Desvendando o Compensador Estático

Olá pessoal vamos compreender o que é e como funciona o compensador estático de potência reativa ele é bastante utilizado no sistema elétrico de Potência consider em tela uma situação onde num barramento do sistema de potência temos dois equipamentos de controle de tensão conectados um reator de 30 mvr e um banco de capacitores de 50 mvar para o controle da tensão temos três situações possíveis o operador ele pode ligar o banco de capacitor pode ligar o reator ou Ligar ambos os equipamentos quando ele liga apenas o capacitor haverá uma injeção de 50 MW de potência reativa

capacitiva e ocorrerá a elevação do perfil da tensão elétrica no entanto quando ele liga apenas o reator haverá uma absorção de 30 MW de potência reativa isso provoca a redução da tensão elétrica do barramento quando se ligam ambos os equipamentos teremos uma potência resultante de 50 - 30 valor positivo de 20 mvar ou seja se comportará como um capacitor injetando 20 mvar e haverá uma elevação do perfil de tensão perceba que temos apenas três combinações possíveis é por essa razão que chamamos Esse controle de tensão de controle através de bloco fixo de potência reativa você

injeta um bloco de potência reativa seja através do reator ou através do capacitor e É nesse contexto que surge o compensador estático de potência reativa podemos transformar essa configuração num compensador estático inserindo um controle tir storiz da potência reativa Agora sim teremos total controle da potência reativa desse conjunto E esse compensador estático ele irá injetar potência reativa na faixa de menos30 até 50 mvar é um controle onde o operador pode definir qualquer valor de potência reativa nessa faixa por isso que ele é um equipamento muito importante e preciso para o controle de tensão Vamos então

analisar o elemento responsável pelo controle da potência reativa nesse caso é um semicondutor chamado tiristor e em tela você observa o tiristor mais elementar que é o scr é o retificador controlado de silício resumindo é um diodo que controla potência possuindo três terminais temos um terminal chamado anodo catodo e uma porta chamada Gate para que esse tiristor permita a passagem da tensão e corrente elétrica Ele deve estar diretamente polarizado tensão de anodo para catodo positiva e também receber um pulso de tensão positiva no Gate dessa forma teremos o nosso tiristor conduzindo potência elétrica e tudo

ficará mais Claro através dessa análise gráfica Observe que temos uma tensão alternada senoidal aplicada sobre o nosso tiristor o que irá acontecer como ele é um diodo do controlado em primeiro lugar ele vai eliminar a parte negativa do semiciclo da senoide ficarão apenas os semiciclos positivos e vamos então analisar o pulso de tensão positiva no Gate perceba que a depender da posição e da largura do pulso teremos um fateo da senoide Resumindo o tiristor ele faz o fateo da senoide controlando potência pode ser controle de potência ativa ou também de potência reativa como estamos falando

de compensador estático o controle é de potência reativa e dessa forma através do fateo da senoide podemos controlar a potência reativa de zero até o valor máximo na prática não utilizamos apenas um único scr para o controle de potência senão perderíamos aquela potência contida no semiciclo negativo da tensão o que faremos utilizamos então dois scrs ligados de uma forma invertida e existe também um componente específico para a condução da senoide Em ambos os sentidos é o chamado triac temos então o controle total da potência tanto no semiciclo Positivo quanto no semiciclo negativo Observe no gráfico

o controle da potência reativa através da alteração do do ângulo de disparo temos o controle do fateo dessa senoide e observe quanto maior a largura do pulso maior será a potência é assim que se faz o controle de Potência em Sistemas elétricos através da eletrônica de potência utilizando tiristores Observe agora que alterando o ângulo de disparo temos o controle da potência reativa por exemplo um ângulo de disparo igual a zero teremos a senoide completa não haverá fateo da senoide e a potência será de 100% perceba claramente que através da alteração do ângulo de disparo nós

podemos aumentar ou diminuir a largura do pulso e consequentemente a potência elétrica do compensador estático é assim que se faz o controle de potência reativa através da eletrônica de potência poem emos ter três configurações típicas para compensadores estáticos a primeira delas e uma das mais utilizadas é reator e capacitor controlado por tiristores no caso o capacitor controlado por tiristor é chamado tsc e o tsr é o reator controlado por tiristores no entanto temos outras duas configurações também utilizadas existem compensadores estáticos com apenas o reator controlado a tiristores e outros Onde existe apenas o capacitor controlado

a tiristores tudo isso é definido pelo projeto de Engenharia e aqui vale uma ressalva importante o compensador estático ele é um equipamento conectado ao sistema trifásico temos aqui as três fases podemos ter por exemplo o capacitor fixo e o reator controlado a ti ores E aí você percebe claramente a configuração no sistema trifásico de potência vimos até agora que um compensador estático ele é composto por reator e capacitor e são controlados por tiristores e esse fateo da senoide ele provoca a injeção de harmônicos lembra toda vez que deform uma senoide nesse caso temos um corte

um fateo da senoide teremos a injeção de compon harmônicas e é por isso sempre que há compensadores estáticos teremos filtros de harmônicos e nesse caso específico temos um filtro passivo que é indutor e capacitor em série ressonantes na frequência do harmônico E não esqueça que no canal temos um vídeo específico bem detalhado sobre harmônicos no sistema elétrico e essa questão de filtro de harmônicos ela está muito presente nos compensadores estáticos para a garantia da qualidade de energia É isso mesmo Observe esse diagrama prático temos aqui um reator controlado a tiristores e observe a quantidade de

filtros de harmônicos temos filtros para o segundo terceiro quarto e quinto harmônico e nesse outro diagrama temos também um reator controlado a tiristores e observe que os filtros são para outros harmônicos isso depende das particularidades de cada compensador estático temos filtros para Terceiro quinto séo e 11º harmônico temos em tela uma configuração prática de um compensador estático da substação de Fortaleza substação em 230 kv da chesf a companhia hidrelétrica do São Francisco Na verdade são dois compensadores estáticos acoplados compensador estático um e compensador estático do e nessa configuração Observe que apenas o reator ele é

controlado a tiristores o banco de capacitor ele é fixo e esses dois compensadores estáticos eles são conectados a um transformador que reduz a tensão de 230 para 26 kv e perceba que no secundário desse transformador temos dois enrolamentos um deles na configuração Delta e o outro na configuração estrela qual o objetivo o objetivo é filtrar harmônicos porque a ligação delta em relação à ligação estrela há uma defasagem de 30º e essa defasagem de 30º naturalmente provoca que no primário do transformador haja a eliminação do quinto e sétimo harmônico essa é outra configuração típica de compensador

estático e cada um desses adores estáticos ele tem capacidade de fornecer 100 MW de potência reativa e absorver até 70 MW é um equipamento muito importante para controle de tensão e de potência reativa no sistema elétrico uma das grandes vantagens de um compensador estático é o controle automático de tensão observ em tela temos aqui um compensador estático ligado a um barramento e esse compensador ele pode dissolver 100 MW ou fornecer 100 MW de potência reativa e ele está conectado a um barramento com uma tensão de 235 kv e vamos então imaginar uma situação em que

o operador da substação ele ajusta o compensador estático ele no set Point coloca que o valor de tensão deve ser 230 kv imediatamente o compensador estático através da malha de controle verifica que a tensão está acima do Set Point é necessário então absorver potência reativa e o compensador estático funcionará como um reator e nesse caso por exemplo ele pode absorver 60 MW de potência reativa e ajustar a tensão para 230 kv temos então a tensão regulada automaticamente de acordo com se Point definido pelo operador da substação no entanto Imagine que haja um cur circuito ou

então qualquer outra contingência e essa tensão ela afunda para 210 kv imediatamente o compensador estático que faz o controle automático de tensão Verifica que o set Point permanece em 230 kv então ele percebe que precisa injetar potência reativa capacitiva e ele vai funcionar como um grande capacitor injetando 90 MW de potência er rativa e recuperando o nível de tensão Esse é o grande objetivo do compensador estático de reativo e o dia inteiro ele está controlando tensão de acordo com o set Point pré-estabelecido outra grande característica do compensador estático é a resposta rápida em contingências Observe

esse gráfico temos uma situação sem compensador estático e a tensão da substação ela está em 230 kv mas ocorre um grande curto circuito e temos aqui um afundamento de tensão o sistema de proteção desliga o equipamento defeituoso e temos na sequência a recuperação do nível de tensão mas perceba que durante a ocorrência no regime transitório houve uma grande subtensão e isso pode provocar perda de estabilidade de tensão com consequente perda de cargas e ainda desligamentos múltiplos essa é uma situação real no sistema elétrico de potência mas perceba agora a grande vantagem se existe na instalação

um compensador estático temos a mesma situação Inicial tensão elétrica da substação em 230 kv e temos aqui o nosso compensador estático com valor inicial de potência reativa quando ocorre o curto circuito perceba que haverá o afundamento de tensão mas o compensador estático ele responderá injetando potência ativa para evitar esse grande afundamento de tensão nesse caso houve uma injeção de 150 mvar temos então uma redução da queda de tensão e não haverá aqueles problemas de perda de estabilidade perda de cargas ou ainda desligamentos múltiplos e quando a proteção atua teremos então o desligamento do equipamento defeituoso

o curto circuito será cessado a tensão ela volta para o valor inicial e o compensador estático ele também automaticamente retorna para o valor inicial Essa é a grande vantagem de um compensador estático de reativo uma resposta rápida no transitório das contingências seja um curto circuitos ou desligamentos de equipamentos verifique agora em tela uma substação com compensador estático perceba temos aqui o transformador que conecta o compensador estático ao barramento da instalação do sistema elétrico de potência perceba também os reatores controlados a tiristores os capacitores controlados a tiristores e aqui os filtros di harmônicos são capacitores e

indutores em série fazendo o filtro passivo dependendo do tipo de harmônico que se deseja eliminar perceba também as válvulas de tiristores temos uma sala específica onde há muitos tiristores e também a sala de controle essa é uma configuração típica de uma substação que possui compensador estático e temos agora uma fotografia numa substação do compensador estático perceba aqui o reator à esquerda e à direita o banco de capacitores tudo isso controlado utilizando tiristores E mais uma vez agora mais de perto o nosso reator e capacitor e perceba agora a nossa sala dos tiristores é uma infinidade

de tiristores fazendo o fateo da senoide permitindo o controle de potência reativa seja indutiva ou capacitiva é uma sala muito interessante e é o coração do compensador estático vamos agora a uma informação muito interessante para o controle automático de potência reativa temos dois equipamentos muito importantes o compensador síncrono e o compensador estático o compensador síncrono ele é uma máquina rotativa é um grande motor síncrono e no canal temos um vídeo específico detalhando o compensador síncrono no entanto o compensador estático ele é um equipamento que utiliza controle tir storiz Ou seja é um equipamento de estado

sólido utilizando reatores capacitores e tiristores vamos agora Fazer uma comparação das vantagens do compensador estático em relação ao compensador síncrono e vice-versa o compensador estático ele é um equipamento que utiliza dispositivos em estado sólido e com isso requer menos manutenção menos problemas quando comparado ao compensador síncrono que é uma máquina girante outra grande vantagem em relação ao compensador síncrono é uma resposta transitória muito rápida bem mais rápida que o compensador síncrono Até porque não há partes girantes não há inércia são dispositivos de estado sólido no caso tiristores e outra grande vantagem em relação ao compensador

síncrono é que a presença do compensador estático não aumenta a potência de curto circuito isso não acontece com o compensador C como é um grande motor síncrono nós sabemos que numa situação de curto circuito ele contribui para o aumento da potência de curto circuito Essas são as vantagens do compensador estático em relação ao compensador síncrono mas se você acha que não há vantagem do compensador síncrono em relação ao compensador estático Você está muito enganado e a grande vantagem do compensador síncrono é que ele não injeta harmônicos na rede elétrica isso contribui com a qualidade de

energia e não haverá a necessidade de filtros de harmônicos e outra grande vantagem é o aumento da inércia do sistema elétrico de potência diante de um curto circuito é uma grande vantagem do compensador síncrono e em muitas situações Principalmente quando temos muita geração fotovoltaica e geração eólica estão sendo repensados e retornando os compensadores porque contribuem com aumento da inércia equivalente do sistema elétrico não sabe o que é inércia temos um vídeo específico Noal sobre inércia do sistema elétrico e por fim uma grande vantagem do compensador sincrono é a robustez uma grande máquina um grande motor

que dificilmente ele deslig valeu pessoalo que vocês tenham gostado do vídeo Um forte abraço e bons estudos Y