Instalações de compensação para potência reativa
O artigo descreve a finalidade e os elementos estruturais das unidades de compensação para eletricidade reativa.
A compensação por energia elétrica reativa é uma das formas mais eficazes de economizar recursos energéticos. A produção moderna está saturada com um grande número de motores, equipamentos de soldagem, transformadores de potência. Isso consome uma quantidade significativa de energia reativa para criar campos magnéticos em equipamentos elétricos. Para reduzir o consumo deste tipo de energia proveniente de redes externas, são utilizadas unidades de compensação para energia elétrica reativa. O design, os princípios de operação e as características de seu uso serão discutidos neste artigo.
O uso de bancos de capacitores para reduzir a carga reativa é conhecido há muito tempo. Mas a inclusão de capacitores separados em paralelo com os motores é economicamente justificada apenas com uma potência significativa deste último. Normalmente, o banco de capacitores é conectado a motores com potência superior a 20-30 kW.
Como resolver o problema de redução de cargas reativas em uma fábrica de confecções onde são utilizados centenas de motores de baixa potência? Até recentemente, nas subestações corporativas, era conectado um conjunto fixo de bancos de capacitores, que eram desligados manualmente após o término do turno de trabalho. Com um inconveniente óbvio, tais conjuntos não conseguiam acompanhar as flutuações de potência das cargas durante o horário de trabalho e eram ineficientes. Unidades de condensação modernas podem melhorar significativamente a eficiência.
A situação mudou com o advento de controladores microprocessados especializados que medem o valor da potência reativa consumida pelas cargas, calculam o valor da potência necessária do banco de capacitores e conectam (ou desconectam) da rede. Com base nesses controladores, uma ampla gama de unidades capacitivas automáticas para compensação de energia reativa. Sua potência varia de 30 a 1200 kVar (a potência reativa é medida em kVars).
As capacidades dos controladores não se limitam à medição e comutação de bancos de capacitores. Eles medem a temperatura no compartimento do dispositivo, medem os valores de corrente e tensão, monitoram a sequência de conexão das baterias e sua condição. Os controladores podem armazenar informações sobre situações de emergência e também realizar dezenas de funções específicas, garantindo a operação confiável do sistema de compensação.
Um papel muito importante no projeto de unidades de compensação de potência reativa é desempenhado por contatores especiais que conectam e desconectam os bancos de capacitores em um sinal do controlador.Externamente, eles diferem pouco dos acionadores magnéticos comuns usados para acionar motores.
Mas a peculiaridade de conectar capacitores é tal que, no momento em que a tensão é aplicada em seus contatos, a resistência do capacitor é praticamente zero. No carga do capacitor ocorre uma corrente de irrupção que geralmente excede 10 kA. Tais sobretensões têm um efeito prejudicial no próprio capacitor, no dispositivo de comutação e na rede externa, causando erosão dos contatos de energia e criando interferências prejudiciais na fiação elétrica.
Para superar esses problemas, foi desenvolvido um projeto especial de contatores, no qual, após a aplicação de tensão ao capacitor, sua carga passa pelos circuitos auxiliares limitadores de corrente, e só então os contatos principais de alimentação são ligados. Esse design permite evitar saltos significativos na corrente de carga dos capacitores, para prolongar a vida útil do banco de capacitores e do próprio contator especial.
Finalmente, os principais e mais caros elementos dos sistemas de compensação são os bancos de capacitores. Os requisitos impostos a eles são bastante rígidos e contraditórios. Por outro lado, devem ser compactos e com baixas perdas internas. Devem ser resistentes a processos de carga e descarga frequentes e ter uma longa vida útil. Mas a compacidade e as baixas perdas intrínsecas levam a um aumento dos picos de corrente de carga, um aumento da temperatura dentro da caixa do produto.
Capacitores modernos feitos pela tecnologia de filme fino.Utilizam filme metalizado e selante hermeticamente fechado sem impregnação de óleo. Este design permite obter produtos de pequeno porte com potência significativa. Por exemplo, capacitores cilíndricos com capacidade de 50 kVar têm dimensões: diâmetro de 120 mm e altura de 250 mm.
Baterias de capacitores cheias de óleo de estilo antigo semelhantes pesavam mais de 40 kg e eram 30 vezes maiores que os produtos modernos. Mas essa miniaturização exige a adoção de medidas para resfriar a área onde estão instalados os bancos de capacitores. Portanto, em instalações automáticas, é obrigatório o sopro forçado por ventiladores do compartimento do condensador.
Em geral, a criação de unidades capacitivas requer a consideração de um grande número de parâmetros operacionais: o estado das redes elétricas do usuário, a poeira, a natureza da carga do motor e muitos outros fatores que afetam a confiabilidade e a eficiência dos sistemas de compensação.