também pode gerar sobretensão. Como os disjuntores a vácuo são predominantemente usados para a comutação de capacitores, o rebatimento de contatos durante a operação de fechamento pode desencadear sobretensão. Embora estas sobretensões tenham um pico relativamente baixo, o seu impacto nos capacitores não deve ser negligenciado. Por outro lado, durante a abertura (desconexão) do disjuntor, as sobretensões potencialmente geradas podem ser significativamente maiores e podem furar o capacitor. Portanto, é essencial implementar medidas eficazes para mitigar a sobretensão produzida durante as operações do disjuntor.
▲ Gestão da Temperatura de Funcionamento do Capacitor
A temperatura de funcionamento dos capacitores também é um fator crítico. Temperaturas excessivamente altas têm um impacto negativo na vida útil e na capacidade de saída de um capacitor, necessitando medidas proativas de controle e gestão. Significativamente, a taxa de declínio da capacidade duplica para cada aumento de 10°C na temperatura. Capacitores operando por longos períodos sob campos elétricos elevados e temperaturas elevadas experimentam um envelhecimento gradual do seu dielétrico isolante. Este envelhecimento leva a um aumento das perdas dielétricas, desencadeando um aumento rápido da temperatura interna. Isso não apenas encurta a vida operacional do capacitor, mas, em casos graves, pode até mesmo levar a falhas devido a ruptura térmica.
Para garantir a operação segura dos capacitores, as regulamentações relevantes estipulam explicitamente:
- Quando a temperatura ambiente excede 30°C, os dispositivos de ventilação devem ser ativados para fornecer resfriamento.
- Se a temperatura ambiente atingir ou exceder 40°C, os capacitores devem ser desativados imediatamente.
Portanto, um sistema de monitorização de temperatura deve ser implementado para rastrear continuamente a temperatura de funcionamento dos capacitores em tempo real. Além disso, as medidas de ventilação forçada são cruciais para melhorar as condições de dissipação de calor, garantindo que o calor gerado seja expelido de forma eficaz e eficiente através de convecção e radiação eficazes.
