Banco de capacitores e harmônicas: quando a correção do fator de potência piora a qualidade da energia

RESUMO

Muitas empresas comerciais e industriais instalam banco de capacitores para não pagar o reativo excedente na fatura de energia. Quando a carga tem muitos equipamentos eletrônicos, como inversores de frequência, iluminação LED e fontes chaveadas, esse banco pode entrar em ressonância com o transformador e amplificar as harmônicas em vez de reduzi-las. Este artigo explica o fenômeno sem recorrer a modelos matemáticos e mostra, com o exemplo de uma instalação de 1.000 kVA, que um banco convencional de 300 kvar pode mais que dobrar a distorção de tensão, de 5,9 % para 13,1 %, enquanto o mesmo banco com reator de dessintonia a reduz para 4,2 %. O texto resume o que pedem a IEEE 519-2022, o PRODIST e as normas de capacitores, lista os sinais de que a instalação tem o problema e orienta a especificação do banco correto.

1. INTRODUÇÃO

Quem compra energia no grupo A conhece a cobrança do reativo. A Resolução Normativa nº 1.000/2021 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) fixa em 0,92 o fator de potência de referência e fatura o excedente hora a hora (ANEEL, 2021). A solução de sempre é o banco de capacitores, quase sempre automático, dimensionado olhando só a conta de energia.

A carga, porém, mudou. Inversores de frequência, iluminação LED, computadores, nobreaks, carregadores de veículos elétricos e inversores fotovoltaicos drenam corrente distorcida, cheia de harmônicas. E essas harmônicas nem sempre se cancelam umas com as outras: num ensaio com até 24 lâmpadas LED iguais, todas dentro dos limites da norma de produto IEC 61000-3-2, Hamdani et al. (2026) mediram distorção de corrente perto de 90 %, com as harmônicas de cada lâmpada somando em vez de se anular. Medições em estações de recarga de ônibus, balsas e automóveis na Noruega confirmam que a recarga de veículos contribui para a distorção harmônica nas redes de baixa e média tensão (Ciric et al., 2026).

O banco de capacitores e essa carga eletrônica, juntos, podem formar uma combinação ruim. Este artigo explica por quê, mostra o tamanho do efeito num exemplo com números de projeto e indica como especificar o banco certo.

2. O QUE ACONTECE NA BARRA DE BAIXA TENSÃO

Para as harmônicas, o transformador se comporta como uma indutância e o banco como uma capacitância, as duas ligadas à mesma barra. Indutância e capacitância juntas formam um circuito ressonante: existe uma frequência em que as duas se equilibram e o conjunto responde com muito mais força do que em qualquer outra. É o mesmo princípio do balanço que, empurrado no ritmo certo, sobe cada vez mais com pouco esforço.

Nessa frequência, a corrente harmônica que os equipamentos eletrônicos injetam encontra uma impedância muito maior do que encontraria sem o banco. O efeito aparece de dois jeitos. A tensão da barra fica mais distorcida, e todos os equipamentos ligados a ela passam a receber essa tensão deformada. E uma corrente harmônica alta passa a circular entre o banco e o transformador, o que aquece os capacitores e pode queimar fusíveis.

A frequência da ressonância depende de duas coisas: da potência de curto-circuito na barra de baixa tensão, que é dada basicamente pelo transformador, e da potência do banco ligada naquele momento. Uma regra prática dá a ordem da harmônica em que a ressonância acontece: divide-se a potência de curto-circuito da barra pela potência do banco e tira-se a raiz quadrada. Para um transformador de 1.000 kVA com impedância de 5,5 %, a potência de curto-circuito na barra de 380 V fica perto de 17 MVA. Com 300 kvar ligados, 17.000 kVA divididos por 300 kvar dão cerca de 57, cuja raiz é 7,5. A ressonância fica entre a 7ª e a 8ª harmônica, por volta de 450 Hz, e a 7ª é uma das harmônicas que os inversores de frequência mais produzem.

Atrás de um transformador próprio, quem decide é o transformador. A potência de curto-circuito da concessionária muda pouco o resultado. Almeida, Torquato e Freitas (2020) chegaram à mesma conclusão ao analisar mais de 66 mil redes reais de distribuição em baixa tensão: a ressonância depende do transformador e do capacitor e quase não muda ao longo da rede.

2.1 O banco automático passa por várias ressonâncias

Um banco automático liga e desliga estágios ao longo do dia, e cada combinação de estágios tem sua própria ressonância. A Tabela 1 mostra o que acontece com seis estágios de 50 kvar no mesmo transformador.

Tabela 1 – Ressonância conforme a potência do banco ligada

Nota: Transformador de 1.000 kVA com impedância de 5,5 %; rede com 250 MVA de curto-circuito em 13,8 kV.

Ao longo do dia, a barra passa por ressonâncias perto da 19ª, da 13ª, da 11ª e da 7ª harmônica. Conferir só a condição de banco inteiro ligado não basta.

3. POR QUE O PROBLEMA FICOU MAIS COMUM

A primeira razão é a quantidade de carga eletrônica, comentada na introdução. A segunda é menos óbvia: o que segurava o pico da ressonância eram as cargas resistivas, como a iluminação incandescente e o aquecimento elétrico. Boa parte delas deu lugar a LED e a equipamentos eletrônicos, que não fazem esse papel. No exemplo da seção 4, sem a carga resistiva o pico de impedância da ressonância fica quatro vezes maior.

Os próprios equipamentos eletrônicos também têm capacitores, nos filtros de entrada. Meyer et al. (2017) encontraram ressonância na faixa de 500 Hz numa rede residencial que não tinha nenhum banco de capacitores e mostraram que a capacitância dos equipamentos dos consumidores não pode ser desprezada. Numa instalação com banco, essa capacitância é pequena perto da do banco, mas puxa a ressonância no mesmo sentido: para frequências mais baixas, onde as harmônicas são maiores.

4. UM EXEMPLO COM NÚMEROS

Para mostrar o tamanho do efeito, foi montado um modelo de cálculo de uma instalação típica, com as premissas do Quadro 1. O modelo calcula, frequência por frequência, a impedância da barra e as tensões e correntes harmônicas resultantes, em quatro situações: sem banco, com banco convencional de 300 kvar e com o mesmo banco equipado com reator de dessintonia de 7 % e de 14 %, solução explicada na seção 6.

Quadro 1 – Premissas do exemplo

A Figura 1 mostra, para cada frequência, a impedância que a barra oferece às correntes harmônicas. Sem banco, a curva sobe de forma suave. Com o banco convencional aparece um pico perto da 7ª harmônica, com impedância 4,4 vezes maior que a da barra sem banco nessa frequência. Com o reator, o pico vai para baixo da 5ª harmônica, onde a carga trifásica praticamente não produz harmônicas.

Figura 1 – Impedância vista da barra de 380 V em cada ordem harmônica

Nota: Escala vertical logarítmica. As linhas pontilhadas verticais marcam as harmônicas produzidas pelas cargas.

A Tabela 2 resume os resultados. A TDD (distorção total de demanda) é a medida que a IEEE 519 usa para a corrente harmônica que a instalação devolve à rede da concessionária, em relação à corrente de demanda.

Tabela 2 – Resultados do exemplo

Nota: Barra de 380 V; TDD calculada na entrada em 13,8 kV, só com a emissão da própria instalação. Convencional: banco sem reator.

Com o banco convencional, a distorção de tensão da barra mais que dobra, de 5,9 % para 13,1 %, e a 7ª harmônica quase quadruplica, de 2,7 % para 10,3 %. A corrente harmônica devolvida à rede também dobra, com a TDD indo de 11,6 % para 24,5 %. O capacitor passa a trabalhar com corrente 25 % acima da nominal: a corrente eficaz chega a 597 A, e só a componente de 7ª harmônica tem 330 A.

O banco também amplifica a distorção que já vem da concessionária. Com a planta em carga leve, os equipamentos eletrônicos desligados e os 300 kvar ligados, situação de banco fixo ou de controlador que não desliga estágios, a 7ª harmônica que chega da média tensão com 1,2 % aparece na barra com 6,9 %, quase seis vezes mais. Nenhum equipamento da instalação está produzindo harmônicas nesse momento.

Figura 2 – Tensões harmônicas na barra de 380 V nos quatro casos

Nota: Emissão da própria instalação somada à distorção que já chega pela rede.

5. O QUE DIZEM AS NORMAS

Dentro da instalação, a referência é a IEC 61000-2-4, que define níveis de compatibilidade para ambientes industriais. Na classe 2, equivalente à rede pública, a distorção total de tensão vai até 8 % e a 7ª harmônica até 5 % (IEC, 2002). O banco convencional do exemplo passa dos dois.

Na entrada da instalação, a IEEE 519-2022 limita a corrente harmônica que o consumidor devolve à rede. O limite depende da relação entre a corrente de curto-circuito e a corrente de demanda; para a instalação do exemplo, a TDD vai até 15 % e cada harmônica abaixo da 11ª até 12 % (IEEE, 2022). Sem banco, a instalação cumpria a norma. Com o banco convencional, a 5ª e a 7ª harmônicas chegam a 17,8 % e 16,7 %, e a TDD a 24,5 %.

O Módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) também tem valores de referência para a distorção de tensão: 10 % até 2,3 kV e 8 % entre 2,3 kV e 69 kV (ANEEL, 2025). Esses valores valem para a rede da distribuidora, no ponto de conexão. No exemplo, a contribuição da instalação para a distorção em 13,8 kV fica abaixo de 0,5 % mesmo com o banco convencional. O problema fica dentro da instalação, e a distribuidora não o enxerga.

Os capacitores de baixa tensão seguem a IEC 60831-1, que admite corrente de até 1,3 vez a nominal e sobretensão de 10 % por até 8 horas por dia (IEC, 2014; Schneider Electric, [202-]). O capacitor do exemplo, com 1,25 vez a corrente nominal, ainda está dentro do limite, mas sem margem e acima da faixa de 0,9 a 1,2 vez a nominal que a EPCOS (2009) indica como normal na manutenção.

6. A SOLUÇÃO: BANCO COM REATOR DE DESSINTONIA

No banco dessintonizado, cada estágio de capacitores tem um reator em série, dimensionado para levar a ressonância para baixo da 5ª harmônica. O reator é identificado por um percentual, o fator de dessintonia, e os valores de catálogo são 5,67 %, 7 % e 14 %. Em 60 Hz, eles correspondem a frequências de sintonia de 252 Hz, 227 Hz e 160 Hz, todas abaixo dos 300 Hz da 5ª harmônica. Catálogos europeus informam 210 Hz, 189 Hz e 134 Hz: são os mesmos reatores, com os valores de 50 Hz.

No exemplo, o reator de 7 % levou a distorção da barra para 4,2 %, menos até do que sem banco, porque o conjunto absorve parte da 5ª harmônica. A TDD na entrada caiu para 7,9 %, dentro da IEEE 519, e o capacitor passou a trabalhar abaixo da corrente nominal.

A nota de aplicação da EPCOS (2009) traz regras simples para a escolha. O banco dessintonizado é recomendado quando, medida sem os capacitores, a distorção de corrente passa de 10 % ou a de tensão passa de 3 %. O reator de 14 % é indicado quando a 3ª harmônica de corrente passa de 20 % da 5ª, situação comum com muitas cargas monofásicas. Nos demais casos, usa-se 7 % ou 5,67 %, desde que a distorção de tensão fique entre 3 % e 10 %; acima de 10 %, a nota recomenda filtro de projeto específico.

O reator de 5,67 % pede cuidado. Kutija e Pravica (2021) relataram o caso de uma indústria em que bancos com esse reator, numa barra com distorção de tensão de quase 7 %, entraram em ferrorressonância ao ligar um estágio, com sobreaquecimento dos componentes. Os autores consideram 5 % de distorção de tensão o limite prático acima do qual surgem problemas e avaliam que o risco teria sido menor com reator de 7 %.

Na compra do banco, alguns cuidados evitam a maior parte dos problemas:

a)    a tensão nominal do capacitor tem de ser maior que a da rede, porque o reator eleva a tensão sobre ele: em 380 V, com reator de 7 %, o capacitor trabalha a cerca de 409 V e deve ser de 440 V; com reator de 14 %, trabalha a cerca de 442 V e deve ser de 480 V;

b)    a potência deve ser pedida em kvar efetivos na tensão da instalação, porque um capacitor de 300 kvar em 440 V, com reator de 7 %, entrega cerca de 241 kvar em 380 V;

c)    o reator deve ser dimensionado para a distorção que já existe no local, medida antes, e não só para a dos equipamentos da instalação: no exemplo, quase metade da 5ª harmônica que passa pelo banco vem da rede da concessionária;

d)    reatores esquentam bastante, podem operar perto de 100 °C, e devem ficar afastados dos capacitores dentro do painel (EPCOS, 2009).

7. COMO SABER SE A INSTALAÇÃO TEM O PROBLEMA

Alguns sinais costumam aparecer antes de qualquer medição:

a)    capacitores estufados ou com vida útil curta;

b)    fusíveis do banco queimando sem causa aparente;

c)    banco de capacitores aquecendo acima do normal;

d)    distorção de tensão que sobe quando o banco liga estágios.

O diagnóstico confiável sai de medição com analisador de qualidade de energia por pelo menos sete dias, o mesmo período que o PRODIST usa, de preferência com instrumento classe A da IEC 61000-4-30 (ANEEL, 2025; IEC, 2025). Os pontos de medição são a entrada da instalação e o alimentador do banco.

Um ensaio simples completa a medição: com a carga estável, ligar os estágios do banco um a um e observar como a distorção de tensão reage. Se ela sobe a cada estágio, a ressonância está se aproximando das harmônicas que a carga produz. Com a medição em mãos, o projetista verifica todas as combinações de estágios e especifica o banco.

8. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Banco de capacitores convencional e carga eletrônica formam uma combinação que precisa ser verificada. Atrás de um transformador de 1.000 kVA com impedância de 5,5 %, um banco de 300 kvar entra em ressonância perto da 7ª harmônica. No exemplo, isso mais que dobrou a distorção de tensão da barra e a corrente harmônica devolvida à rede, sem que a distribuidora enxergasse o problema.

O banco com reator de dessintonia resolveu o caso do exemplo, desde que especificado com o capacitor na tensão certa, a potência pedida em kvar efetivos e o reator dimensionado para a distorção medida no local. Antes de instalar ou ampliar um banco numa instalação com muita carga eletrônica, a medição deve vir primeiro.

REFERÊNCIAS

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AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (ANEEL). Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST: Módulo 8: qualidade do fornecimento de energia elétrica. Versão 14. Brasília, DF: ANEEL, 2025. Disponível em: https://git.aneel.gov.br/publico/centralconteudo/-/raw/main/procreg/prodist/modulo08/aren20251137_Prodist_modulo_8_v14.pdf. Acesso em: 1 out. 2026.

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Sobre o autor:

Raphael Olivati Modesto é engenheiro eletricista (CREA-SP 5069031027), responsável técnico da IFELL Engenharia Elétrica, São Paulo, SP, onde atua em estudos de sistemas de potência e qualidade da energia em instalações industriais e comerciais. E-mail: contato@ifell.com.br. Site: https://www.ifell.com.br.

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