CAPACITORES IMPREGNADOS X CAPACITORES IMERSOS (PPM) EM BT

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1 CAPACITORES IMPREGNADOS X CAPACITORES IMERSOS (PPM) EM BT 1 - Objetivos: Este trabalho tem por objetivo apresentar as principais características técnicas dos capacitores convencionais do tipo imerso em óleo e impregnado a óleo para aplicação em Baixa Tensão (BT), bem como as diferenças de projeto e de aplicação entre os mesmos. 2 - Tipos de Capacitores em BT: Os capacitores existentes hoje no mercado são divididos em três grupos: - Capacitores a Seco: Tecnologia PPM (Polipropileno Metalizado) sem óleo biodegradável; - Capacitores Imersos: Tecnologia PPM (Polipropileno Metalizado) imersos em óleo biodegradável; - Capacitores Impregnados Tecnologia NÃO PPM (Polipropileno + Folhas de Alumínio) impregnados em óleo biodegradável; Salientamos que as diferenças técnicas entre os tipos de capacitores não se resumem apenas à questão de impregnação ou não de óleo, devendo-se principalmente à composição de materiais para a formação da parte ativa do capacitor (placas e dielétrico), onde será encontrada a real caracterização da durabilidade do mesmo em condições adversas de operação. 3 - Forma Construtiva Básica de Capacitores de Potência: Qualquer tipo de capacitor elétrico tem sua parte ativa formada por duas placas (ou armaduras) de material condutor separadas por um material com características isolantes (dielétrico). DIVISÃO DE COMPENSAÇÃO REATIVA 1

2 A propriedade de suportar tensão no capacitor é determinada pelo material utilizado na composição do dielétrico (tipo isolante e espessura do mesmo). É intuitivo assumir que, para um determinado material isolante de características uniformes, quanto maior for a espessura do dielétrico, maior será sua capacidade de suportar tensão. A propriedade de suportar corrente no capacitor é determinada pela qualidade das conexões condutor/placa e pelo tipo de material utilizado na composição das placas (tipo de condutor e espessura do mesmo). É intuitivo assumir que, para um determinado material condutor de características uniformes, quanto maior for a espessura da placa, maior será a capacidade de conduzir corrente e prover melhor conexão com o terminal. 4 - Capacitores PPM (Polipropileno Metalizado): Em tensões industriais (220V - 380V - 440V - 480V), a tecnologia mundial de fabricação de capacitores a Seco e Imersos em Óleo utiliza na composição do dielétrico 01 (um) filme de polipropileno como isolação entre as placas. Cada filme de polipropileno possui em uma das suas superfícies uma fina película de metalização com liga de Al/Zn, para compor uma das placas do capacitor. A utilização de mais um filme de polipropileno fornece a outra placa do capacitor e serve como segundo dielétrico (duplo enrolamento). Apesar da espessura do filme metalizado se situar entre 5 a 12 µm (para atender às tensões acima), são necessárias grandes áreas de placas para atingir potências significativas. Por razão de necessidades dimensionais, utiliza-se normalmente um enrolamento (bobina) do conjunto placas + dielétrico, para formar um capacitor básico, comumente chamado de elemento capacitivo ou bobina capacitiva. Nas condições adversas supracitadas, os pontos de conexão elétrica do capacitor e suas placas tendem apresentar pontos de auto-regeneração, ou seja, a transição de estado do material da placa de condutor (Alumínio ou Zinco) para isolante (Óxido de Alumínio ou Óxido de Zinco), diminuindo a potência da parte ativa. Para este tipo de situação da rede é recomendada a utilização do dielétrico NÃO-PPM, com reforços no dielétrico e nas placas para permitir a operação em regime permanente, sem prejuízo da vida útil dos capacitores. DIVISÃO DE COMPENSAÇÃO REATIVA 2

3 Também por razões de melhor aproveitamento de espaço, o capacitor trifásico é obtidoa partir da associação em triângulo (ou estrela) de capacitores básicos. Entretanto, é seguro afirmar que as propriedades fundamentais do capacitor são obtidas a partir da forma como o elemento capacitivo básico é dimensionado e fabricado. O tipo de projeto acima detalhado é designado de CAPACITOR EM PPM (Polipropileno Metalizado), e atende à maioria das aplicações de baixa tensão atualmente. Tal capacitor é designado a SECO quando o elemento capacitivo é colocado dentro de uma caneca envolto por uma resina endurecedora, e IMERSO quando mergulhado em uma caneca envolto por óleo biodegradável visando melhorar a troca de calor do elemento com o meio ambiente. A IESA fabrica capacitores e capacitores imersos em óleo com o nome comercial de OPEN BOX. Entretanto, em situações onde existam condições adversas do sistema elétrico tais como surtos de tensão, sobretensões de regime, correntes e tensões harmônicas significativas, altas temperaturas ambiente, etc., é recomendável que seja realizado estudo complementar sobre a viabilidade da aplicação deste tipo de projeto de capacitores, pois é provável uma grande diminuição da vida útil do equipamento. Capacitor com Tecnologia PPM DIVISÃO DE COMPENSAÇÃO REATIVA 3

4 4 - Capacitor NÃO PPM (Impregnado a óleo): Os capacitores de potência impregnados em óleo para baixa tensão, com tecnologia NÃO PPM, foram desenvolvidos baseados na tecnologia de capacitores de média tensão para aplicação em circuitos onde é desejada uma robustez dielétrica adicional, em virtude de condições adversas decorrentes da característica própria do sistema tais como sobretensões periódicas ou de regime, surtos de tensão, transitórios, harmônicos, etc.). Tais capacitores, devido a sua característica construtiva com a utilização de duas folhas de alumínio como placas condutoras e duas folhas de polipropileno e óleo biodegradável compondo o meio dielétrico possuem uma suportabilidade muito superior aos problemas de sistema acima relatados, se comparados aos capacitores com tecnologia PPM. A IESA fabrica esta linha de capacitores com o nome comercial "MP", sendo designados MPM na versão monofásica e MPT na versão trifásica. São capacitores com excelente performance e recomendados para a utilização em Filtros de Harmônicos. Capacitor com Tecnologia NÃO PPM ou Capacitores Impregnados a Óleo. DIVISÃO DE COMPENSAÇÃO REATIVA 4

5 5 - Comparativo Técnico entre Capacitores BT do tipo PPM e NÃO PPM: Como visto anteriormente, os capacitores de potência em BT utilizados para correção do fator de potência, são comumentemente fabricados com elementos constituídos por Polipropileno Metalizado (PPM), pelo fator preço. Devido às características de fabricação, os elementos formadores dos capacitores em PPM são cilíndricos, resultado do enrolamento de um casal de folhas de filme metalizado. Para garantir boas características técnicas no elemento, o enrolamento deve ser feito bem justo, para restringir a existência de ar e consequente oxidação das placas do capacitor. O filme de polipropileno metalizado varia de 5 µm a 12 µm, dependendo da tensão nominal no capacitor, ao passo que a espessura da metalização do filme varia de µm a µm. Os capacitores PPM podem ser fabricados a Seco (elementos envoltos em resina epóxi) ou Imersos em Óleo (elementos ficam com as superfícies externas imersas em óleo). Alguns fabricantes dizem fabricar capacitores PPM impregnados. Tal fato não é verdade, haja que para a impregnação há a necessidade de espaço entre as placas condutoras e os filmes de polipropileno permitindo a penetração do óleo dielétrico, bem como a utilização de vácuo, o que não ocorre para este tipo de capacitor, como descrito anteriormente. No caso destes capacitores PPM ditos imersos ou impregnados, o óleo dielétrico tem contato apenas com as partes externas dos elementos capacitivos, propiciando melhores condições melhores térmicas nas regiões de contato elétrico e na superfície externa do elemento, otimizando somente a dissipação de calor dos mesmos. Já os capacitores com tecnologia NÃO PPM (ou impregnados a óleo) são fabricados com tecnologia e materiais totalmente diferentes do projeto PPM, utilizando dielétrico duplo (02 camadas), composto por folhas não metalizadas de papel Kraft Terlo (01 folha) e filme de polipropileno corrugado (01 folha); as placas dos capacitores são formadas por folhas de alumínio (e não por metalização), o que confere maior espessura para condução de corrente nos pontos críticos com maior suportabilidade térmica. Os elementos formadores dos capacitores NÃO PPM são enrolados com folga para garantir a boa impregnação de dielétrico e placas com óleo. O óleo isolante é impregnado a vácuo nos elementos capacitivos fazendo parte efetiva do dielétrico, estando presente em todos os pontos internos do capacitor, e não somente nas superfícies externas dos elementos, conferindo grandes propriedades de dissipação de calor e excelente rigidez para o dielétrico. DIVISÃO DE COMPENSAÇÃO REATIVA 5

6 Devido ao projeto especialmente robusto dos capacitores MP, é possível garantir para qualquer capacitor desta linha os seguintes dados de suportabilidade: - Tensão máxima de operação em regime contínuo: 480 Vef - Distorção total de harmônicas suportável: 31% - Vida útil estimada do dielétrico em condições nominais: 20 anos - Classe de isolamento terminais-caixa: 10 kvef - 60 Hz - 1 min - Nível de impulso suportável, onda plena: 30 kv - Trabalho em instalações internas e externas com excelentes características de suportabilidade em ambientes agressivos (GR IP54). Salientamos que os capacitores em PPM (de qualquer fabricante), devido às suas características normais de projeto, não atendem aos quesitos especiais acima relacionados. Para utilização de capacitores em filtros de harmônicos, onde os níveis de distorção são elevados, recomenda-se a utilização de capacitores NÃO PPM. Os mesmos tem tido uma extraordinária performance nos diversos filtros instalados pela IESA em seus clientes. Resume-se a seguir algumas características técnicas básicas que diferenciam os dois tipos de projeto: CARACTERÍSTICA CAPACITOR PPM CAPACITOR MP VANTAGEM MP Dielétrico (Tensão Suportável) 01 camada de isolação sem participação do óleo isolante na composição 02 camadas de folhas com participação do óleo isolante na composição Dupla isolação, maior tensão suportável, eliminação de descargas parciais pontuais. PLACAS (Capacidade de Condução de Corrente) Placa (condutor) de espessura média igual a 0.02 µm Placa (condutor) de espessura média igual a 5.0 µm Capacidade de condução de corrente extremamente maior ÓLEO (Dissipação de calor e eliminação de pontos de alto aquecimento) Tem contato somente com as superfícies externas (não tem contato com placas e dielétrico) Penetra totalmente nas placas e dielétrico Melhor refrigeração do dielétrico e placas, eliminação de pontos quentes localizados. Vida útil dos Capacitores Entre 06 e 08 anos em sistema sem problema com harmônicos e normalmente menos de 01 ano com presença de harmônicos 20 anos mesmo com presença de harmônicos desde que não ocorram ressonâncias. Capacitor utilizado em filtros de harmônicos. Os capacitores MP têm grande suportabilidade a sobrecorrentes e sobretensões harmônicas sem perda de vida útil. DIVISÃO DE COMPENSAÇÃO REATIVA 6