Função, Princípio de Funcionamento e Cálculo de Capacidade de Bancos de Capacitores

1. Princípio Fundamental de Funcionamento

A maioria das cargas elétricas em sistemas de energia industriais são cargas indutivas, como motores assíncronos, transformadores, máquinas de solda, lâmpadas fluorescentes e eletroímãs. Eletricamente, essas cargas podem ser consideradas como uma combinação de resistência e indutância conectadas em série. Como resultado, a corrente de carga fica atrás da tensão, gerando uma grande quantidade de corrente reativa indutiva e potência reativa.

 

A corrente total em um circuito consiste em dois componentes:

Corrente ativa, que está em fase com a tensão e realiza trabalhos úteis, como acionar motores e produzir calor;

 

Corrente reativa, que está atrasado em relação à tensão em 90 graus e é usado apenas para estabelecer e manter campos eletromagnéticos sem produzir trabalho eficaz.

Embora a corrente reativa não gere potência de saída útil, ela ainda ocupa a capacidade do transformador e da linha, aumenta as perdas do sistema e reduz a qualidade geral da energia. Esta é uma das principais causas de desperdício de energia em sistemas de energia industriais.

 

Em contraste, a corrente de um capacitor está adiantada em 90 graus em relação à tensão, que é oposta em fase à corrente reativa indutiva. Quando os capacitores são conectados em paralelo com cargas indutivas, a corrente reativa capacitiva compensa parte ou toda a corrente reativa indutiva, alcançando assim a compensação de potência reativa. Este é o princípio básico de funcionamento de um banco de capacitores.

2. Funções principais dos bancos de capacitores

Bancos de capacitoressão amplamente utilizados em sistemas de distribuição de energia industrial de baixa-tensão para melhorar o fator de potência, reduzir perdas de energia reativa, melhorar a qualidade da energia e obter economia de energia.

 

Suas principais funções incluem:

• Melhorando o Fator de Potência

A potência reativa capacitiva gerada pelos capacitores compensa a potência reativa indutiva da carga, reduzindo a diferença de fase entre tensão e corrente e melhorando efetivamente o fator de potência do sistema.

 

• Redução de perdas na linha e prevenção de sobrecarga

Ao reduzir a corrente reativa desnecessária no sistema, a corrente total da linha diminui proporcionalmente, o que reduz as perdas de energia em cabos e transformadores e ajuda a evitar sobrecargas causadas por energia reativa excessiva.

 

• Estabilizando a tensão da rede

Cargas indutivas pesadas geralmente causam quedas e flutuações de tensão, o que pode afetar a operação normal de equipamentos elétricos. A compensação do capacitor ajuda a estabilizar a tensão terminal e melhorar a confiabilidade da fonte de alimentação.

 

• Liberação da capacidade do transformador

A potência reativa ocupa parte da capacidade nominal do transformador, limitando sua capacidade de fornecer potência ativa. A compensação de potência reativa libera capacidade do transformador e melhora a eficiência de utilização do equipamento.

 

3. Estrutura e operação do gabinete Características

3.1 Componentes Principais

Um banco de capacitores-de baixa tensão padrão consiste principalmente em:

• Gabinete
• Barramentos
• Disjuntores
• Isolando interruptores
• Contatores CA
• Relés térmicos
• Pára-raios
• Capacitores de compensação
• Reatores em série
• Controladores automáticos de fator de potência
• Instrumentos de medição
• Sistemas de fiação primária e secundária
• Blocos terminais

 

3.2 Características Operacionais

O banco de capacitores opera automaticamente em condições normais e geralmente não requer intervenção manual de rotina. Ele inicia e para junto com o sistema de alimentação principal.

 

O recurso-inteligente integradocontroladormonitora continuamente as condições de carga e o fator de potência do sistema em tempo real. De acordo com a demanda de potência reativa, ele liga ou desliga automaticamente os bancos de capacitores para manter um estado de compensação ideal e minimizar as perdas de potência reativa.

 

Para manutenção de rotina, inspeções regulares devem ser realizadas para verificar:

• Vazamento ou inchaço de óleo do capacitor
• Ruído anormal ou superaquecimento
• Conexões de fiação soltas
• Cabos envelhecidos ou componentes danificados

 

4. Riscos de baixo fator de potência (potência reativa excessiva)

Se a compensação de potência reativa não for instalada em sistemas com grandes cargas indutivas, o fator de potência diminuirá significativamente, levando aos seguintes problemas:

• Correntes de linha mais altas aumentam as perdas térmicas em cabos e transformadores, resultando em maior consumo de energia e desperdício de eletricidade;
• A queda excessiva de tensão causa tensão de rede instável e reduzida, o que pode afetar o funcionamento normal dos equipamentos elétricos;
• A energia reativa ocupa a capacidade do transformador e limita a potência ativa disponível, reduzindo a eficiência de utilização dos equipamentos de distribuição de energia.

 

5. Método de Cálculo da Capacidade de Compensação Necessária

Método de dimensionamento empírico para aplicações industriais

Em aplicações práticas de engenharia, a capacidade de compensação necessária geralmente é considerada como aproximadamente um{0}}terço da capacidade nominal do transformador (unidade: kVAR).

Dependendo das características reais da carga e das condições operacionais, a capacidade de compensação está geralmente dentro de uma faixa de 30% a 40% da capacidade nominal do transformador.

 

Exemplo

Para um transformador de distribuição de 200 kVA:

Capacidade de compensação recomendada:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 kVAR

Portanto, geralmente é recomendado um banco de capacitores com capacidade entre 60 kVAR e 80 kVAR para atender-aos requisitos de compensação de potência reativa no local.