e Gestão de Energia Eléctrica

summary

ENGENHARIA

ELECTROTÉCNICA:

ENERGÉTICA

Energia Reactiva

e Gestão de Energia Eléctrica

António

do Carmo

Pereira

Pinto

resumo

A correcção do factor de potência implica que

a maioria da potência reactiva seja gerada jun-to às cargas

consumido-ras, através de conden-sadores colocados em

pa-ralelo. Este apoio à trans-missão de potência reac-tiva na rede, prov

iden-da o aumento da capa-cidade de potência acti-va.

1.

Generalidades

A partir do início do ano de 1990 entraram em vigor as novas condições de facturação de ener-gia eléctrica reactiva. Assim, nas

condições do tarifario nacional os consumidores cuja potência factu-rada é calculada em quilowatt

(kW) e cuja energia reactiva,

me-dida fora das horas de vazio exce-der a corresponden te a tan cp = 0,4

indutiva. será facturada a um pre-ço por q uilov a r-h or a igual a 2$66/kVArh em MT (preços de

1991 ). Até ao início de 1990 ao consumidor com potência

con-tratada em kW só lhe foi factura-da a energia reactiva que excedeu a correspondente a tan cp = 0,6

in-dutiva.

Este novo 1im ite (tan cp = 0,4)

pode acarretar para os

consumido-Eng. Elect. (I.S.T.)

Electricidade de Portugal - [DP

res significativ O aumento da

fac-tura de electricidade.

Define-se tan cp pejo quociente

entre a energia reactiv a medida em determinado penodo e a energia actix a medida nes -e mesmo peno-do. Será considerada indutiva a tan ff correspondente a consumos

de energia reactix a e capacitiva a correspondente a fornecimentos de energia reactix a à rede.

A energia reactiv a emitida para a rede duran te as horas de \ azio sera facturada a um preço 'por quilovar-hora igual a 2S00/kVArh

em MT (preço de 1991).

A EDP serve-se da tan f{J para facturar a energia reactiva. Como se referiu, a partir do início do ano de 1990 o limite pavsou do corres-ponden te a tan cp = 0.6 para ta n cp =

=0,4.

A título e xern plificativo a Fran-ça já utiliza há muito tempo o li-mite correspondente a tan cp = 0,4

e a Alemanha Federal a tan cp =

= 0,2 pelo que se depreende que este último país penaliza bastante o consumo de energia reaotiva.

2.

Compensação de

potên-cia reactiva

Uma rede de energia eléctrica te m corno função transportar a

244

Power factor correc: tion implies that lhe mCL jorit y

oi

the reactive

po-wer is generated close to the load by means oj a shunt capacitor. This re: lieves lhe transmissíon

network of reactive

po-wer, this providing

capa-city for active

power.

potência desde a fon te até aos aparelhos de utilização.

Numa rede de corrente alterna-da, a potência aparente S tem duas componentes: a potência activa P e a potência reactiva

Q

ligadas por

uma desfasagem 'T entre a corren-te e a corren-tensão:

s

=

U I

Q

tan ç == --p

A primeira (P) é conhecida co, mo útil a outra (Q) aparece como

A· • ••

urna potencia parasita cuja circu-lação pela rede provoca fenóme-nos indesejáveis.

Se se considerar o elemento de rede reduzido à impedância lon-gitudinal Z = R

+

[X, os trânsi-tcs de uma potência activa P e de uma potência reactiva

Q

através deste elemento produzem perdas activas da forma

Vê-se o interesse economico em reduzir a potência reactix a para reduzir as perdas. Corno as cargas alimentadas por uma rede absor-vem ern geral potência reactiva (Q) procura-se compensar esta po-tência através de geradores colo-cadcs perto dos centros de

consu-mo.

Se se considerar de novo o ele-mente de rede simplificado, a que-da de tensão atrax es deste elemen-to é dada pela expressão

RP

_+_À_·_Q+

~n

jX P _ RQ

J!2

~v

=

Põe-se então em evidência que o trânsito da potência reactiva é

uma das componentes da queda de tensão, de tan ta importância que o seu valor é tanto maior quanto

maior for a razão X

I

R. como é o caso nas redes de transporte em muito alta tensão (MA T).

A compensação da p o t ê n c ia

reactiva reduz as quedas de tensão e permite obter níveis de tensões elevadas.

É claramente evidente que a

compensação de energia reactiva

Q

e a segurança da tensão estão intimamente ligadas e

indissociá-•

\eIS.

Para certas aplicações é neces. sario compensar variações rápidas de tensão prox ceadas pelas cargas de carácter pulsatório (acelerado-res de partículas, os laminadores que têm caracter Intermitente e os fornos de a rco que têm varia-ção aleatória, responsáveis pelo

f'licker).

A poluição da rede pela produ-ção de harmónicas é um

proble-ma preocupante, dada a prolifera-ção da aplicação drs aparelhos e lect rón icos de potência,

essencial-mente rectificadores e ondulado-res. Este' aparelhos comportam-se

como fontev de correntes harmó-nicas, podendo atingir valores im-portantes quando há ressonância na rede ou por sobreposição dos efeitos de variações das fontes de harmónicas. A ressonância apare-ce quando existem condensadores nas redes, para compensação da energia reactiva.

Os e f e itos perturbadores das harmónicas depende do tipo de cargas: aquecimento e perdas nos cabos, maquinas rotativas e con-densadores, defeitos nos aparelhos de regulação e ainda perturbações nos circuitos de telecomunicações vizinhos.

As instalações de electrónica de potência absorvem potencia reac-tiva. Por isso, em certos casos, além da filtragem será necessário prever meios de compensação.

A compensação de energia reac-tiva pode ser feita por maquinas rotatix as ou por condensadores. As máquinas podem ser síncronas ou assincronas compensadas. Actual-mente. salvo raras excepções o em-prego das maquinas rotativas está a ser abandonado pela sua man

u-tenção onerosa. Praticamente uti. lizarn-se os condensadores agrupa-dos em bateriais, que se inserem na rede em paralelo (compensação

shunt) ou em série (compensação serie ).

Como os condensadores têm ele-mentos de \ ariação discreta as

manobras no caso da

compensa-ção shunt não permitem seguir

va-riações rápidas da potência reacti-va. É preciso associar indutâncias

agru padas a transistores para cons-tituir compensadores estatísticos de potência reactiv a (CER) (ver Fig.

4). Estes dispositivos permitem fornecer e absorv er potência reac-tiva com baixos tempos de rev-posta.

No caso de se exceder os limi-tes adrnissn eis de harmónicas. po-de-se reduzir a severidade das

per-turbações prox ocadas por um equi-pamento gerador de correntes har-mónicas. ligando-o a um ponto da rede de potencia de curtocircuito

mais elevada ou mesmo ligando-o a um nivel de tensão superior ou então actuando directamente no equipamento perturbador de modo a modificar as características das correntes harmónicas (modifica-ção da crdem das harmónicas. al-teração da ligação dos

tranforma-dores e o número das fase, dos

rectificadores). Se as soluções an-teriores não poderem ~er utiliza. das então e preciso recorrer à fil-tragem das correntes produzidas.

3.

Compensação

da

ener-gia reactiva

nas redes

industriais

3.1. Tensão, energia reactiva e ins-talações industriais

As mstalações industriais estão

ligadas a rede pública de energia

eléctrica em muito alta tensão MAT (225 kV e 150 kV), em alta tensão AT (60 kV) e em Média Ten~ão MT (30 kV, 15 kV e 10

k V), segundo a sua importancia.

É evulen te que a sua utilização

pelos apare I h os de utilização é

feita na ordem dos 5 kV a 10 kV e em BT (400/230V)

Esquematicamente. há dois

ri-pos de instalações industriais:

• A<; que possuem um transf or. mador IvIAT IMT ou AT IMT

alimentando uma rede de MT onde estão ligados os

rccep-teres:

• A' que possuem um ou vários transformadores de ~1T IBT

alimentando uma ou vária redes de BT pouco extensas. A tensão aos terminais das má-quinas utilizadoras poderá ser re;

EJ.ECTRICIDADE - N," 280 - IL LHO/AGOSTO

gulada por meios diferentes:

• No primeiro caso a tensão da rede de MT pode ser ajustada por acção de um regulador de tensão incorporado no trans-formador A T/~1T segundo a prática da rede pública. É

possível ainda regular a ten-são a mvel da MT dos trans-formadores utilizando as

toma-das em vazio de que geral-mente são equipados;

• No segundo caso o único sis-tema de regulação directa de tensão é constituído pelas to-madas em vazio do

transfor-mador de 11T/BT, que per-mite somente actuar sobre o valor médio da tensão.

A potência reactiva (Q) põe pro-blemas idênticos nos dois tipos de instalação. A circulação desta po-tência reactix a nos

transformado-res e nos condutotransformado-res de circulação acarreta um aumento de perdas por efeito de Joule e quedas de

tensão Para contornar estes in-convenientes, na ausência de me-didas de compensação de potência reactiva, é necessário sobredimen,

sionar os transformadores, os con-dutores e igualmente a aparelha-gem de comando. Uma

visualiza-ção deste problema é sugerida nas figuras ] a 3.

Considere-se o exemplo seguin-te. Uma carga trifásica equilibra-da absorve uma potência activa P

que e alimentada por uma tensão

V" a partir de um transformador e por um cabo cuja resistência e reactância são R e X. Consideran-do um transformador MT /400V

de potência n o m in a I S;

==

200 kV A, resistência e reactância de curtocircuito respectivamente l% e 40/0, que alimenta uma carga de

60 kW por intermédio de um cabo de cobre de secção 3 X 50

+

35

mm? e de 100m de comprimento e cuja resistência e reactância

li-246 G,25 L. 2,78 2_,01. 1,56 1,23 1

®

~

®

0

O

@

(0 O

0,4 0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1 11,11

-Seccc,e_I cos ~\ 0,3

fig. 1 - Secção relativa a adoptar para os condutores segundo o valor do cos q> para transmitir uma certa potência activa, mantendo

o mesmo valor das perdas de Joule na linha

P IkW)

100 -50

o+---+---,---,----~----~

1 0,8 0,6

o.,

0,2 cos

1

fig. 2 - Potência activa disponível so-bre uma dada linha para uma dada po-tência aparente (5) transportada (100 kV A) em função do factor de potência

-

I 98 • . l ~ --!.I t: 97

-I '-:õ) 96 r ~

r-,

-,

-

1\

\

~ 95 94 93 1 _{0,6 0,2 COS)} 100 _{60 20 P (kW)}

Fig. 3 - Variação do rendimento de um transformador trifásico com a po-tência aparente de 100 1..VA utilizado à potência nominal para diversos

fac-tores de potência

near é de 0,36

n/km

e 0,1

n/km.

O conjunto do transformador e cabo apresentam uma resistência

R

==

0,044

n

e uma reactância

X

==

0,042 Q a 400V.

Adm itarn-se duas condições: a primeira com uma carga em que

o factor de potência é cos 'PI

==

1 e

o 2." condição para cos 'P2

==

0,5;

en tão ter-se-à: I,

==

86,6A .lU

==

1,65Ofo Pi,

==

990W para cos 'P2

==

0,5 I,

==

211

==

173,2A U2

==

2)65~V

==

4,370/0 Pj]

==

4Pjl

==

3960W sendo Pj/ e Pj2

==

perdas por

efei-to de Joule e sU

==

queda de

ten

-sao.

Daqui verifica-se que as perdas por efeito de Joule são quatro ve-zes maiores e a queda de tensão aumenta consideravelmente quan-do o cos i passa de valor 1 para 0,5.

Pode-se observar ainda que um consumo muito elevado de energia

reactiva pode obrigar a substituir prematuramente um

transforma-dor de alimentação. Isto pode-se explicar esquematicamente da ma-neira seguinte: Seja S, a potência aparente de um transformador, alimentando uma instalação que

absorve uma potência activa P e uma reactiva Q tais que S"

>

>

(P2

+

Q2)I,2. Se se instalar uma

nova máquina com a potência ac-tiva p e uma potência reactiva q

então o conjunto absorve P'

==

==

p

+

p e Q'

==

Q

+

q então a nova potência aparente da instala-ção é S'

==

(P2

+

Q'2)1/1 e seja

S'"

>

SI/' Poder-se-à evitar su bsti-tuir o transformador se a com-pensação de potência do tranfor-mador ainda não estiver total-mCJ!1te feita.

QUADRO 1

Factores de potência mais correntes

0°0 0,17 5,80

25°'0 0,55 1.52 Motores assincronos, com carga a: 50 °0 0,73 0,94

75~'0 0,80 0,75

1009'0 0,85 0,67

Aparelho cos cp tan cp

---

---Lâmpadas de incandescência Lâmpadas fluorescentes Lâmpadas de descarga Fornos de resistência Fornos de indução

Fornos de aquecimento eléctrico

Máquinas de soldar por resistência

Postos estáticos monofásicos de soldagem a arco

Grupos rotativos de soldagem por arco Transf orrnadores-recti Iu.adores de soldagem

por arco

Fornos a arco

Concluindo: para um utilizador, a energia reactiva absorvida em excesso provoca um aumento no-tavel das quedas de ten ão e um acréscimo nas despesas:

a) No custo inicial: no investi-mento pelo sobre dimensiona-mento da aparelhagem;

b) No custo da exploração:

pe-la diminuição do rendimento (t ransforrnadores e cabos), d imin uição da capacidade de transporte (cabos e transfor-madores) e pela factura de energia reactiva.

1.2. Melhoria do factor de

potên-•

ela

3.2.1. Causas dos fracos valores

do factor de potência (cos 'P) 1 0,5 0,44 a 0,6

o

1.73 2,29 a 1.33 Observações

Estas lâmpadas são geralmente compen-sadas na origem. Ocos fP é então

sa-tisfeito

Salvo se a regulação é feita por tiristores

1

°

Este valor supõe uma compensação por condensadores previstos pelo constru-tor

Salv o se a cornpensacão foi prevista pelo construtor

0,85 0.62

Salv o para os fornos UH P (0.7) 0,8 a 0,9 0.75 a 0,48

3.2.2. Acção directa sobre as

causas do mau [actor de potência (cos cp)

0,5 0,7 a 0,9

1.73 1,02 a 0,48

Do referido é necessário ev itar ns marchas em \ azio ou com fra-ca fra-carga dos motores e dos trans-formadores. Assi m:

0,7 a 0,8 1,02 a 0,75

• Nas instalações novas é ne-cessário dimensionar os equi-pamentos para cargas nom

i-nais, de acordo com a sua es-pecificidade, e dotados de co-mandos manuai e automáti, cos adaptados às situações.

• Nas 1nstalações antigas, q ue r

sejam de motores ou transfor-madores, recorrer a soluções simples e clássicas tais como:

0,8 0,75

o

Quadro 1 dá urna indicação dos valores de cos cp para alguns

equipamentos e sua variação con-forme a construção e condições de utilização.

Numa instalação bem dimensio-nada o valor de cos 'f mais con \

e-niente é aquele que cada máquina

tem quando absorve uma potência electnca proxima da potência

no-minal.

A potencia reactiva consumida

, , ,

e apenas a necessaria a sua ma-gnetização, quer seja nos transf'or,

madores ou nas máquinas as Ín-cronas, e que é independente da

potência activa consumida Do quadro \ eri fica-se q ue o factor de potencia (cos 'f) é mau nos trans.

f'orrnadcres e motores assíncronos quando estão em \ azio ou com fraca carga.

t uar u ma regulação de tensão

naquela rede ajustando os trânsitos de potência reactiva. - Para os motores utilizar

uma ligação em estrela em vez de triângulo para fra-cas cargas e de longa dura-ção (sob o ponto de vista de rede a impedância

equi-,

\ alente do motor aSSlncro-no e 3 vezes menor na liga-ção em triângulo do que a ligação em estrela). Outro aspecto e substituir os co,

mandos manuais por

co-mandos automaticos para reduzir o tempo de

f'uncio-.

namento em \ azio.

- Para os transformadores.

poderá recorrer-se ao e\ en-tual emprego de um trans.

formador complementar pa-ra alimentar circuitos

espe-cíficos, por exemplo de ilu-minação. e de segurança, que funcionam nas horas de \ aZIO.

3.2.3. Meios indirectos de me-lhorar os cos <p

.

Consiste em fornecer energia reactiva a carga atrav és de

dispo-sitiv os de compensação que se li-gam a toda ou a parte da

instala

-çao.

-a) Dispositiv os de cornpensaçao

-Os dispositivos de cornpensaçao são: as máquinas rotativas e os condensadores.

As máquinas rotativas são do tipo síncrono e assíncrono

sincro-nizado, mas o seu emprego está a restringir-se cada vez mais, devido aos problemas da sua conserva-ção, que são demasiado onerosos. São os condensadores estáticos que ultimamente têm mais aplica-ção. Estes são reagrupados em série ou em paralelo para consti-tuir baterias de condensadores, po-dendo ser ligados directamente em baixa, média e alta tensão.

Rede

b) Determinação da potência reactiva a compensar

Podem apresentar-se dois casos, ccnfcrme a carga é c o n s t a n t e (uma só máquina) ou variável (vã-rias máquinas).

b 1) Carga constante

Uma máquina absorve a potên-cia activa P e reactiva

Q.

Estes valores pojem ser da dos pelo Construtor ou determinados por medida efectuada por wattimetro, .varírne.tro ou ainda por voltíme-tro, amperímetro, fasírnetro e va-ler de tan tp

==

Q/

P. Se a máquina

for compensada per uma bateria de condensadores e a tan tp

dimi-.

-"

.

nuir para tan 11'1, entao a potencia

da bateria de \ e r á ser

Q(

==

P

(tan c; - tan 'rI) .

b2) Carga variável

Este caso é o mais vulgar. Por isso e necessário ter um valor mé-dio da tan f da instalação e que

de vera ser corrigido para um valor desejado. De acordo com o tarifá-rio nacional deve ser tan tp <0,4.

No Quadro II são indicados va-leres de energia activa e reactiva de um determinado consumidor

•

industrial correspondente a CInco meses do ano.

"3.2.4. Escolha do modo de ex-ploração

Cada caso é um caso específico. No entanto é de mencionar que o efeito dos condensadores sobre as

248

Pttl,QttJ

Lt.t.C fR/CIDADE - N," 280 -JULHO/AGOSTO

carga

L

Fig. 4 - Compensador estático de ener-gia reacuva. Princípio (CE R)

P(t) - potência activa no instante t

0(1) - potência reactiva no instante t

Aos condensadores ainda se po-dem associar bobinas indutoras

co-mandados por tiristores, permitin-do realizar sistemas inteiramente estáticos (CER), capazes de produ.

zir e absorv e r potência reactiva de maneira continua entre dois

li-.

mites. A figura 4 ilustra o pnnci,

pio de tal sistema.

O comando dos riristores e do tipo controlo de fase. quer dizer, que em cada meio penedo de on-da on-da tensão de 50 Hz, a passagem da corrente só é autorizada após

um certo tempo, variável

volunta-riamente em certos limites.

Este comando pode ser muito rapido « IO rns) tendo em conta

os fracos valores das constantes de tempo dos circuitos dos t

iristo-res. Pode-se a-sim efectuar em ca-da instante uma compensação op;

rima, pois o sistema pode ser co-mandado por flutuações da potên-cia reactiva absorv ida por um

apa-relho ou por uma instalação.

Dado o preço de um compensa-dor estático ser ainda elex ado só

é utilizado em casos particu lares, tais como:

.

• Quando for necessario agir muito rapidamente para com-pensar \ ariações de potência reactiva, como por exemplo as variações prod uzidas pe 10\

fornos de arco.

• Numa rede de interligação quando for necessário

efec-QUADRO 2

Consumidor industrial durante cinco meses do ano

Energia reac- Energia rcac-Meses Energia Energia tan rp tiva correspon- t iva a

com-activa reactivo médio _{dente a} pensar

lMW} [Mvar ] _{tan sp}

=

_{0.4 ['vi"ar)}

Novembro 18 19,4 1,078 7,2 12.2

Dezembro 22 21,2 _OJ964 8J8 12,4

Janeiro 25 25 1 10 15

Fevereiro 21 21 0.913 9,2 11.8

Março 22.4 22,4 1,12 8 14.4

perdas e sobre a queda de tensão se faz sentir a montante do ponto de ligação. A figura 5 dá uma ideia do referido. Na figura são indicadas as diferentes possibilida-des e os modos de compensação praticamente realizados.

Distin-guem-se:

o Compensação individual:

Ca-da aparelho é munido do seu condensador individual de p,o-tência apropriada. A

determi-nação desta potência

necessi-ta evidentemente de uma me-dida de potência absorvida por cada aparelho. Tecnica-mente esta solução é a ideal.

• Compensação por grupo: Esta solução pode ser interessante para certas instalações onde o

trabalho realizado é diferen-ciado.

• Compensação global ao nível da baixa tensão e da média tensão: Esta solução convém para as pequenas e por vezes para as grandes instalações, nomeadamente nos casos on-de a bateria on-de conon-densadores é fraccionada em duas ou três partes e em que a ligação dos escalões é feita automati-camente conforme as neces-sidades da potência reactiva absorvida.

• Custo da energia reactiva fac-turada anualmente e o custo anual das perdas

suplernenta-res provocadas pela circula-ção da potência reacriv a nos

elementos da instalação a que diz respeito. Eventualmente será conveniente acrescentar o custo suplementar

prove-niente de um reforço anteci-pado de certos elementos, os

inconvenientes sanados (aque-cimentos suplementares nas máquinas, etc.) e a melhoria da estabilidade da tensão.

• Custo da instalação da bate-ria de condensadores, incluin-do o custo incluin-dos aparelhos ane-xos de comando, protecção, controlo e a sua reduzida ma-nutenção

I r

T

É preciso fazer uma compara-ção actualizada do conjunto destes custos num período de tempo ra-zoável, que se pode estimar entre 5 a 10 anos.

a

-,'11

3.3.1. Cálculo sim pliiicado da amortização de uma ba-teria de condensadores

r _c

Seja uma instalação industrial de baixa tensão e de tarifa de lon-gas utilizações com os segum tes consumos mensais:

Energia Activa = 25000 kWh Energia Reactiva = 28500 kvar

b

correspondentes a 200 horas de fun ci onamento. Pretende-se q ue a tan If seja igual a 0,4 o que

corres-ponde a cos 'i

-=

0,928.

Como a instalação tem

tan li

=

28500 25000 r c I , 14

então a bateria de condensadores necessária é de c r d c r e

Fig. 5-Representação esquemática dos diferentes modos de compensação (C-condensador, M-motor, T-transformador)

a) Sem compensação

b) Compensação individual c) Compensação por grupos d) Compensação global (BT) e) Compensação global (MT)

3.3 .. Aspectos económicos da com-pensação da energia reactiva

o

estudo técnico deve ser com-pletado por um estudo económico permitindo comparar os ganhos realizados pela instalação de con-densadores. O estudo deve ter em conta:

baterias de condensadores seja co-mandada por um relé varirnétrico

_,

que mede o valor da energia reac, tiva (ver Fig. 6). Numa instalação individual um simples comutador

horario põe fora de serviço os con-densadores quando as máquinas estão paradas. Na Rede Nacional dos 60 kV, onde normalmente a rede primária liga as baterias de

condensadores, é o interruptor ho-rário que liga as baterias quando os consumos começam a crescer e as desliga quando os consumos co-meçam a diminuir.

25000

Q

==

200 (1 ,14 - O)4)

==

==

92,5 kvar.

o

custo total aproximado de uma bateria de condensadores em baixa tensão de 100 kvar com 5

escalões de 20 kvar, automatiza-da, com rele varirnétrico e de 290000$00.

Sem a bateria pagar-se-ia

(28 500 - 0.4 X 25 000) X 0,3 X

X 8...81

==

48 895S50 a mais. (No-ta: 8S81 corresponde à tarifa das

horas cheias).

Período de amortização aproxi-mado

==

290000$00

==

5 93

==

6

48 895$50 ' meses.

(Estes \ alores são de 1989).

3.4 Observações práticas impor-tantes

3.4.1. Condensadores e

harmô-.

nicas

Num projecto de instalação de baterias de condensadores é neces-sário efectuar um estudo, no que se refere ao aparecimento even-tual das ressonâncias nas

frequên-cias superiores a 50 Hz.

Não se deve esquecer que os sis-temas electrónicos de potência (pon tes de rectificadores e ond ula-dores) absorvem correntes muito deformadas. e devem ser conside-radas como geradores de harmóni-cas. Se uma instalação comporta tais equipamen tos, devem ser da-das ao construtor das baterias de condensadores todas as informa-ções dos referidos equipamentos para que possa elaborar um estu-do estu-do risco das ressonâncias e

po-der adoptar a potência das bate-rias de condensadores mais ade-quada.

250

3.4.2. A provação do Distribui-dor Público

Na MT é preciso que o Distri-buidor Público aprove a insta-lação de baterias de condensado-res, para ev itar perturbações na rede pública, sobretudo no que res-peita ao envio para a rede de ener-gia reactiva.

3.4.3. A parelhagem anexa

Os aparelhos de comando

(in-terru ptores, disjuntores, etc.) de-vem ser especialmente concebidos (mais rápidos que 05 normais)

pa-ra estabelecer ou cortar corrente reactix a capacitativa.

Os aparelhos de protecção das

baterias de condensadores e que lhes são exteriores (f usiv eIS, indu-tâncias de carga) devem ser sufi-cientemente dimensionados para evitar disparos intempestivos nos regimes transitórios de corrente ou tensão.

Os aparelhos de controlo podem simplesmente consistir em um am-perímetro e um voltímetro asso-ciados a um dispositivo de contro-lo de tensão para cada uma das fases (1âmpadas testemunho).

3.4.4. Regulação automática de baterias de condensadores

É preciso pôr os condensadores fora de serviço quando a instala-ção não absorve potência reactiv a. Com efeito é necessário evitar, por um lado, para o consumidor, a facturação de energia activa cor-respondente a perdas ocasionais na sua instalação pela circulação da corrente da bateria e, por outro lado, para a rede de distribuição, o reenvio de energia reactiva.

Numa compensação global bas-ta que a ligação e desligação das

4.

Algumas

regras de

se-gurança

Os condensadores devem ser co-locados em recinto de acesso di-recto e bem ventilado.

O pavimento do recinto deve ser realizado de modo que no caso de fuga acidental do dieléctrico não possa poluir as águas superficiais e as toalhas friáticas.

É necessário ligar as baterias e

todos os seus acessórios à terra

equipotencial.

É preciso prever um dispositivo

de descarga eficaz e nunca tocar nas baterias de condensadores en-quanto os seus terminais não esti-verem curtocircuitados e ligados à

terra.

5.

Sobretensões

e

sobre-cargas admissíveis

Segundo as Normas CEI os con,

densadores devem suportar por pe-ríodos longos uma sobretensão da ordem de 1,1 V,I e uma sobrecar-ga na ordem de 1,3 III. sendo VII e

III as tensões e correntes nominais.

6.

Harmónicas

As tensões harmónicas de or-dem 3, 5, c 7 são as mais impor. tantes.

I o

1

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1

MVA.R •

1

SG :3

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SG 1 1 00 2 00 t (ho ra s ) _TC 6

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3 Cc, Zona de subcompensaçao Zona de sobrecompensaçao

Fig. 6 - Ilustração da lei de comando de um relé varimétrico

Q - Potência reactiva absorvida pela rede

O; - Potência reactiva dos condensadores

se},

S02'

se

3 e S'G, - quatro partes que constituem a bateria

O relé compara a energia segundo a seguinte lei:

2

2

A existência de tensões harmó,

nicas no ponto de ligação da ba-teria de condensadores pode acar-retar aquecimentos exagerados nos condensadores e por consequên-cia perda nos dieléctricos. Este aquecimento pode ser acentuado se a bateria constituir com as in.

ductâncias da rede (transforma-dor, linhas) um circuito

ressonan-te a uma frequência vizinha de certas harmónicas. A condição de ressonância dum circuito LC para

urna harmónica de ordem n é:

sendo L e C a indutividade e

ca-pacidade do circuito e w a fre-quência a n g u 1a r das grandezas eléctricas.

A fórmula anterior, após o seu tratamento pode apresentar a for-ma

100 S",

Q

==---p n2

Para um transformador de po-tência nominal S; == ] 00 MV A e tensão de curtocircuito p ==10 0/0

a ressonância para a harmónica de ordem 5 é

Q

==4 Mvar.

As harmónicas de ordens 5 e 7 são as mais perigosas, dado que a harmónica de ordem 3 é

inof'ensi-4

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'----Fig. 7 - Esquema da instalação de uma bateria de condensadores numa subes-tação MAT/AT

1 - Seccionador de agulhagem

2 - Disjuntor

3 - Seccionador de isolamento com f a-cas de terra

4 - Indutância de choque (e\ entual) 5 - Meia bateria de condensadores 6 - Transformador de corrente

va para as montagens de baterias com o neutro isolado.

7.

Disposições

práticas

Antes da instalação de baterias de condensadores dex e-se verificar se existe algum ponto onde haja tensões harmónicas.

Adoptar para as baterias insta-ladas nas subestações AT/MT uma potência muito afastada da correspondente à ressonância.

Instalar as baterias de MT com o seu neutro isolado, para que as harmónicas de ordem 3 e suas múltiplas não possam circular.

Utilizar bobinas arui-harrnóni,

cas em série com a bateria e a ins-talação desta última deve ser feita num ponto onde as tensões harmó-nicas sejam importantes.

8. Protecção de Baterias

8.1. Baterias na rede de MT (ver Fig. 8)

8.1.1. Protecções de exploração das baterias na rede de

AII

A protecção destinada à segu-rança das pessoas adstritas a ex-ploração pode ser realizada:

• por indutâncias de descarga montadas em V:

• por um dispositix o mecânico que assegura a ligação à

ter-ra das ligações que

curtocir-cuitarn Os term inais da fase e do neutro quando se abre a porta de acesso ao recinto

onde estão montadas.

.Â. protecção contra os defeitos

internos dos elementos de conden-sadores e realizada por um relé de desequilíbrio (Fig. 8b). O relé de-ve ter em conta a tolerância dos condensadores - 5 % a

+

100'0.

Quando há mais de um bloco de baterias é de prever protecção contra as harmónicas. Para a so-bretensão o relé deve ter dois es-tádios, um de alarme e outro de disparo.

8.1.2. Protecção contra curto-circuitos

Esta protecção, destinada a iso-lar a bateria do barramento em

MT em caso de curtocircuito, é

constituída por disjuntor equipado

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fig. 8 - Dois esquemas da instalação de uma bateria de condensadores em MT em grupo

c -

condensador

D - disjuntor da bateria de condensadores

IG - interruptor de cada grupo da bateria de condensadores IC - indutâncias de choque

com relés de máxima corrente ou por fusíveis de alto poder de corte calibrados de maneira a fundirem durante 1 segundo para corrente compreendida entre 2,5 a 3,5 vezes a corrente nominal da bateria.

8.2. Baterias na rede de BT

Em baixa tensão as baterias são

montadas geralmente em triângu-lo, de modo a se poder utilizar condensadores de tensão nominal o mais elevada possível.

A protecção destas baterias é normalmente feita só para os cur, tocircuitos e é assegurada por um contactor-disjuntor de BT munido de relés directos de máxima inten-sidade regulados para 2 vezes a in-tensidade nominal da bateria.

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Revista de Engenharia Electrotécnica Electrónica e Computadores

que se lê e colecciona