Alta corrente de partida na comutação de capacitores e formas de evitá-la.

Como evitar a alta corrente de inrush na comutação de capacitores?

Introdução à alta corrente de partida na comutação de capacitores

As aplicações de comutação capacitiva não se restringem apenas a correntes capacitivas, mas têm sua implementação no processo de energização de bancos de capacitores, linhas aéreas e cabos. A comutação de bancos de capacitores é conhecida por ser causa de valores muito grandes de tensão transitória nos contatos do disjuntor.

O chaveamento capacitivo caracterizado por comumente, chaveamento de correntes de baixo para modo em redes industriais ou públicas, e por uma baixa taxa de aumento da tensão de recuperação. Novos disjuntores (CBs) que defendem uma longa vida mecânica e elétrica sem manutenção parecem ser mais bem adaptados a esta função de comutação O puffer SF6 recentemente desenvolvido foi projetado para melhor desempenho com menos interruptores por pólo, mas obviamente um cenário ideal não pode ser alcançado. Em circuitos de sistemas de energia onde o disjuntor tem amplas aplicações para evitar danos, desequilíbrio de tensões ao longo dos terminais do disjuntor pode levar a alta corrente de partida, por isso qualquer interrupção na corrente capacitiva pode causar problemas no dielétrico usado para comutação de dispositivos. Capacitores em banco de capacitores podem ser danificados devido à forte corrente de partida .

No sistema de potência muitos bancos de capacitores concentrados estão presentes para regular a tensão, melhorar o FP (fator de potência) e também os bancos de capacitores têm muita aplicação na filtragem de altas harmônicas no sistema Geral.

No processo de distribuição do sistema elétrico existem redes de cabos que geram carga capacitiva. Quando qualquer interrupção de corrente ocorre no sistema, a carga capacitiva é carregada e essa carga nos capacitores expõe o circuito a ser danificado pela re-ignição do dielétrico juntamente com a geração de alta sobretensão.

Quando grandes correntes de inrush começam a fluir através de subestações, o sistema é imposto a enfrentar consequências que ocorrem no sistema de proteção e também durante a comutação quando a tensão presente na linha começa a oscilar em uma frequência ligeiramente baixa. sua magnitude torna-se igual ao dobro da tensão de pico presente no circuito que pode causar sérios riscos. Neste artigo será discutido como podemos minimizar a alta corrente de inrush e quais são as recomendações básicas para isso

Métodos para inserir capacitores para evitar corrente de inrush

Existem duas maneiras de colocar capacitores de tal forma que o inrush possa ser minimizado a desprezível. Ambos os métodos são descritos aqui um por um.

Um único circuito de banco de capacitores

Primeiro cenário

Vamos considerar que o circuito acima dele é um circuito de fase e tem elementos agrupados para um circuito capacitivo. Possui um disjuntor que fecha seus contatos em qualquer interrupção, um capacitor e dois indutores presentes no circuito assumindo que a resistência do circuito é aproximadamente zero e o valor do indutor L₁ é maior que L₂ .

Um disjuntor está presente no circuito para definir a interrupção no circuito. Esta forma de circuito é chamada de banco isolado de capacitores.

Neste caso, a corrente depende dos parâmetros do circuito e do estado inicial do circuito. Suponha que o capacitor esteja carregado com a tensão v0 no instante t0. A corrente pode ser calculada a partir da expressão;

Onde:
Neste cenário, devido ao amortecimento, a corrente diminuirá e a corrente geral no circuito será estabelecida.

Circuito de banco de capacitores consecutivo

Segundo Cenário:
Este cenário é conhecido como comutação capacitiva banco a banco, vamos considerar o diagrama para ele.

Neste caso, há dois capacitores e dois indutores quando o disjuntor é fechado em interrupção, se ocorrer alguma ruptura dielétrica no ponto b-b' (ou seja, diferença de tensão em dois contatos do disjuntor), então a expressão da corrente pode ser calculada como
Onde:
Nesta corrente pode ser cerca de dez vezes maior que a corrente de pico presente no circuito, mas isso a corrente pode afetar apenas um capacitor (local) e o resto do sistema estará seguro.

Etapas para evitar alta corrente de inrush

Aqui estão algumas recomendações para se livrar dessa alta corrente de partida.

1. Deve haver um resistor presente no circuito, pois a resistência aumentará a corrente que será utilizada em algum nível.
2. A reatância extra pode ser colocada no sistema porque, ao colocar a reatância extra, haverá perdas extras de energia no sistema, juntamente com a redução dos efeitos dos capacitores.

Mudança síncrona

Como sabemos que a alta sobretensão é criada pela ruptura do dielétrico entre os contatos do disjuntor, temos que remover esse problema permanentemente . Portanto, para remover o problema de alta sobretensão, deve-se garantir que, quando em qualquer situação de interrupção, um disjuntor estiver fechado, não haja diferença de tensão entre os contatos do disjuntor.

Não se pode atingir a situação ideal, pois o fator de mais e menos está sempre lá, então a comutação síncrona é uma solução. Assim, um dispositivo foi fabricado com o nome de switch SmartClose Capacitor que pode converter qualquer banco em banco síncrono usando sensores.

Recursos e funcionamento do switch SmartClose .

Tem 6 sensores de tensão que detectam a forma de onda da tensão no lado do capacitor e no lado da fonte de cada interruptor. Um comando de fechamento foi emitido por um controlador de banco de capacitor separado faz com que a chave do capacitor SmartClose feche cada interruptor independentemente quando a diferença de tensão em cada interruptor for zero, então o comando de fechamento é emitido para o SC (SmartClose) iniciará o fechamento de tensão zero em todo circuito.

O controlador separado de cada banco de capacitores decide quando o banco de capacitores é necessário; o switch SmartClose compreende isso e faz tudo por fechamento síncrono automaticamente.