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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:
- Capacitores Imersos:
- Capacitores Impregnados
Tecnologia PPM (Polipropileno Metalizado) sem óleo
biodegradável;
Tecnologia PPM (Polipropileno Metalizado) imersos em
óleo biodegradável;
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).
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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.
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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
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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.
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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 0.015
µm a 0.025 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.
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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.
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