A rede de fornecimento completa com energias renováveis · PDF fileProteção para geradores • Proteção diferencial do gerador • Proteção temporizada contra sobrecorrentes

Sistemas de formação para a engenharia eletrotécnicaA rede de fornecimento completa com energias renováveis

3.ª edição

Índice

Qualificação pela qualidade Sistemas de formação para a engenharia eletrotécnica ................................................................................................................... 4

Apresentar conteúdos didáticos complexos com vivacidadeAmbiente de aprendizagem baseado em computador .................................................................................................................... 5Labsoft Classroom Manager ........................................................................................................................................................... 6SCADA Software PowerLab ........................................................................................................................................................... 7

Desde a produção ao consumo de energia Redes de energia inteligentes no futuro .......................................................................................................................................... 8 Sistemas interligados em rede no laboratório de engenharia eletrotécnica .................................................................................... 10

Um olhar de relance .................................................................................................................................................................. 12

Mais do que um sistema de formação Solução completa para laboratório de engenharia eletrotécnica ................................................................................................... 14

Índice

Fundamentos da engenharia eletrotécnica ............................................................................................................................ 16Tecnologia de corrente contínua, alternada e trifásica (UniTrain-I) ................................................................................................. 20 Magnetismo/eletromagnetismo (UniTrain-I) .................................................................................................................................. 23 Medição com o multímetro (UniTrain-I) ........................................................................................................................................ 24 Redes e modelos de rede (UniTrain-I) ............................................................................................................................................ 25 Transformadores de corrente e de tensão ..................................................................................................................................... 26

Produção de energia ................................................................................................................................................................. 28Geradores síncronos trifásicos (UniTrain-I) .................................................................................................................................... 32Controlo de geradores e sincronização ......................................................................................................................................... 33Proteção para geradores .............................................................................................................................................................. 35

Produção de energia renovável ............................................................................................................................................... 38Sistemas fotovoltaicos (UniTrain-I) ................................................................................................................................................ 42Sistemas fotovoltaicos Nível avançado .......................................................................................................................................... 44Turbinas eólicas ............................................................................................................................................................................ 48Tecnologia das pilhas de combustível (UniTrain-I) .......................................................................................................................... 54Tecnologia das pilhas de combustível Nível avançado ................................................................................................................... 56

Transformadores ........................................................................................................................................................................ 58Transformador trifásico (UniTrain-I) ............................................................................................................................................... 62Análises em transformadores ....................................................................................................................................................... 63Proteção de transformadores ....................................................................................................................................................... 64

Transmissão de energia ............................................................................................................................................................. 66Análises em linhas de corrente trifásica ........................................................................................................................................ 70Linha com sistema com neutro compensado mediante bobina de extinção .................................................................................. 72Sistemas de transmissão com gerador síncrono ............................................................................................................................ 73Análises em cabos trifásicos ......................................................................................................................................................... 74Proteção de linhas ........................................................................................................................................................................ 76

Distribuição de energia ............................................................................................................................................................ 80 Sistema de barramento duplo trifásico ......................................................................................................................................... 82Proteção contra sobreintensidades para barramentos ................................................................................................................... 84

Smart Grid ................................................................................................................................................................................. 96 Smart Grid: Centro de controlo .................................................................................................................................................. 102Smart Grid: Gestão de energia ................................................................................................................................................... 103Produtora de energia na Smart Grid ........................................................................................................................................... 104Acumulador de energia na Smart Grid ....................................................................................................................................... 105

Gestão de energia ..................................................................................................................................................................... 86 Consumidores complexos, medição do consumo de energia e monitorização de cargas de pico ................................................... 90Consumidores dinâmicos ............................................................................................................................................................. 91Compensação automática e manual da potência reativa .............................................................................................................. 92Acionamentos com eficiência energética ...................................................................................................................................... 93Proteção de consumidores elétricos .............................................................................................................................................. 94

Qualificação pela qualidade

Sistemas de formação para a engenharia eletrotécnica

Progresso técnico...

A revolução energética em direção às energias renováveis,

cortando com o carvão, o petróleo e a energia nuclear, entra

em velocidade de cruzeiro. Hoje em dia, a tecnologia está de

tal maneira avançada que a energia solar, a energia eólica, o

hidrogénio e a biomassa já são utilizáveis como fontes de energia

amigas do ambiente. Para que a tendência não se inverta, são

procurados, em todo o mundo, profissionais técnicos com uma

excelente formação. A produção, o transporte e a distribuição

de energia, a par da proteção de instalações técnicas e da

utilização sustentável dos recursos energéticos, estão

atualmente nas bocas de toda a gente em virtude das chamadas

redes inteligentes (smart grids)! ... com enorme impacto sobre a formação

O sistema didático da Lucas-Nülle, no domínio da engenharia

eletrotécnica, permite que o pessoal docente transmita ao

formando as correlações tecnológicas da engenharia

eletrotécnica de uma forma fácil de abarcar e eminentemente

prática.

A engenharia eletrotécnica compreende as áreas de produção,

transmissão, distribuição e utilização de energia elétrica, além da

tecnologia de proteção para essas áreas. O sistema é

extremamente variável, podendo ser adaptado a qualquer

momento, sem quaisquer problemas, às diferentes exigências da

formação de especialistas, técnicos ou engenheiros.

As vantagens para si • Extenso programa completo desde a produção de energia,

passando pela tecnologia de distribuição, até à utilização

dos recursos energéticos

• Integração das energias renováveis na engenharia

eletrotécnica convencional

• Monitorização e controlo por meio de SCADA (Supervisory

Control and Data Acquisition)

• Sistema de experiências modular para uma abordagem

experimental gradual das correlações dos sistemas

• A estrutura em barramento de todos os níveis de tensão per-

mite uma configuração rápida e fácil da experiência

• Reprodução realista de uma linha de transmissão de 380 kV,

com 300 km e 150 km de extensão

• Utilização de equipamentos industriais normalmente disponí-

veis no comércio na tecnologia digital voltada para o futuro

• Elevada segurança no trabalho através do uso exclusivo de

tomadas e cabos de segurança

• Tecnologia de proteção para todas as áreas da engenharia

eletrotécnica

4Lucas-Nülle

As vantagens para si• Transmissão de teoria através de animações fáceis de com-

preender

• Apoio durante a realização das experiências

• Representação interativa das configurações da experiência

• Acesso a aparelhos de medição e de teste reais com amplas

possibilidades de avaliação

• Por fim, e não menos importante, as tarefas de projeto ori-

entadas para a prática contribuem também para o sucesso

da aprendizagem

• Manuais de operação integrados

• Documentação dos resultados das experiências (geração de

um relatório da experiência)

• Teste de conhecimentos, incluindo a função de feedback

• Inclui o software SCADA Viewer com exemplos de medição

adequados

Durante a realização das experiências, o formando é assistido pelo LabAssistant interativo (ILA). Este assistente não só dá instruções

a respeito da experiência, como também fornece informações teóricas valiosas, regista os valores medidos e gera automaticamente

em segundo plano a documentação de laboratório necessária, sob a forma de documento impresso ou documento PDF. Se quiser

personalizar a forma como a instrução é dada, basta usar o LabSoft Classroom Manager para modificar ou adicionar conteúdo.

Ambiente de aprendizagem baseado em computador - LabAssistant interativo (ILA)

Apresentar conteúdos didáticos complexos com vivacidade

5Lucas-Nülle

Apresentar conteúdos didáticos complexos com vivacidade

LabSoft Classroom Manager

O LabSoft Classroom Manager é um software de administração abrangente, que permite organizar e gerir facilmente processos de

ensino e aprendizagem orientados para a prática. O Classroom Manager é apropriado para todos os programas didáticos baseados

em LabSoft, como ILA, UniTrain-I, InsTrain e CarTrain, sendo constituído pelas seguintes partes:

LabSoft Manager: gira os seus cursos LabSoft, formandos e grupos de apren-dizagem com o LabSoft Manager. Assim, os formandos disporão sempre dos conteúdos didáticos certos.

LabSoft Reporter: o LabSoft Reporter apresenta o progresso de aprendizagem e os resultados dos exames. As inúmeras avaliações de resultados individuais ou de grupo, obtidas em cursos e exames, permitem ter um controlo direcionado.

LabSoft Test Creator: o LabSoft Test Creator cria exames que permitem testar simultaneamente conhecimentos e competências profissionais.

LabSoft Editor: o LabSoft Editor permite-lhe criar novos cursos ou alterar cursos existentes. Numerosos assistentes guiam o utilizador passo-a-passo através das informações necessárias.

LabSoft Questioner: no LabSoft Questioner existem muitos tipos de questões para criar perguntas, tarefas de medição e perguntas de exame. Os exercícios e as perguntas podem ser inseridos em cursos e exames.

Base de dados de perguntas sobre energias renováveis

6Lucas-Nülle

Software PowerLab

”Supervisory Control and Data Acquisition“ (SCADA) consiste em monitorização, controlo e aquisição de dados de processos téc-

nicos em tempo real. Em engenharia eletrotécnica, o sistema SCADA é usado em áreas que vão desde a geração e da transmissão,

passando pela proteção, até ao uso de energia. O sistema SCADA permite ao pessoal rastrear e introduzir dados em processos. Os

valores medidos são exibidos em tempo real no ecrã. Existe a possibilidade de alterar os sinais de controlo durante o processo. O

sistema SCADA também pode gerir o processo automaticamente. A inclusão de muitos valores medidos permite um melhor plane-

amento do futuro, a par de uma otimização económica. O sistema pode ser controlado remotamente através de redes de área local

(LAN). O sistema SCADA é o componente central numa rede inteligente (Smart Grid), levando a uma melhor utilização da infraes-

trutura da rede e à criação de reservas de energia.

As vantagens para si• Software SCADA adaptado à formação

• Realização, controlo e análise de redes inteligentes complexas (Smart Grid)

• SCADA Designer: - Disposição simbólica de todos os dispositivos da engenharia eletrotécnica Lucas-Nülle na interface do utilizador - Símbolos de circuitos padronizados

• SCADA Viewer: - Licença para estudante para o acompanhamento e comando das instalações - Apresentação e controlo dos valores de medição e dos estados de todos os sistemas existentes na rede

- Os parâmetros e sinais importantes podem ser controlados pelo software

• Autómato programável (PLC) SCADA: Soft-PLC integrado, programável segundo a norma IEC 61131

• SCADA Logger: gravação, apresentação, avaliação e exportação de todos os valores ao longo do tempo

• SCADA Panel Designer: conceção de interfaces de utilizador próprias

• SCADA Net: - O conceito cliente/servidor permite o acesso remoto simultâneo aos sistemas na Smart Grid a partir de qualquer PC (estudantes)

- O acesso limitado ou ilimitado é definido pelo formador no software SCADA

SCADA

7Lucas-Nülle

Desde a produção ao consumo de energia

Extra-alta tensão

Alta tensão

Redes de energia inteligentes no futuro

Os equipamentos Lucas-Nülle permitem simular uma rede completa de fornecimento de energia, desde a produção

até ao consumo final.

Central nuclear

Central de carvão

Parque eólico offshore

CCAT

Central elétrica industrial

Centro industrial

Subestação transformadora

Unidade de acumulação por bombagem

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Central de energia eólica Central de energia solar

Centro de controlo da ”Smart Grid“

Rede urbana

Mobilidade elétrica

Rede local

Consumidor industrialConsumidor industrial

Poderá encontrar mais informações

sobre ”Smart Grid“ a partir da página 96

Média/baixa tensão

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Desde a produção ao consumo de energia

Lucas-Nülle

Sistemas interligados em rede no laboratório de engenharia eletrotécnica

O laboratório inteligente Os equipamentos da Lucas-Nülle GmbH para a engenharia eletrotécnica podem ser combinados da forma que for mais conveniente.

Assim, por exemplo, a energia gerada a partir de fontes de energia renováveis pode ser transmitida através do sistema de simulação

de transmissão, adaptada com transformadores e distribuída pelos consumidores que se pretender com os barramentos duplos.

Os sistemas de barramento dos dispositivos de medição e proteção podem ser todos combinados entre si, e avaliados e controlados

centralmente pelo sistema SCADA para software PowerLab.

Para esse efeito, deixa de haver limites à topologia e profundidade de estudo de redes inteligentes em laboratório.

Produção

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Lucas-Nülle

Transmissão Distribuição Consumo

Poderá encontrar mais informações

sobre ”Smart Grid“ a partir da página 96

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Um olhar de relance

Proteção para geradores

• Proteção diferencial do gerador • Proteção temporizada contra sobrecorrentes • Proteção contra carga desequilibrada • Proteção contra potência inversa • Proteção contra sobretensões e subtensões • Proteção contra defeito à terra no estator • Proteção contra defeito à terra no rotor

Proteção de linhas

• Proteção contra sobretensões e subtensões • Proteção do sentido de potência • Proteção temporizada contra sobrecorrentes • Proteção contra falha à terra • Proteção de linhas paralelas • Proteção à distância

Proteção de barramento

• Proteção temporizada contra sobrecorrentes para barramentos duplos

Proteção de consumidores elétricos

• Proteção de máquinas elétricas • Relé de gestão do motor

Proteção de transformadores

• Proteção diferencial de transformadores • Proteção temporizada contra sobrecorrentes

SCADA SCADA SCADA SCADA SCADA


Proteção de instalações técnicas de energia

Análises em instalações técnicas de energia

Fundamentos sobre engenharia eletrotécnica

EGP

Produção de energia

• Geradores síncronos trifásicos • Circuitos de sincronização • Regulação automática da potência e do fator de potência

Produção de energia renovável

• Energia eólica • Sistemas fotovoltaicos • Pilha de combustível

EUG

Transformador

• Transformador sem carga (em vazio) e em curto-circuito • Transformador com carga resistiva, indutiva e capacitiva • Operação em paralelo de transformadores • Distribuição de corrente para diferentes grupos de ligação

EUT

Transmissão de energia

• Análises em linhas de corrente trifásica • Análises em linhas paralelas • Análises em linhas de neutro compensado por bobina de extinção • Análises em sistemas de transmissão com gerador síncrono

EUL

Distribuição de energia

• Sistema de barramento duplo trifásico • Troca de barramento de comando manual • Troca automática de barramento com PC

EPD

Transformadores de corrente e de tensão

• Transformador de corrente para dispositivos de proteção • Transformador de tensão para dispositivos de proteção

EUB

Consumo de energia

• Consumidores complexos • Compensação da potência reativa• Medição do consumo de energia• Monitorização de cargas de pico• Gestão de energia

EUC

ETP ELP EDP ECP

Fundamentos da eletrotecnia

• Tecnologia de corrente contínua • Tecnologia de corrente alternada • Tecnologia de corrente trifásica • Magnetismo/eletromagnetismo • Medição com o multímetro

Redes e modelos

• Processos transientes em redes de corrente contínua e alternada• Modelos de redes de corrente contínua

Smart-Grid

• Energias renováveis na Smart Grid• Combinação e controlo de todos os sistemas• Software SCADA• Gestão inteligente da energia: coordenar a produção e o consumo de energia

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• Proteção diferencial do gerador • Proteção temporizada contra sobrecorrentes • Proteção contra carga desequilibrada • Proteção contra potência inversa • Proteção contra sobretensões e subtensões • Proteção contra defeito à terra no estator • Proteção contra defeito à terra no rotor


• Proteção contra sobretensões e subtensões • Proteção do sentido de potência • Proteção temporizada contra sobrecorrentes • Proteção contra falha à terra • Proteção de linhas paralelas • Proteção à distância

Proteção de barramento

• Proteção temporizada contra sobrecorrentes para barramentos duplos


• Proteção de máquinas elétricas • Relé de gestão do motor


• Proteção diferencial de transformadores • Proteção temporizada contra sobrecorrentes



Proteção de instalações técnicas de energia

Análises em instalações técnicas de energia

Fundamentos sobre engenharia eletrotécnica

EGP


• Geradores síncronos trifásicos • Circuitos de sincronização • Regulação automática da potência e do fator de potência


• Energia eólica • Sistemas fotovoltaicos • Pilha de combustível

EUG

Transformador

• Transformador sem carga (em vazio) e em curto-circuito • Transformador com carga resistiva, indutiva e capacitiva • Operação em paralelo de transformadores • Distribuição de corrente para diferentes grupos de ligação

EUT


• Análises em linhas de corrente trifásica • Análises em linhas paralelas • Análises em linhas de neutro compensado por bobina de extinção • Análises em sistemas de transmissão com gerador síncrono

EUL


• Sistema de barramento duplo trifásico • Troca de barramento de comando manual • Troca automática de barramento com PC

EPD

Transformadores de corrente e de tensão

• Transformador de corrente para dispositivos de proteção • Transformador de tensão para dispositivos de proteção

EUB

Consumo de energia

• Consumidores complexos • Compensação da potência reativa• Medição do consumo de energia• Monitorização de cargas de pico• Gestão de energia

EUC

ETP ELP EDP ECP

Fundamentos da eletrotecnia

• Tecnologia de corrente contínua • Tecnologia de corrente alternada • Tecnologia de corrente trifásica • Magnetismo/eletromagnetismo • Medição com o multímetro

Redes e modelos

• Processos transientes em redes de corrente contínua e alternada• Modelos de redes de corrente contínua

Smart-Grid

• Energias renováveis na Smart Grid• Combinação e controlo de todos os sistemas• Software SCADA• Gestão inteligente da energia: coordenar a produção e o consumo de energia

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13 Lucas-Nülle

Solução completa para laboratório de engenharia eletrotécnica

Mais do que um sistema de formação

Apresentar conteúdos didáticos complexos com vivacidade usando meios didáticos modernos

Energias renováveis:energia eólica, pilhas de combustível, energia fotovoltaica

14Lucas-Nülle

Smart Grid: medir e controlar todo o fluxo de energia com o sistema SCADA

Soluções completas para a engenharia eletrotécnica: desde a produção, passando pela transmissão e distribuição, até ao consumo

Transferência de conhecimento multimédia com UniTrain-I

15 Lucas-Nülle

Fundamentos da engenharia eletrotécnica

Tecnologia de corrente contínua (UniTrain-I) ........................... 20

Tecnologia de corrente alternada (UniTrain-I) .......................... 21

Tecnologia de corrente trifásica (UniTrain-I) ............................. 22

Magnetismo/eletromagnetismo (UniTrain-I) ............................ 23

Medição com o multímetro (UniTrain-I) .................................. 24

Redes e modelos de rede (UniTrain-I) ...................................... 25

Transformadores de corrente e de tensão ............................... 26



Introdução à engenharia eletrotécnica com recurso a multimédia e de uma forma vocacionada para a prática

Com o sistema de formação e experimentação multimédia UniTrain-I, o formando é conduzido, com a ajuda de textos, gráficos,

animações e testes de conhecimentos, ao longo da teoria e de experiências guiadas com base num software de curso estruturado

de forma clara. Além do software didático, cada curso inclui ainda um kit de placas de experiências, nas quais são realizados os

exercícios práticos.

Devido às inúmeras experiências e animações que possuem, os cursos multimédia UniTrain-I permitem ter uma visão das questões

mais atuais em torno da engenharia eletrotécnica. Os fundamentos da tecnologia de corrente contínua, corrente alternada e cor-

rente trifásica, bem como as operações em redes de distribuição, são tratados em vários cursos. Os processos típicos que requerem

especial atenção na produção e distribuição de energia elétrica podem ser analisados na experiência usando muito baixa tensão de

segurança, que é perfeitamente inócua.

As vantagens para si • Teoria e prática ao mesmo tempo e no mesmo lugar

• Elevada motivação dos estudantes por causa do uso do PC

e de novos meios

• Sucesso rápido graças ao guia de curso estruturado

• Entendimento rápido por meio da teoria animada

• Competência profissional através da experimentação

própria

• Feedback constante por meio de perguntas de compreensão

e testes de conhecimentos

• Localização de falhas guiada com simulador de falhas inte-

grado

• Segurança graças ao uso de muito baixa tensão de segurança

• Vasto sortido de cursos

• Soluções exemplificativas para professores

18Lucas-Nülle


Sistema UniTrain-I

• Laboratório completo portátil

• Cursos multimédia

• Interface de medição e de comando altamente avançada

• Teoria e prática em simultâneo

Software de aprendizagem e experimentação LabSoft

• Vasto sortido de cursos

• Teoria abrangente

• Animações

• Experiências interativas com manual

• Navegação livre

• Documentação dos resultados de medição

• Testes de conhecimentos disponíveis no seu idioma

Fontes de alimentação e de medição integradas

• Multímetro, amperímetro, voltímetro

• Osciloscópio de 2 canais com memória

• Gerador de funções e formas de onda

• Fonte de alimentação tripla para CA e CC

• Unidade de alimentação de corrente trifásica

• ... e muitos outros dispositivos

19 Lucas-Nülle


Tecnologia de corrente contínua

Corrente, tensão e circuitos resistivos

Corrente, tensão, resistência – aquisição dos fundamentos eletrotécnicos de uma forma orientada para a prática. O curso faz uso de

inúmeras experiências, animações e textos, facilmente compreensíveis, para ilustrar as leis fundamentais da eletrotecnia.

Conteúdos didáticos • Conceitos básicos: carga elétrica, campo elétrico, corrente, tensão, resistência e potência

• Manuseamento de fontes de tensão e instrumentos de medição

• Comprovação experimental das leis de Ohm e de Kirchhoff

• Medições em circuitos em série, em paralelo e em divisores de tensão

• Gravação de curvas características de resistências variáveis (LDR, NTC, PTC, VDR)

• Estudo da bobina e do condensador no circuito de corrente contínua

• Localização de falhas

20 Equipamento UniTrain-I Tecnologia de corrente contínua Lucas-Nülle


Tecnologia de corrente alternada

Indutância, capacitância, circuito ressonante/transformador

Qual o comportamento das bobinas e dos condensadores em presença de corrente alternada? O que é um circuito ressonante e

como funciona um transformador?

Conteúdos didáticos • Conhecimento das grandezas características dos sinais

periódicos e sinusoidais

• Manuseamento de diagramas fasoriais

• Determinação experimental da reactância da bobina e do

condensador

• Explicação da potência ativa, reativa e aparente

• Determinação da resposta em frequência de circuitos de

filtro simples

• Circuitos elétricos ressonantes: ressonância, qualidade,

largura de banda e frequência de corte

• Medição do comportamento em frequência de circuitos

ressonantes em série e em paralelo

• Medições da carga, do funcionamento em vazio e de curto-

circuito

• Comportamento em frequência de transformadores e trans-

formadores de impulsos de disparo

• Localização de falhas

21Equipamento UniTrain-I Tecnologia de corrente alternada Lucas-Nülle

Tecnologia de corrente trifásica

Circuito estrela-triângulo, gerador trifásico

A corrente trifásica ocupa uma posição proeminente na engenharia energética e de acionamentos, tanto na produção e transporte

de energia elétrica, como também na propulsão de potentes máquinas industriais.

Conteúdos didáticos • Medições de grandezas de fase e de linha na rede de corrente trifásica

• Determinação experimental de leis entre tensões de fase e de linha

• Consumidores resistivos e capacitivos na configuração em estrela e em triângulo

• Deslocamento de fase entre tensões de fase e de linha

• Medição das correntes de compensação no condutor neutro

• Efeitos de interrupções do condutor neutro

• Medições de correntes e de tensões com cargas simétricas e assimétricas

• Medição da potência em presença de uma carga trifásica

Equipamento UniTrain-I Tecnologia de corrente trifásica Lucas-Nülle


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Magnetismo/Eletromagnetismo

Campo magnético, indução, componentes

O magnetismo e a eletricidade estão intimamente relacionados. Muitos componentes da eletrotecnia tiram partido dos efeitos

(eletro)magnéticos.

Conteúdos didáticos • Magnetismo: polos magnéticos, campo magnético, linhas

de campo e intensidade de campo

• Materiais magnéticos duros e macios, histerese

• Estudo do campo magnético de um condutor atravessado

por uma corrente elétrica

• Estudo do campo magnético de uma bobina (bobina com

núcleo de ar, bobina com núcleo magnético)

• Indução eletromagnética e força de Lorentz

• Estrutura e modo de funcionamento de um transformador

• Estudo de um transformador com diferentes cargas

• Estrutura e funcionamento de componentes eletromagnéticos:

relé, interruptor de lâminas flexíveis ”reed“, interruptor de

efeito Hall

• Estudo de circuitos de aplicação

Equipamento UniTrain-I Magnetismo/eletromagnetismo Lucas-Nülle


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Medição com o multímetro

Medição de corrente, medição de tensão, medição de resistências e díodos

Medir de forma correta e trabalhar de forma segura – Ao longo do curso, será treinado o manuseamento seguro de multímetros

normais à venda no mercado tendo por base inúmeros exercícios de medição e animações.

Conteúdos didáticos • Conhecimento dos elementos de comando do multímetro

• Fontes de perigo durante as medições em circuitos elétricos

• Medição de tensões elétricas contínuas e alternadas com o multímetro

• Medição de correntes elétricas contínuas e alternadas com o multímetro

• Medições de resistências e díodos

• Método de medição ”de zero“ e medições de continuidade elétrica

• Adaptação do intervalo de medição

• Deteção de possíveis fontes de erro durante as medições

• Determinação dos componentes num circuito desconhecido recorrendo às medições de correntes e de tensões

Equipamento UniTrain-I Medição com o multímetro Lucas-Nülle


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Redes e modelos de rede

Processos transientes em redes de corrente contínua e alternada

Do ponto de vista estrutural, as redes de distribuição de energia elétrica consistem em linhas ligadas em paralelo ou sequencialmente.

Nas redes de baixa, média e alta tensão existentes, ocorrem dois processos diferentes: estacionários (cargas constantes) e transientes

(processos transitórios). Os processos transitórios ocorrem em caso de curto-circuito ou noutras situações de falha. Em determinadas

circunstâncias, as manobras também podem originar processos transitórios. Estes processos típicos, que requerem especial atenção

na produção e distribuição de energia elétrica, podem ser analisados na experiência usando muito baixa tensão de segurança, que é

perfeitamente inócua.

Conteúdos didáticos • Conhecimento do significado das manobras em redes de

energia

• Avaliação dos efeitos (perigos) de manobras em redes de

energia

• Estudo experimental da curva da tensão e da corrente ao

ligar uma tensão contínua

• Análise da influência de cargas diversas (R, L, C) sobre a

curva do sinal

• Estudo experimental da curva da tensão e da corrente ao

ligar uma tensão alternada

• Análise da influência dos tempos de ligação ou desligamento

• Medições das curvas de sinais com diferentes tempos de

desligamento

• Determinação do momento de comutação ideal

• Análise dos processos de ligação e desligamento com

cargas complexas (R, L, C) em diferentes momentos de

comutação

Equipamento UniTrain-I Processos transientes Lucas-Nülle


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Transformador de corrente e transformador de tensão

Transformador de corrente para dispositivos de proteção

Os transformadores de corrente e de tensão são utilizados para os mais diversos fins na engenharia eletrotécnica. Nas experiências

são analisados de forma vocacionada para a prática o comportamento de transmissão, o fator de sobrecorrente, os erros de valor

absoluto e de deslocamento de fase, como por ex., com cargas diferentes. Além disso, são examinados os requisitos em operação

normal, em curto-circuito e com falhas assimétricas.

Exemplo de experiência ”Transformador de corrente EUB 1“

Conteúdos didáticos • Corrente secundária transformada em função da corrente primária

• Influência da carga de saída sobre o erro de corrente

• Verificação do fator de sobrecorrente nominal

• Circuito de transformador de corrente numa rede a três fios

• Circuito de transformador de corrente numa rede a quatro fios

• Determinação da corrente residual

Equipamento EUB 1 Lucas-Nülle


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Transformador de tensão para dispositivos de proteção

Exemplo de experiência ”Transformador de tensão EUB 2“

A proteção de instalações e partes de instalações não só depende de dispositivos de proteção seletiva, como também da deteção e

medição corretas de correntes e tensões diferenciais mínimas. No caso de diferentes ligações de ponto neutro, deverão ser utilizados

diferentes circuitos de medição, a fim de detetar e localizar adequadamente os possíveis tipos de falha.

Conteúdos didáticos • Curvas características do transformador de tensão

• Cálculo de erros de tensão e precisão por classes

• Influência da carga de saída sobre a relação de transformação

• Transformador de tensão trifásico numa rede sem anomalias

• Transformador de tensão trifásico numa rede com defeito à terra do lado primário

Equipamento EUB 2 Lucas-Nülle


27

Fonte: Woodward SEG


Máquinas síncronas (UniTrain-I) .............................................. 32

Controlo de geradores e sincronização ................................... 33

Proteção para geradores ........................................................ 35


Com geradores síncronos trifásicos

Além das experiências básicas à volta do gerador síncrono trifásico, as experiências nesta área incluem ainda circuitos de sincroni-

zação com comando manual e automático, bem como experiências relacionadas com a regulação automática do fator de potência

(regulação do cos-phi) e a regulação da potência. Assim, neste módulo, a operação de uma central elétrica pode ser simulada em

operação autónoma e interconectada. Ainda assim, é necessária uma proteção eficaz dos geradores contra falhas internas e externas,

a qual requer a utilização de uma variedade de dispositivos de proteção.


30Lucas-Nülle


Sistemas de formação Os nossos sistemas de formação abrangem as seguintes áreas

temáticas:

• UniTrain-I Geradores síncronos trifásicos

• Sistema de placas de experimentação ”Controlo de geradores

e sincronização“

• Sistema de placas de experimentação ”Proteção para

geradores“

Banco de ensaios de servomáquinas Constitui uma parte importante dos equipamentos de enge-

nharia eletrotécnica o banco de ensaios de servomáquinas - um

sistema de ensaios completo para o estudo de máquinas elétri-

cas e geradores. Esse banco é formado pela unidade de controlo

digital, um servocomando e o software ActiveServo. O sistema

combina tecnologia de ponta com facilidade de utilização. Além

da movimentação e da frenagem, os modelos de máquinas

de trabalho permitem emular de forma realista. Desse modo,

consegue-se analisar máquinas, geradores e acionamentos em

laboratório sob condições típicas da indústria.

Geradores síncronos trifásicos A energia elétrica é produzida principalmente com recurso a ge-

radores trifásicos. Isso tanto se aplica às centrais elétricas como

aos geradores de corrente e aerogeradores. Estes geradores

devem ser protegidos eficazmente contra falhas internas e exter-

nas através de uma variedade de dispositivos de proteção.

Fonte: Woodward SEG

31 Lucas-Nülle

Máquinas síncronas

Máquina de rotor bobinado, máquina síncrona, máquina de relutância

Os motores de relutância são os motores do futuro. Atualmente, estão amplamente disseminadas as máquinas de corrente trifásica

com rotor síncrono e rotor bobinado.

Conteúdos didáticos • Explicação da tecnologia e da respetiva aplicação na prática

• Sistematização dos fenómenos da física necessários à compreensão

• Arranque de máquinas com resistências de arranque e frequência variável

• Controlo das rotações

• Execução de várias experiências:

- Ligação de um motor de rotor bobinado

- Influência dos enrolamentos rotóricos abertos ou ligados

- Efeito de diferentes tensões de excitação

Equipamento UniTrain-I Máquinas síncronas Lucas-Nülle


32

Controlo de geradores e sincronização

Circuitos de sincronização de comando manual

Exemplo de experiência ”Circuitos de sincronização de comando manual EUG 1“

A energia elétrica é produzida principalmente com recurso a geradores trifásicos. Isso tanto se aplica às centrais a vapor e

hidroelétricas convencionais, como aos geradores de corrente e aerogeradores. Além das experiências básicas relativas ao gerador

síncrono trifásico, são realizadas ainda várias experiências sobre o tema dos circuitos de sincronização de comando manual.

Conteúdos didáticos • Comutação por sombra

• Comutação por luz

• Comutação por circuito cíclico

• Geração de potência ativa

• Geração de potência reativa indutiva

• Geração de potência reativa capacitiva

Equipamento EUG 1 Lucas-Nülle


33

Ver também a página 105, Unida-de de acumulação por bombagem

(equipamento EUG 3)

Controlo de geradores e sincronização

Circuitos de sincronização automáticos, regulação da potência e regulação do fator de potência

Além das experiências sobre circuitos de sincronização automáticos, são executadas experiências à volta da regulação automática do

fator de potência (cos-phi) e da regulação da potência. É, assim, possível simular uma central elétrica em operação autónoma e

interconectada.

Exemplo de experiência ”Circuitos de sincronização automáticos EUG 2“

Conteúdos didáticos Circuitos de sincronização automá-ticos • Colocação em funcionamento e para-

metrização da unidade de automação

• Sincronização em modo de teste

• Sincronização na rede real

• Comportamento da unidade de

automação em caso de programação

errada

Regulação automática do fator de potência • Parametrização do controlador au-

tomático do cos-phi

• Sincronização do gerador com a rede

• Regulação do cos-phi do gerador

síncrono

• Regulação do cos-phi da rede

Regulação automática da potência • Parametrização do controlador de

potência automático

• Sincronização do gerador com a rede

• Resposta a perturbações e comporta-

mento de referência do controlador de

potência

• Sensibilidade e direção do efeito do

controlador de potência

Equipamento EUG 2Lucas-Nülle


34


Relé multifuncional

Exemplo de experiência ”Proteção para geradores EGP 1“

Uma proteção eficaz dos geradores contra falhas internas e externas exige a utilização de uma variedade de dispositivos de proteção.

A proteção temporizada contra sobrecorrentes forma a reserva de proteção para o gerador, podendo ser utilizada igualmente para

detetar falhas externas, como por ex., curto-circuito e sobrecarga. Os defeitos à terra são detetados com a proteção contra defeito à

terra no estator. O estudo da proteção contra potência inversa e carga desequilibrada, bem como a proteção contra sobretensão/

subtensão, completa a série de experiências ”EGP“ relativa à proteção do gerador.

Conteúdos didáticos Proteção temporizada contra sobrecorrentes • Comportamento de ativação e desativação em caso de

falhas monopolares e tripolares

• Determinação dos tempos de disparo

Proteção contra carga desequilibrada • Comportamento de ativação e desativação em presença de

carga desequilibrada

• Determinação da relação de desoperação e dos tempos de

disparo

• Determinação da curva característica do relé TA = f (carga

desequilibrada)

Proteção contra potência inversa • Sincronização do gerador na rede

• Deteção e desconexão do gerador em caso de fluxo de

potência inversa

Proteção contra sobretensões e subtensões • Reações em caso de falha de fase

• Deteção dos tempos de excitação e de disparo

Proteção contra defeito à terra no estator • Determinação das tensões do sistema no modo de funcio-

namento normal ou defeito à terra no estator

• Medição dos tempos de disparo

• Cálculo da corrente de fuga

Equipamento EGP 1 Lucas-Nülle


35


Proteção diferencial de geradores

A proteção diferencial de geradores, que deteta falhas internas como curtos-circuitos, curtos-circuitos entre espiras e no enrolamento

ou curtos-circuitos de defeito duplo à terra, serve de proteção principal.

Exemplo de experiência ”Proteção diferencial de geradores EGP 2“

Conteúdos didáticos • Cálculo dos valores de operação da proteção

• Deteção de falhas dentro do intervalo de proteção

• Verificação da ativação e da desexcitação em caso de falha dentro e fora do intervalo de proteção

• Desconexão e desexcitação do gerador

• Medição das correntes de operação da proteção para falhas simétricas e assimétricas

• Comparação dos valores medidos com os valores de ajuste

Equipamento EGP 2Lucas-Nülle


36

Proteção contra defeito à terra no rotor

Exemplo de experiência ”Proteção para geradores - proteção contra defeito à terra no rotor EGP 3“

A proteção contra defeito à terra no rotor é utilizada para determinar falhas à terra no circuito de corrente de excitação de máquinas

síncronas.

Conteúdos didáticos • Colocação em funcionamento do gerador síncrono

• Estudo no modo de funcionamento normal e com defeito à terra no rotor

• Medição da corrente de defeito à terra no rotor

• Relé de defeito à terra no rotor em operação com defeito à terra:

- Ligação e verificação do relé de defeito à terra no rotor

- Predefinição de diferentes curtos-circuitos no rotor

- Verificação da mensagem de erro e da desconexão

Equipamento EGP 3Lucas-Nülle


37


Sistemas fotovoltaicos (UniTrain-I) .......................................... 42

Sistemas fotovoltaicos Nível avançado .................................... 44

Turbinas eólicas ...................................................................... 48

Turbinas eólicas pequenas ...................................................... 52

Tecnologia das pilhas de combustível (UniTrain-I) .................... 54

Tecnologia das pilhas de combustível Nível avançado ............. 56

Inesgotável, sustentável, real - O futuro é verde

A revolução energética em direção às energias renováveis, cortando com o carvão, o petróleo e a energia nuclear, entra em

velocidade de cruzeiro. Hoje em dia, a tecnologia está de tal maneira avançada que a energia solar, a energia eólica, o hidrogénio e a

biomassa já são utilizáveis como fontes de energia amigas do ambiente. Para que a tendência não se inverta, são procurados em

todo o mundo profissionais técnicos com uma excelente formação.

Hoje em dia, as tecnologias mudam a um ritmo vertiginoso. Isso coloca também desafios no plano da formação. A Lucas-Nülle

dispõe dos sistemas de formação adequados, que tomam em consideração a cada vez maior complexidade do mundo da formação.



40Lucas-Nülle

Pilha de combustível - acumulador de longa duração para energia

• Aplicação em veículos sem emissões

• Difusão como fonte de alimentação de emergência

• Aplicação como instalação de aquecimento urbano distrital

Futuro mais limpo com a energia eólica

• Previsão para a Alemanha: no ano 2030, 25 % da eletricidade

será produzida a partir de energia eólica.

• Uma turbina eólica de 3,0 MW permite poupar anualmente

13 000 barris de petróleo ou 10 000 toneladas de CO2.

Perspetivas ensolaradas com a energia fotovoltaica

• Abu Dhabi anuncia que vai investir cerca de 2 mil milhões de

dólares norte-americanos em tecnologia para a produção de

módulos fotovoltaicos de filme fino, em Masdar.

• No Silicon Valley, está a nascer a maior central de energia solar

dos Estados Unidos, com uma potência nominal de 25 MW.

• Na Alemanha, são já uma realidade 5 GW de potência foto-

voltaica instalada. Esta potência corresponde à produzida por

5 modernos blocos de central elétrica. Até 2020, a potência

deverá ser aumentada gradualmente até aos 40 GW.


41 Lucas-Nülle

Equipamento UniTrain-I Energia fotovoltaicaLucas-Nülle

Perspetivas ensolaradas com o curso sobre energia fotovoltaica

Em tempos de rápido aumento de custos de energia e maior consciencialização ambiental, a energia fotovoltaica representa uma

alternativa muito interessante para a geração de energia convencional. Com o curso sobre energia fotovoltaica, será possível aprender

e examinar não só os fundamentos das células fotovoltaicas, como também simular um sistema fotovoltaico em operação direta ou

com acumulador.

Conteúdos didáticos • Conhecimento do princípio e do modo de funcionamento

da célula fotovoltaica

• Gravação de curvas características de um módulo solar

• Explicação das correlações da corrente e/ou da tensão de

um módulo solar com a temperatura, a irradiância e o

ângulo de incidência

• Conhecimento de ligações em série, paralelo e outros tipos

de ligações de células fotovoltaicas

• Conhecimento dos métodos de fabrico das células foto-

voltaicas

• Explicação dos diferentes tipos de células fotovoltaicas

• Conhecimento da estrutura de um acumulador de energia

solar

• Conhecimento dos diferentes tipos de sistemas fotovoltaicos

• Estabelecimento de uma rede isolada com acumulador de

energia solar

Sistemas fotovoltaicos


42

Um curso multimédia serve de suporte à experiência

As vantagens para si • Transmissão de conhecimentos e know-how através do curso multimédia UniTrain-I

• Equipamento completo com todos os componentes necessários

• Avaliação de dados medidos baseada em PC

• O sistema funciona com 12 V

• O sistema suporta a simulação de falhas

Equipamento UniTrain-I Energia fotovoltaica Lucas-Nülle


43

Lucas-Nülle

Sistemas fotovoltaicos Nível avançado


44

Equipamento EPH 2 Lucas-Nülle

Trabalhos de projeto com componentes industriais

Conteúdos didáticos Estudo de módulos solares

• Experimentação da orientação ideal de módulos solares

• Gravação de curvas características de módulos solares

• Estudo do comportamento em presença de sombra parcial

• Estudo do princípio de funcionamento de díodos de derivação

• Conhecimento dos tipos de ligações de módulos solares

Topologia de sistemas fotovoltaicos no modo de funciona-

mento autónomo

• Instalação de sistemas fotovoltaicos

• Topologia e teste de um sistema FV isolado no modo de

operação direta

• Topologia e teste de um sistema FV isolado no modo de ope-

ração com acumulador

• Topologia e teste de um sistema FV isolado para a produção de

tensão alternada de 230 V

Topologia de sistemas fotovoltaicos no modo de funciona-

mento em paralelo com a rede

• Instalação, topologia e teste de sistemas fotovoltaicos com

injeção na rede

• Medição da energia gerada por um sistema fotovoltaico

• Determinação da eficiência do inversor de rede

• Estudo do comportamento de um sistema fotovoltaico no caso

de falha de rede

O sistema de formação permite a simulação realista da trajetória aparente do sol. Assim, as experiências em laboratório podem ser

realizadas de uma forma eminentemente prática, mesmo sem o sol, com a ajuda de emuladores.

A transmissão de conhecimentos e know-how e a avaliação de dados medidos baseada em PC é possibilitada pelo curso multimédia

”Energia fotovoltaica Nível avançado“.

Exemplo de experiência ”Energia fotovoltaica Nível avançado EPH 2“


45

Sistemas fotovoltaicos Nível avançado


Sol no laboratório

”LabAssistant interativo“ • Guia passo-a-passo multimédia

• Explicação dos fundamentos físicos através de animações

fáceis de entender

• Verificação do progresso de aprendizagem por meio de

perguntas com a ferramenta de avaliação


• Início de instrumentos virtuais diretamente a partir das

instruções da experiência

Módulo solar com emulador de altitude • Possibilidade de ajuste do ângulo de incidência do sol em

função da posição (latitude), data e hora

• Possibilidade de ajuste da inclinação do módulo solar

• Módulo solar policristalino de 10 W

• Projetor de halogéneo de 500 W com reóstato (dimmer)

• Emulação realista do movimento aparente do sol


46


Emulador solar • Possibilidade de realização de experiências mesmo sem sol,

graças a três emuladores solares independentes

• Possibilidade de ajuste individual da intensidade luminosa de

cada emulador

• Inclui um díodo de derivação ativável

• 120 VA de potência

Componentes industriais • Controlador de carga solar

• Inversor isolado

• Inversor de rede

• Simplicidade de colocação em funcionamento e estudo de

componentes industriais

As vantagens para si • Transmissão de conhecimentos e know-how através de um curso multimédia ”LabAssistant interativo“

• Utilização de componentes industriais

• Flexibilidade na realização das experiências graças ao módulo solar realista ou ao simulador de módulos solares


• Integração nos sistemas de engenharia eletrotécnica


47

Lucas-Nülle

Turbinas eólicas


48

Geradores de indução duplamente alimentados (GIDA)

Conteúdos didáticos • Compreensão da estrutura e princípio de funcionamento

das turbinas eólicas modernas

• Sistematização dos fundamentos físicos ”Desde o vento ao

eixo“

• Conhecimento de diversos conceitos de turbina eólica

• Montagem e colocação em funcionamento de um aero-

gerador de indução duplamente alimentado

• Operação do gerador em presença de ventos de intensidade

variável e regulação da tensão e frequência de saída

• Determinação dos pontos de trabalho ideais quando

ocorrem mudanças nas condições do vento

• Estudo do comportamento em presença de falhas de rede

”cavas de tensão“

Equipamento EWG 1 Lucas-Nülle

O equipamento permite o estudo de turbinas eólicas modernas com ”geradores de indução duplamente alimentados“. O vento pode

ser emulado de uma forma próxima da realidade com o banco de ensaios de servomáquinas e o software ”WindSim“. Durante as expe-

riências, é assegurada uma operação e visualização confortáveis através da interface de PC. O curso multimédia ”LabAssistant interati-

vo“ pertencente transmite os conhecimentos teóricos, auxilia na execução das experiências e na verificação dos dados de medição.

Exemplo de experiência ”Turbinas eólicas EWG 1“


49

Turbinas eólicas


Vento fresco no laboratório



fáceis de entender






Emulador de vento Em turbinas eólicas reais, o vento e a geometria das pás asse-

guram o acionamento do gerador. Em laboratório, a função de

gerar vento cabe ao banco de ensaios de servomáquinas e ao

software WindSim. Desse modo, é possível emular em laboratório

as mesmas condições que se verificam nas turbinas eólicas reais.

• Emulação realista do vento e da geometria das pás

• As rotações e o binário são ajustados automaticamente em

função do vento e do ângulo de passo

• O passo (pitch) e a intensidade do vento são reguláveis inde-

pendentemente

• Permite a introdução de perfis de vento

• Registo de valores mecânicos e elétricos


50

”Simulador dinâmico de falhas de rede“”Unidade de controlo para geradores de indução duplamente alimentados“

”Cavas de tensão“

”Gerador de indução duplamente alimentado“



• A energia eólica e a estrutura mecânica da turbina eólica podem ser emuladas fielmente com o banco de ensaios de

servomáquinas

• O aparelho de comando controlado por microcontrolador para geradores de indução duplamente alimentados permite uma

visualização e operação confortável durante as experiências

• A mais moderna tecnologia com ”cavas de tensão“

• Integração nos sistemas de engenharia eletrotécnica

Gerador de indução duplamente alimentado com aparelho de comando • Aparelho de comando com dois inversores controlados

• Excitação do gerador em operação subsíncrona e sobressíncrona

• Disjuntor de potência integrado para ligação do gerador à rede

• Regulação automática da potência ativa e aparente, frequência e tensão

• Sincronização manual e automática

• Medição e apresentação de todas as variáveis do sistema

• Experiências com ”cavas de tensão“


51

Turbinas eólicas pequenas

Corrente para a alimentação descentralizada

Conteúdos didáticos • Compreensão da estrutura e princípio de funcionamento

das modernas turbinas eólicas pequenas

• Sistematização dos fundamentos físicos ”Desde o vento ao

eixo“

• Conhecimento de diversos conceitos de turbina eólica

• Montagem e colocação em funcionamento de um pequeno

aerogerador

• Operação em presença de ventos de intensidade variável

em modo de operação com acumulador

• Armazenamento de energia

• Otimização da instalação

• Topologia de um sistema isolado para a produção de

tensão alternada de 230 V

• Conhecimento de sistemas híbridos para fornecimento

autónomo de corrente proveniente de energia eólica e

fotovoltaica

As turbinas eólicas pequenas até 5 kW de potência são usadas hoje para fontes de alimentação descentralizadas. Os sistemas geram

tensão contínua. A energia pode ser armazenada através de controladores de carga em baterias. Através do inversor, são produzidas

tensões alternadas para a operação de consumidores de energia de rede.

A influência da intensidade do vento e a estrutura mecânica da turbina eólica podem ser emuladas fielmente com o banco de ensaios

de servomáquinas e o software ”WindSim“.

Equipamento EWG 2Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Turbina eólica pequena EWG 2“


52


Características convincentes do produto


• A energia eólica e a estrutura mecânica da turbina eólica podem ser emuladas fielmente com o banco de ensaios de servomá-

quinas

• O comportamento do gerador em laboratório corresponde ao do sistema real

• Turbina eólica pequena real para operação ao ar livre, incluindo Mastset, integrável



fáceis de entender






Gerador síncrono• A energia eólica e a estrutura mecânica da turbina eólica

podem ser emuladas fielmente com o banco de ensaios de

servomáquinas

• O comportamento do gerador em laboratório corresponde ao

do sistema real

• Turbina eólica pequena adequada para operação ao ar livre


53

Tecnologia das pilhas de combustível

Topologia e princípio de funcionamento de pilhas de combustível

Conteúdos didáticos• Conhecimento do princípio e do modo de funcionamento

da pilha de combustível

• Gravação de curvas características de uma pilha de

combustível

• Explicação dos processos eletroquímicos da eletrólise

(1.ª e 2.ª leis de Faraday)

• Determinação da eficiência Faraday e energética de uma

pilha de combustível

• Análise da ligação em série e em paralelo de pilhas de

combustível

• Apreciação da potência de pilhas de combustível

• Conhecimento do princípio e do modo de funcionamento

do eletrolisador

• Gravação da curva característica Ul do eletrolisador

• Determinação da eficiência Faraday e energética de um

eletrolisador

Presentemente, as energias renováveis já são comercializadas como solução para a escassez de energia prevista para o século XXI.

A célula de combustível de hidrogénio faz parte desta solução. Ela é usada como tecnologia complementar em sistemas de energia

do futuro, com o intuito de produzir energia limpa a partir de hidrogénio renovável.

Equipamento UniTrain-I Tecnologia das pilhas de combustívelLucas-Nülle


54

Um curso multimédia serve de suporte à experiência

Equipamento UniTrain-I Tecnologia das pilhas de combustível Lucas-Nülle


• Dispositivo compacto com dupla célula de combustível PEM e eletrolisador PEM com gasómetro

• Manuseamento seguro de hidrogénio

• Alimentação de corrente de 2 V/2,5 A para alimentação do eletrolisador já integrada

• Diversidade de cargas (lâmpadas, ventilador)

• Carga variável para gravação de curvas características


55

Tecnologia das pilhas de combustível Nível avançado

Alimentação de corrente autónoma com célula de combustível

Conteúdos didáticos • Estrutura e modo de funcionamento de uma pilha de combustível

• Estrutura e modo de funcionamento de um eletrolisador

• Estrutura e modo de funcionamento de um acumulador de hidreto metálico

• Termodinâmica da pilha de combustível

• Curva característica e curva da potência da pilha de combustível

• Eficiência

• Componentes necessários para uma alimentação de corrente autónoma

• Eletrónica de potência e conversão de tensão

A produção de energia elétrica com a ajuda das células de combustível é cada vez mais um tópico técnico importante, envolvendo

inúmeras possibilidades de aplicação na tecnologia elétrica e automóvel. O sistema de experimentação proporciona muitos estudos

interessantes, sem riscos associados ao manuseamento de hidrogénio e pilhas de combustível, sendo apropriado para demonstrações,

bem como para um estágio. Teoria com animações, instruções do experimentador e campos de resultados são realizados com a

ajuda do ”LabAssistant interativo“.

Equipamento EHY 1Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Pilha de células de combustível de 50 VA com consumidores EHY 1“


56

Pilha de células de combustível • Pilha de 50 VA

• Caudalímetro para fornecimento de hidrogénio

• Ventilador com velocidade variável para a ventilação da pilha

de combustível

• Medição de todas as grandezas relevantes


• Entrada simples na temática da pilha de combustível

• Experimentação inócua com hidrogénio

• Pilha de células de combustível de 50 VA

• Ligação para acumulador de pressão de hidrogénio

• Eletrolisador de alto desempenho

• Diversidade de cargas

• Carga variável para gravação de curvas características

Pilha de células de combustível de 50 VA



fáceis de entender






Equipamento EHY 1 Lucas-Nülle


57

Transformadores

Transformador trifásico (UniTrain-I) ......................................... 62

Análises em transformadores ................................................. 63

Proteção de transformadores ................................................. 64

Lucas-Nülle

Transformar e proteger

Em engenharia eletrotécnica, utilizam-se transformadores para interligar os diferentes níveis de tensão da rede elétrica. A eletricidade

da rede de distribuição regional, com média tensão variando entre 10 e 36 kV, é transformada em postos de transformação para

fornecimento a clientes finais de baixa tensão em 400 V ou 230 V, usados na rede local. O transformador constitui o núcleo de uma

subestação, o qual é necessário para os dispositivos de proteção. Medidas práticas e simulações de falhas incluídas no sistema de

formação permitem entender estes sistemas complexos na sala de aula.

Transformadores

Transformadores

60

Lucas-Nülle


temáticas:

• UniTrain-I ”Transformador trifásico“

• Sistema de placas de experimentação ”Análises em transfor-

madores“

• Sistema de placas de experimentação ”Proteção de transfor-

madores“

Proteção de transformadores A proteção diferencial de transformadores (a partir de aprox.

1 MVA), combinada com uma proteção temporizada contra

sobrecorrentes, pode ser estudada metrologicamente com dife-

rentes circuitos de enrolamentos (estrela, triângulo), diferentes

grupos de ligação e em função do tratamento do ponto neutro

(ligado à terra livremente, diretamente ou por meio de bobina

de extinção (bobina de Petersen)) em modo de operação normal

e no caso de várias situações de falha. Relativamente às correntes

diferenciais, os critérios de disparo são determinados em função

da sensibilidade da curva característica.

TransformadoresOs transformadores são máquinas elétricas que servem para

transformar correntes alternadas ou trifásicas, em tensões mais

elevadas ou mais baixas. Os transformadores trifásicos assumem

uma grande importância no transporte de energia elétrica. Em

engenharia eletrotécnica utilizam-se transformadores para inter-

ligar os diferentes níveis de tensão da rede elétrica.

Fonte: SIEMENS

Transformadores

61

Transformador trifásico

Formatos, tipos de ligação, comportamento sob carga

Os transformadores são máquinas elétricas que servem para transformar correntes alternadas ou trifásicas, em tensões mais elevadas

ou mais baixas. Os transformadores trifásicos assumem uma grande importância no transporte de energia elétrica.

Conteúdos didáticos • Conhecimento do princípio dos transformadores e do esquema elétrico equivalente

• Estudo do comportamento sob carga dos transformadores monofásicos em modo de funcionamento com um e com quatro

quadrantes

• Análise do consumo de corrente e tensão com e sem carga

• Estudo da relação de transformação

• Conhecimento de transformadores trifásicos

• Estudo de situações de carga de diferentes grupos de ligação

• Estudo de cargas assimétricas em diferentes grupos de ligação

• Determinação da tensão de curto-circuito

Equipamento UniTrain-I Transformador trifásicoLucas-Nülle

Transformadores

62

Análises em transformadores

Transformadores

Em engenharia eletrotécnica utilizam-se transformadores para interligar os diferentes níveis de tensão da rede elétrica. Nas

experiências, o esquema elétrico equivalente do transformador é tratado e as grandezas características são determinadas através de

medições.

Conteúdos didáticos • Transformador polifásico sem carga (em vazio) e em curto-circuito

• Transformador polifásico com carga resistiva, indutiva e capacitiva

• Determinação da impedância nula

• Estudo da relação de transformação

Equipamento EUT Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Análises em transformadores EUT“

Transformadores

63


Proteção diferencial de transformadores

A proteção diferencial de transformadores (a partir de aprox. 1 MVA) é estudada metrologicamente com diferentes circuitos de

enrolamentos (estrela, triângulo) em diferentes grupos de ligação e em função do tratamento do ponto neutro (ligado à terra

livremente, diretamente ou por meio de bobina de extinção (bobina de Petersen)) em modo de operação normal e no caso de várias

situações de falha.

Conteúdos didáticos • Deteção e desconexão de falhas internas do transformador

• Deteção de picos da corrente transitória de ligação (RUSH) sem desconexão

• Disparos errados devido a transformador mal dimensionado

• Seleção da curva característica do disparo tendo em conta as correntes diferenciais

Equipamento ETP 1 Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Proteção diferencial de transformadores ETP 1“

Transformadores

64

Proteção temporizada contra sobrecorrentes

A proteção temporizada contra sobrecorrentes complementa as medidas da proteção diferencial de transformadores. A proteção

temporizada contra sobrecorrentes protege o transformador contra curtos-circuitos fora do intervalo de proteção e contra

sobrecarga.

Conteúdos didáticos • Parametrização do relé de sobrecorrente temporizado tendo em conta a relação de transformação de corrente

• Deteção dos valores de operação para falhas simétricas e assimétricas

• Disparo errado da proteção devido ao comportamento de ligação do transformador

• Comportamento de ligação do transformador em matéria de proteção

Equipamento ETP 2 Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Proteção temporizada contra sobrecorrentes ETP 2“

Transformadores

65


Análises em linhas de corrente trifásica .................................. 70

Ligação em série e em paralelo de linhas ................................ 71

Linha com sistema com neutro compensado

mediante bobina de extinção ................................................. 72

Sistemas de transmissão com gerador síncrono ...................... 73

Análises em cabos trifásicos ................................................... 74

Redes interligadas de cabos e linhas ....................................... 75

Proteção de linhas .................................................................. 76

Lucas-Nülle

Linhas de transmissão e medidas de proteção de linhas

As redes de alta tensão operam geralmente com tensões entre 110 kV e 380 kV, sendo que as cidades maiores e as unidades indus-

triais de grande dimensão são abastecidas com 110 kV, enquanto que para o transporte de longas distâncias são escolhidos os 380 kV

de tensão. O sistema de simulação de transmissão está projetado de modo que as tensões do modelo se situem entre 110 V e 380 V.

Podem ser selecionadas linhas de comprimento diferente através de máscaras de sobreposição correspondentes. As análises no

sistema de formação podem ser executadas sem carga (em vazio), em modo de funcionamento normal, em caso de curto-circuito e

na eventualidade de falhas assimétricas, incluindo defeito à terra com e sem compensação. Além disso, oferece a possibilidade de

construir estruturas complexas, ligando em paralelo ou em série os sistemas de simulação de transmissão de corrente. A alimentação

de tensão pode ser feita através de uma rede de tensão e frequência constantes ou por meio de um gerador síncrono.



68

Lucas-Nülle


temáticas:

• Sistema de placas de experimentação ”Linhas de transmissão“

• Sistema de placas de experimentação ”Proteção de linhas“

Tecnologia de proteção inovadora Na prática, as redes de alta e média tensão são equipadas com

dispositivos de proteção, que são conectados usando transfor-

madores de corrente e de tensão.

• Utilização de relés originais compactos com tecnologia digital

avançada

• Utilização de relés de proteção industriais por empresas de

prestígio, que operam no plano global

• Monitorização dos dispositivos de proteção por meio de

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

• Os relés podem ser testados individualmente com o dispositivo

opcional de teste de relés.

Linhas de alta tensão As vantagens para si:

• Para segurança dos formandos, o estudo de linhas de trans-

missão de alta tensão e a respetiva interligação são realizados

com baixa tensão, sem que, com isso, se percam as proprie-

dades da linha de alta tensão real!

• Reprodução realista de uma linha de transmissão de 380 kV,

com 300 km e 150 km de extensão

• Forma inovadora de alternar entre comprimentos de linha, por

meio de máscaras de sobreposição

• Sistema com neutro compensado mediante bobina de extinção

através de uma bobina de Petersen

• Possibilidade de simulação de falhas simétricas e assimétricas

• Compensação em série e em paralelo


69

Linhas de transmissão

Análises em linhas de corrente trifásica

Para segurança dos formandos, o estudo de linhas de transmissão de 380 kV e a respetiva interligação são realizados com baixa

tensão, sem que, com isso, se percam as propriedades da linha de alta tensão real! Depois de sobrepor a máscara de edição, esta

reprodução realista de uma linha de transmissão de 380 kV alterna automaticamente entre linhas de 300 km e 150 km de extensão.

Conteúdos didáticos • Subidas de tensão em linhas sem carga (em vazio)

• Queda de tensão em função do comprimento da linha

• Queda de tensão em função da carga

• Perdas capacitivas e indutivas na linha em função da tensão e da corrente

• Deslocamento de fase na linha

Equipamento EUL 1 Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Análises em linhas de corrente trifásica EUL 1“


70

Ligação em série e em paralelo de linhas

Usando vários sistemas de simulação de transmissão de corrente, oferece a possibilidade de construir redes complexas, ligando em

paralelo ou em série os sistemas de simulação de transmissão de corrente.

Conteúdos didáticos • Distribuição de potência, tensão e corrente em linhas paralelas com comprimento igual

• Distribuição de potência, tensão e corrente em linhas paralelas com comprimento diferente

• Distribuição de potência, tensão e corrente em linhas ligadas em série com comprimento igual

• Distribuição de potência, tensão e corrente em linhas ligadas em série com comprimento diferente

• Distribuição da carga, fluxo de energia

• Avaliação quantitativa e qualitativa das correlações operacionais


Exemplo de experiência ”Análises em linhas paralelas EUL 2“


71


Linha com sistema com neutro compensado mediante bobina de extinção

O sistema com neutro compensado mediante bobina de extinção é usado em redes de alimentação de energia elétrica para

compensar defeitos à terra numa fase. O sistema com neutro compensado mediante bobina de extinção está limitado a sistemas

trifásicos e usa uma bobina, que, neste contexto, é designada, com base no nome do seu inventor, de bobina de Petersen, ou bobina

de extinção. Esta compensa a corrente elétrica nos pontos de defeito à terra, evitando, assim, que ocorram falhas sequenciais no

sistema elétrico.

Conteúdos didáticos • Defeito à terra numa linha com ponto neutro isolado

• Comportamento em presença de defeito à terra

• Sistema com neutro compensado mediante bobina de extinção

• Sintonia de ressonância

Equipamento EUL 3Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Análises em linhas de neutro compensado por bobina de extinção EUL 3“


72

Sistemas de transmissão com gerador síncrono

Nos sistemas de simulação de transmissão trifásica, as grandezas características da transferência de energia devem ser medidas com

alimentação a partir de uma rede de tensão e frequência constantes ou com alimentação por gerador, e as suas correlações operacionais

devem ser avaliadas a nível quantitativo e qualitativo, enquadradas num circuito em paralelo.

Conteúdos didáticos • Distribuição de potência e corrente de uma rede de potência alimentada por gerador

• Modo de funcionamento paralelo de um gerador e de uma linha com a rede

• Controlo da injeção de potência ativa

• Controlo da injeção de potência reativa


Exemplo de experiência ”Análises em sistemas de transmissão com gerador síncrono EUL 4“


73


Análises em cabos trifásicos

Um cabo de alta tensão é um cabo elétrico projetado para ser usado com alta tensão. Este tipo de cabo é usado, entre outras coisas,

para a transmissão de grandes potências em redes de energia, com vista ao fornecimento de energia elétrica em alternativa às linhas

aéreas. Os cabos de alta tensão podem ser subdivididos nos principais formatos: cabos de terra, cabos em banho de óleo, cabos a

gás comprimido e cabos revestidos a plástico. O objetivo das experiências consiste em conhecer o comportamento dos cabos de alta

tensão sob diferentes condições de funcionamento.

Conteúdos didáticos• Efeito Ferranti, capacidade de carga, comprimento crítico

• Carga resistiva, carga indutiva e carga mista resistiva-indutiva

• Compensação de uma carga resistiva-indutiva

• Determinação da impedância nula

• Curtos-circuitos simétricos e assimétricos

• Tratamento do ponto neutro e defeito à terra

Equipamento EUL 5Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Análises em cabos trifásicos EUL5“


74

Redes interligadas de cabos e linhas

Em redes de alimentação de energia elétrica, são utilizados cabos e linhas aéreas para transportar a energia. Nesta experiência,

pretende-se estudar as propriedades de uma linha de transmissão de energia, constituída por linha aérea e cabo.

Conteúdos didáticos• Diferenças entre cabos e linhas aéreas

• Estudo das linhas de transmissão ótica:

- Linha aérea, transformador e cabo

- Cabo, transformador e linha aérea

• Análise de perdas dos componentes individuais

• Comparação teoria - prática

• Grandezas características da subestação transformadora


Exemplo de experiência ”Redes interligadas de cabos e linhas EUL6“


75


Proteção temporizada contra sobrecorrentes para linhas

A série de experiências incidirá sobre o relé de sobrecorrente temporizado com curva característica temporal independente da

corrente, que é utilizado geralmente em linhas simples (linhas em ramal (stub)).

Conteúdos didáticos • Cálculo e parametrização da proteção temporizada contra sobrecorrentes

• Determinação da relação de desoperação em presença de curto-circuito unipolar, bipolar e tripolar

• Determinação do menor tempo de disparo do relé

• Verificação do disparo do disjuntor em situação de falha

Equipamento ELP 1 Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Proteção temporizada contra sobrecorrentes para linhas ELP 1“


76

Equipamentos complementares para proteção de linhas:

Equipamento ELP 2/3/4/5Lucas-Nülle

ELP 2 Relé de sobrecorrente direcional temporizado Conteúdos didáticos • Cálculo e parametrização da proteção temporizada contra

sobrecorrentes• Determinação da relação de desoperação em presença de

curto-circuito unipolar, bipolar e tripolar• Proteção em sentido crescente e decrescente

ELP 3 Proteção contra sobretensões e subtensõesConteúdos didáticos • Determinação dos valores de ativação e desativação• Determinação da relação de desoperação• Determinação do tempo próprio e do tempo básico• Definição e teste de diversas curvas características

ELP 4 Proteção do sentido de potênciaConteúdos didáticos • Determinação dos valores de ativação e desativação• Utilização da proteção contra potência inversa• Interação com o relé de sobrecorrente temporizado

ELP 5 Deteção de falhas à terra Conteúdos didáticos • Medição de tensão numa rede de corrente trifásica sem

anomalias• Medição de tensão numa rede de corrente trifásica com

defeito à terra• Determinação dos valores de ativação e desativação• Determinação do tempo próprio e do tempo básico• Reação do relé a defeitos fase-terra transitórios e a

defeitos à terra relacionados


77


Proteção de linhas paralelas

O relé de proteção de sobrecorrente direcional, usado principalmente para proteger linhas paralelas, é analisado e estudado

experimentalmente quer em termos de falhas simuladas, quer em termos de seletividade e rapidez.

Os relés de proteção são interligados através de um sistema de barramento e podem ser operados e avaliados centralmente, por

meio do software PowerLab.

Conteúdos didáticos • Proteção de linhas paralelas com diferentes relés de sobrecorrente temporizados

• Modo de funcionamento paralelo numa situação isenta de falhas

• Determinação dos valores de operação mínimos dos relés de sobrecorrente temporizados independentes

• Definição da direção de proteção para os relés de sobrecorrente temporizados dependentes da direção

• Determinação dos valores de operação mínimos dos relés de sobrecorrente temporizados dependentes da direção

• Escala de tempo dos relés de sobrecorrente temporizados

• Verificação da seletividade através da combinação de medição de sobrecorrente e direção

• Ligação em rede das medidas de proteção


Exemplo de experiência ”Proteção de linhas paralelas ELP 6“


78

Proteção de distância de alta velocidade

No relé de proteção de distância de alta velocidade, usado para redes mais complexas, podem ser analisados vários erros. Este

dispositivo de proteção consegue desconectar falhas em função da distância. Além da preparação do plano de escalonamento,

a seletividade é ajustada e verificada a pensar na prática.

Conteúdos didáticos • Elaboração do plano de escalonamento

• Parametrização do relé

• Colocação em funcionamento do relé de proteção de distância de alta velocidade com transformadores de corrente e de tensão

• Verificação do comportamento de disparo em presença de diversas falhas dentro e fora do intervalo de proteção da linha

• Verificação do comportamento de disparo em presença de diversas falhas dentro e fora do intervalo de proteção:

- Proteção à distância

- Proteção temporizada contra sobrecorrentes

- Proteção de tensão

- Proteção de frequência


Exemplo de experiência ”Proteção de distância de alta velocidade ELP 7“


79


Sistema de barramento duplo trifásico ................................... 84

Proteção contra sobreintensidades para barramentos ............. 85

Lucas-Nülle


Barramentos em aparelhagem de alta tensão

A distribuição de energia elétrica é feita em conjuntos de manobra maiores, quase exclusivamente através de sistemas de barramento

duplo.

Estes sistemas contêm painéis de acoplamento para conectar os dois barramentos, os painéis de entrada/saída de alimentação, bem

como os painéis de medição. Nos painéis de entrada/saída de alimentação e de acoplamento são aplicados disjuntores de potência e

um seccionador por cada ligação de barramento. Por motivos de segurança, é necessário seguir uma lógica de comutação rigorosa.

O modelo de barramento duplo inclui todas as características que são relevantes para a prática. Os dispositivos de medição integra-

dos para as correntes e tensões permitem analisar imediatamente manobras.


82

Lucas-Nülle



temáticas:

• Sistema de placas de experimentação ”Sistema de barramento

duplo trifásico“

• Sistema de placas de experimentação ”Proteção contra sobre-

intensidades para barramentos“

SCADAOs dispositivos são monitorizados e controlados por meio do

sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

Os símbolos de todos os dispositivos de engenharia eletrotécnica

da Lucas-Nülle podem ser dispostos no ecrã e interligados.

Os valores medidos e os estados são visualizados. Os parâmetros

e sinais importantes podem ser controlados pelo software Os

valores medidos e os estados podem ser gravados, representados

ao longo do tempo e avaliados. A troca automática de barramento

pode ser realizada usando um PC.

Sistemas de barramento duplo Os módulos compactos ”Painéis de entrada/saída de alimen-

tação“ e ”Painel de acoplamento“ oferecem as seguintes

vantagens:

• Disposição flexível dos painéis

• Controlo e monitorização a partir do PC

• Conectável em rede, graças à interface RS-485 integrada

• Comando manual

• Proteção contra manobra errada através de um microcontrola-

dor integrado

• Registo de todas as grandezas características, como corrente,

tensão e estados de funcionamento

83

Sistema de barramento duplo trifásico

Distribuição e controlo centralizados

Os barramentos funcionam como distribuidor central de energia elétrica, porque todos os cabos de entrada e saída estão conectados

aos barramentos. Os barramentos são formados por painéis de entrada e saída de alimentação, painéis de acoplamento e de trans-

formador. No equipamento da Lucas-Nülle, essas funções estão reunidas em unidades funcionais, que contêm disjuntores de potência,

seccionadores e dispositivos de registo dos valores medidos.

Conteúdos didáticos • Circuitos básicos de um sistema de barramento duplo tripolar

• Sistema de barramento duplo trifásico com carga

• Troca de barramento sem interrupção da derivação

• Avaliação de algoritmos lógicos para várias operações de comutação

• Acoplamento de barramentos

Equipamento EPD Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Sistema de barramento duplo trifásico EPD“


84

Proteção contra sobreintensidades para barramentos

Através da proteção diferencial do barramento, a corrente de entrada e a corrente de saída são somadas por meio do transformador

de corrente. Relativamente às correntes diferenciais, os critérios de disparo são determinados em função da sensibilidade da curva

característica.

Conteúdos didáticos • Deteção das correntes em modo de funcionamento normal

• Deteção das correntes em caso de curto-circuito unipolar, bipolar ou tripolar

• Falhas fora do intervalo de proteção

• Reação da proteção em caso de falhas dentro e fora do conjunto de manobra

Equipamento EDP Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Proteção contra sobreintensidades para barramentos EDP“


85

Gestão de energia

Consumidores complexos, medição do consumo de

energia e monitorização de cargas de pico ............................. 90

Consumidores dinâmicos ....................................................... 91

Compensação automática e manual da potência reativa ........ 92

Acionamentos com eficiência energética ................................ 93

Proteção de consumidores elétricos ........................................ 94

Lucas-Nülle

Gestão de energia

Redes e consumidores inteligentes

Uma utilização racional da energia tem-se tornado cada vez mais importante por causa de exigências económicas e ambientais.

As experiências de compensação automática e manual da potência reativa, bem como as experiências sobre a redução da carga de

pico através de medições com um contador de corrente ativa e um contador com indicador de ponta, mostram a forma como

a carga da rede pode ser reduzida ou distribuída uniformemente durante 24 horas. O pré-requisito para o uso eficaz da metrologia é a

análise da rede e o consumidor conectado. Portanto, em cada uma das experiências, é possível analisar detalhadamente as cargas

estáticas, dinâmicas, simétricas e assimétricas. Por conseguinte, a proteção dos consumidores elétricos é um tema importante na

formação.

Gestão de energia

88

Lucas-Nülle

Gestão de energia


temáticas:

• Sistema de placas de experimentação ”Consumidores com-

plexos, medição do consumo de energia e monitorização de

cargas de pico“

• Sistema de placas de experimentação ”Consumidores dinâmicos“

• Sistema de placas de experimentação ”Compensação automá-

tica e manual da potência reativa“

• Sistema de placas de experimentação ”Proteção de máquinas

elétricas“

• Sistema de placas de experimentação ”Proteção do motor/

sistema de gestão do motor“

Proteção de consumidores elétricos As falhas em equipamentos elétricos devido a curto-circuito,

sobrecarga, etc. devem ser impedidas ou limitadas por disposi-

tivos de proteção adequados, desligando seletivamente da rede

os equipamentos com anomalia. Para colocar os dispositivos de

proteção de forma apropriada e dimensioná-los corretamente,

é preciso conhecer as características de ativação, os tempos de

disparo e as curvas características dos diferentes dispositivos

de proteção. Na série de experiências, a proteção de motores

trifásicos será tratada detalhadamente por meio de disjuntores-

motor, bem como através de uma monitorização da tempera-

tura dos enrolamentos e da ativação mediante um dispositivo

de disparo por termistor. Além disso, uma experiência pode ser

executada para efeitos de proteção integral do motor com um

dispositivo digital de proteção do motor. Nesta experiência, o

foco da formação é posto na manipulação e parametrização do

dispositivo digital de proteção do motor.

”Smart Metering“ (Medição inteligente) Em todos os equipamentos de engenharia eletrotécnica, estão

incluídos dispositivos de medição inteligentes, que têm várias

interfaces de comunicação (por ex., LAN, RS485, USB) e elemen-

tos de controlo. Assim, os consumidores podem ser não apenas

monitorizados, como também controlados de forma inteligente.

É possível concretizar uma gestão automática de cargas com as

seguintes características:

• Monitorização do limite de potência especificado

• Autorização ou bloqueio de consumidores de acordo com

uma lista de prioridades

• Ligação de consumidores durante o período de baixa cargaFonte: SIEMENS

89

Gestão de energia

Consumidores complexos, medição do consumo de energia e monitorização de cargas de pico

As experiências sobre a redução da carga de pico através de medições com um contador de corrente ativa e um contador com

indicador de ponta mostram a forma como a carga da rede pode ser reduzida ou distribuída uniformemente durante 24 horas.

O pré-requisito para o uso eficaz da metrologia é a análise da rede e o consumidor conectado. Portanto, em cada uma das

experiências, são analisadas detalhadamente as cargas estáticas, dinâmicas, simétricas e assimétricas.

Conteúdos didáticos • Consumidores de corrente trifásica com circuito estrela-triângulo (carga R, L, C, RL, RC ou RLC)

• Medição com contadores de energia ativa e reativa

- para carga RL simétrica e assimétrica

- no caso de falha de fase

- no caso de sobrecompensação (carga RC)

- no caso de carga ativa

- no caso de inversão do sentido da energia

• Determinação da primeira e segunda potências máximas

• Determinação de uma potência máxima com carga assimétrica

• Gravação das curvas características do perfil de carga

Equipamento EUC 1Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Medição do consumo de energia de consumidores complexos EUC 1“

Gestão de energia

90

Consumidores dinâmicos

Um motor assíncrono trifásico, acoplado ao banco de ensaios de servomáquinas, é usado como carga dinâmica. A potência ativa e a

potência reativa (cos-phi do motor) dependem da carga do motor, sendo, portanto, inconstantes. O banco de ensaios de servomáqui-

nas também pode acionar o motor assíncrono, de maneira a fornecer potência ativa à rede de corrente trifásica.

Conteúdos didáticos • Consumidor de corrente trifásica dinâmico (motor assíncrono)

• Medição da potência no caso de inversão do sentido da energia

Equipamento EUC 2 Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Análises em consumidores dinâmicos EUC 2“

Gestão de energia

91

Gestão de energia

Compensação automática e manual da potência reativa

Durante a compensação da potência reativa, a indesejável potência reativa e a maior corrente a ela associada são diminuídas em

redes de corrente trifásica. Neste caso, as cargas capacitivas são integradas em todos os consumidores indutivos no ponto de

alimentação central. A respetiva potência reativa capacitiva antagónica tem, tanto quanto possível, a mesma dimensão da potência

reativa indutiva instalada. Isso reduz as correntes reativas indesejadas, e as instalações envolvidas na disponibilização e transmissão da

corrente reativa não precisam todas de ser desnecessariamente grandes.

Conteúdos didáticos • Colocação em funcionamento da máquina assíncrona e registo dos valores característicos

• Cálculo dos condensadores de compensação

• Compensação com diferentes condensadores

• Determinação da potência dos estágios

• Compensação manual da potência reativa

• Deteção automática da conexão do controlador da potência reativa

• Compensação automática da potência reativa

Equipamento EUC 3 Lucas-Nülle

Exemplo de experiência ”Compensação automática da potência reativa EUC 3“

Gestão de energia

92

Equipamento EEM 11 Lucas-Nülle

Na Alemanha, cerca de metade da energia elétrica necessária é consumida pela indústria. Os principais responsáveis por esse consumo são os acionamentos elétricos, que representam aprox. 70 % do consumo de eletricidade industrial. Uma otimização dos acionamen-tos elétricos pode ajudar a economizar custos e preservar os recursos. No processo de otimização de unidades industriais operadas com energia elétrica, é preciso considerar sempre o sistema de acionamento no seu todo. Porque existem diferentes parâmetros que influenciam a eficiência energética dos acionamentos: uso inteligente da energia elétrica, melhoria da eficiência, controlo da velocidade de rotação e recuperação de energia.

Sistema de formação ”Acionamentos com conversores de frequência energeticamente eficientes“ constituído por motor de alta eficiência, conversor de frequência e banco de ensaios de servomáquinas EEM11.3

Conteúdos didáticosDimensionamento do acionamento com eficiência energética:• Deteção de perdas no sistema de acionamento• Estudo das grandezas características do motor em função da

curva característica• Otimização da eficiência do sistema escolhendo o motor correto• Determinação indireta do fator de utilização do motor

Utilização de motores economizadores de energia:• Estrutura e modo de funcionamento dos motores economizadores

de energia• Classes de eficiência energética em motores• Comparação entre o motor energeticamente eficiente e o motor

normalizado

• Características dos motores economizadores de energia• Determinação dos potenciais de poupança

Acionamentos com conversores de frequência energetica-mente eficientes:• Colocação em funcionamento de acionamentos de rotações

variáveis• Estudo da influência de diferentes parâmetros sobre o comporta-

mento em serviço• Adaptação dos pontos de trabalho na perspetiva da eficiência

energética• Criação de perfis de movimento energeticamente eficientes• Observação da eficiência do sistema global

Acionamentos com eficiência energética

Gestão de energia

93

Equipamento EDT 51 Lucas-Nülle


Proteção efetiva do motor - manutenção preventiva

Os sistemas de gestão do motor são usados nos modernos sistemas de automação, oferecendo a possibilidade de proteger, comandar e

vigiar acionamentos e instalações. Assim, consegue-se registar, por exemplo, a temperatura, a tensão ou a corrente do motor. O motor

torna-se mais transparente ligando-o à automação de processos através dos sistemas de barramento de campo (por ex., PROFIBUS).

Isso permite determinar a carga e o consumo de energia do motor, sem ter de medir localmente.

Exemplo de experiência ”Relé de gestão do motor EDT 51“

Conteúdos didáticos • Colocação em serviço do sistema de gestão do motor assistida por computador

• Programação das funções arrancador direto, arranque estrela-triângulo, arranque de motores de polos comutáveis, proteção

do motor

• Parametrização das variáveis de sobrecarga e do comportamento de desconexão com diversas cargas

• Medição de processos dinâmicos no arranque

• Manutenção preventiva

Gestão de energia

94

Equipamento EEM 4.6Lucas-Nülle

Máquinas assíncronas de corrente trifásica

Os motores de rotor em gaiola de esquilo estão concebidos para um estado de carga constante. Quaisquer alterações ao estado de

carga, mas também elevadas correntes de arranque, provocam um aquecimento inadmissível do motor. Os sensores monitorizam a

temperatura e o consumo de corrente do motor. Esses sensores ativam dispositivos de proteção, tais como disjuntores-motor, relés

de proteção do motor ou o relés com termistor.

Exemplo de experiência ”Proteção de máquinas elétricas EEM 4.6“

Conteúdos didáticos

• Seleção, instalação e ajuste de diferentes sistemas de proteção do motor

• Disjuntor-motor

• Relé de proteção do motor

• Proteção por termistor

• Influência de diferentes modos de funcionamento sobre o aquecimento do motor

• Características de ativação dos sistemas de proteção

• Proteção contra estados de carga inadmissíveis

Gestão de energia

95

Smart Grid

Smart Grid: centro de controlo ............................................. 102

Smart Grid: gestão de energia .............................................. 103

Produtora de energia na Smart Grid ..................................... 104

Acumulador de energia na Smart Grid ................................. 105

Lucas-Nülle

Smart Grid

Perfeitamente equipado para o futuro:redes de energia inteligentes no laboratório de engenharia eletrotécnica

Smart Grid

As novas tecnologias irão permitir apetrechar melhor a rede elétrica, para que possa responder adequadamente aos desafios futuros.

Uma gestão mais flexível da rede visa compatibilizar a crescente quota de energias renováveis com as infraestruturas convencionais

de uma central elétrica. A diversidade e numerosidade inerentes a estas centrais elétricas descentralizadas exigem uma nova aborda-

gem na gestão das redes elétricas – a rede inteligente ”Smart Grid“:

• Melhor coordenação entre a procura e a produção de energia

• Uso das modernas tecnologias da informação, como a inter-

net, sensores, controladores e dispositivos de transmissão sem fio

• ”Smart Metering“ (medição inteligente) - contadores de en-

ergia elétrica digitais medem o consumo nos pontos finais da

rede elétrica.

• Deslocamento de consumo do agregado familiar para fora

dos horários de pico

• Lançamento de aplicações flexíveis, como sejam a lavagem de

roupa fora dos horários de pico, diretamente pelo fornecedor

de energia

98

Lucas-Nülle

Smart Grid

Dispositivos de medição inteligentes:

• Dispositivos de medição inteligentes com várias interfaces de

comunicação (por ex., LAN, RS485, USB) e elementos de con-

trolo

• Medição e controlo de todos os valores relevantes usando

contadores inteligentes e disjuntores de potência

• Compatível com SCADA Net: apresentação e controlo dos

valores de medição e dos estados a partir de qualquer PC

existente na rede

Software SCADA na Smart Grid

• Realização, controlo e análise de redes inteligentes complexas

(Smart Grid)

• Software SCADA adaptado à formação

• Autómato programável (PLC) SCADA: Soft-PLC integrado

(IEC 61131)

• SCADA Logger: gravação, apresentação, avaliação e expor-

tação de todos os valores ao longo do tempo

• SCADA Designer: disposição simbólica de todos os disposi-

tivos da engenharia eletrotécnica Lucas-Nülle na interface do

utilizador

• SCADA Viewer: apresentação e controlo dos valores de me-

dição e dos estados de todos os sistemas existentes na rede

• SCADA Net: o conceito cliente/servidor permite o acesso

remoto simultâneo aos sistemas na Smart Grid a partir de qual-

quer PC (estudantes)

• SCADA Panel Designer: conceção de interfaces de utilizador

próprias

Integração modular da produção de energia renovável na Smart Grid:

• Sistemas fotovoltaicos

• Energia eólica

• Armazenamento de energia elétrica por meio de uma unidade

de acumulação por bombagem

• Produção de energia convencional

• Transmissão e distribuição

• Gestão de energia (coordenação dinâmica da produção e do

consumo de energia)

99

Lucas-Nülle

”Smart Grid“ - redes de energia inteligentes

Laboratório de engenharia eletrotécnica ligado em rede

Smart Grid

Os equipamentos permitem a combinação dos sistemas de formação em termos elétricos e de informações, com vista à produção,

transmissão, distribuição, proteção e gestão da energia elétrica. O centro de controlo da ”Smart Grid“ deteta todos os valores e de-

sencadeia as operações de comutação correspondentes. Consegue-se, assim, investigar no laboratório qual o impacto da produção de

energias renováveis sobre a produção de energia em termos globais. Neste contexto, é possível reproduzir qualquer cenário, como por ex.:

• Carregamento de veículos elétricos quando houver excesso de energia eólica injetada na rede

• Armazenamento dos excedentes de energia na unidade de acumulação por bombagem

• Desligamento de consumidores para reduzir a carga de pico

• Compensação de situações de escassez de energia elétrica pela unidade de acumulação por bombagem

O software SCADA permite vigiar e controlar todo o sistema a partir de qualquer posto de trabalho

Sistemas fotovoltaicos


Turbina eólica

100

Lucas-Nülle

Smart Grid

Sistema fotovoltaico Lucas-Nülle

• Potência: 89 kW máx.

• 450 módulos fotovoltaicos

(cada com 215 W)

• Poupança de 55 toneladas

de CO2 por ano

Centro de controlo da ”Smart Grid“

Gestão de energia

Possibilidade de integração de

fontes de energia externas

101

Equipamento ESG 1.1Lucas-Nülle


Smart Grid

Este equipamento forma a central da rede inteligente no laboratório de engenharia eletrotécnica. Além de produção, transmissão e

distribuição de energia, o software SCADA deteta todos os valores e desencadeia as operações de comutação correspondentes. Esta

ativação tanto pode ser manual como automática através do Soft-PLC.

Exemplo de experiência ”Smart Grid: produção, distribuição e transporte de energia elétrica ESG 1.1“

Conteúdos didáticos Sistema de barramento duplo trifásico• Circuitos básicos de um sistema de barramento duplo

tripolar

• Sistema de barramento duplo trifásico com carga

• Troca de barramento sem interrupção da derivação

• Avaliação de algoritmos lógicos para várias operações de

comutação

• Acoplamento de barramentos

Análises em linhas de corrente trifásica• Subidas de tensão em linhas sem carga (em vazio)

• Queda de tensão em função do comprimento da linha

• Queda de tensão em função do cos-phi

• Perdas capacitivas e indutivas na linha, em função da

tensão e da corrente

• Deslocamento de fase na linha

Proteção temporizada contra sobrecorrentes para linhas• Cálculo e parametrização da proteção temporizada contra

sobrecorrentes

• Determinação da relação de desoperação em presença de

curto-circuito unipolar, bipolar e tripolar

Smart Grid - centro de controlo

102

Equipamento ESG 1.2 Lucas-Nülle

Smart Grid - gestão de energia

Exemplo de experiência ”Smart Grid: gestão de energia ESG 1.2“

Conteúdos didáticosConsumidores complexos, medição do consumo de energia e monitorização de cargas de pico• Consumidores de corrente trifásica com circuito estrela-

triângulo (carga R, L, C, RL, RC ou RLC)

• Medição com contadores de energia ativa e reativa

Consumidores dinâmicos • Consumidor de corrente trifásica dinâmico (motor assíncrono)

• Medição da potência no caso de inversão do sentido da

energia

Compensação automática e manual da potência reativa• Colocação em funcionamento da máquina assíncrona e

registo dos valores característicos

• Compensação manual da potência reativa

• Compensação automática da potência reativa

Smart Grid

Do tema da gestão de energia faz parte o desligamento de consumidores com vista à redução da carga de pico, bem como a com-

pensação da potência reativa com o intuito de reduzir as perdas em linhas de transmissão. Neste caso, a máquina assíncrona pode ser

submetida a uma carga dinâmica por meio do banco de ensaios de máquinas, preparando-a, assim, para variações de carga em função

dos horários em toda a rede de energia elétrica. Estas variações de carga são detetadas pelo centro de controlo da ”Smart Grid“, que

implementa as medidas corretivas necessárias para estabilizar a rede de energia.

103

Equipamento complementar para ESG 1Lucas-Nülle

Smart Grid

Se assim se desejar, este equipamento suplementar para a produção de energia pode ser adicionado individualmente ou em conjunto

como complemento ao equipamento ”ESG 1 Smart Grid“. Passa, assim, a ser possível realizar análises ainda mais abrangentes na

”Smart Grid“.

Exemplo de experiência ”Complemento Smart Grid para ESG 1: produtora de energia na Smart Grid“

Conteúdos didáticosTurbinas eólicas EWG 1• Operação do gerador em presença de ventos de intensida-

de variável e regulação da tensão e frequência de saída

• Determinação dos pontos de trabalho ideais quando

ocorrem mudanças nas condições do vento

Sistemas fotovoltaicos no modo de funcionamento em paralelo com a rede EPH 2

• Topologia e teste de sistemas fotovoltaicos com injeção

na rede

• Medição da energia gerada por um sistema fotovoltaico

• Determinação da eficiência do inversor de rede

• Estudo do comportamento de um sistema fotovoltaico no

caso de falha de rede

Gerador síncrono EUG• Controlo de geradores e sincronização

• Circuitos de sincronização de comando manual

• Circuitos de sincronização automáticos

• Regulação automática da potência

• Regulação automática do fator de potência


Produtora de energia na Smart Grid

104

Equipamento complementar para ESG 1 Lucas-Nülle


Exemplo de experiência ”Complemento Smart Grid para ESG 1: unidade de acumulação por bombagem EUG 3“

Conteúdos didáticos• Modo de funcionamento de unidades de acumulação por bombagem

• Arranque e sincronização da máquina síncrona

• Regulação manual da potência: por gerador e motor

• Regulação semiautomática da potência ativa e reativa

• Unidades de acumulação por bombagem na ”Smart Grid“

• Compensação automática da potência ativa e reativa medida externamente

• Controlo e regulação da instalação via sistema SCADA

Smart Grid

Nas unidades de acumulação por bombagem, a energia elétrica é armazenada por intermédio da conversão em energia potencial da

água. Após a conversão desta energia potencial em energia elétrica, volta a ser injetada na rede. Devido ao aumento da produção de

energia renovável, tais sistemas tornaram-se acumuladores de energia necessários e, até mesmo, indispensáveis numa rede inteligente

com elevada qualidade da rede. O equipamento ”unidade de acumulação por bombagem“ acrescenta um acumulador de energia às

experiências em torno da ”Smart Grid“, com produção de energia renovável.

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Vantagens decisivas do produto

... deixam os clientes satisfeitos a longo prazo

Senhor Prof. Guntram Schultz, decano da universidade ”Hochschule Karlsruhe-Technik und Wirtschaft“, departamento de engenharia eletrotécnica e informática:

”Sou um grande fã dos produtos de engenharia eletrotécnica da Lucas-Nülle. O extenso programa permite efetuar inúmeros estudos, que

vão desde a produção de energia, passando pela tecnologia de distribuição, onde se inclui a proteção da rede, até ao consumo de energia.

Graças ao sistema modular de placas de experimentação trifásico, é possível analisar, passo-a-passo, na experiência, todas as correlações

dos sistemas.

As várias possibilidades de expansão permitem, além disso, a integração perfeita de energias renováveis na engenharia eletrotécnica con-

vencional. Um sistema com este nível de flexibilidade, em que tudo pode ser conjugado de novo em função das necessidades, é algo que

não se encontra em nenhum outro fabricante.

Para mim, uma vantagem particular é o facto de a escala elétrica de 1:1000 ser usada de forma sistemática. Dessa forma, os resultados de

medição obtidos podem ser transpostos diretamente para a aplicação na prática. Os sistemas realistas de simulação de transmissão de cor-

rente, com comprimento variável, permitem usar equipamento industrial padronizado para trabalhos de projeto eminentemente práticos no

ambiente seguro do laboratório.

Com o sistema SCADA, é possível monitorizar e controlar as experiências de uma maneira mais adequada. Além disso, a avaliação dos dados

é muito competente.

A documentação sob a forma de cursos multimédia é muito atraente e extremamente apreciada pelos formandos.

Os professores destacam a qualidade dos componentes das experiências e um conceito didático comprovado na prática. Foi por tudo isso e

muito mais que não hesitámos em optar pela Lucas-Nülle. Com o programa completo, podemos sistematizar o planeamento de toda a for-

mação no campo da engenharia eletrotécnica e, de um modo focalizado, introduzir os formandos nas aplicações típicas da indústria.“

Lucas-Nülle106

Lucas-Nülle

O todo é mais do que a mera soma das partes

Aconselhamento personalizado prestado pela Lucas-Nülle

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Os nossos colaboradores terão todo o gosto em ajudá-lo!

Para mais informações sobre os nossos produtos, consulte:

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Tecnologia de instalação elétrica Eletropneumática, hidráulica

Engenharia eletrotécnica Metrologia

Eletrónica de potência, máquinas elétricas, engenharia de acionamentos

Energias renováveis

Microcomputadores

Tecnologia de refrigeração e ar condicionado

Fundamentos da eletrotecnia e eletrónica Tecnologia de automação

Tecnologia de comunicação Tecnologia automóvel

Engenharia de controlo e automação Sistemas laboratoriais

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A rede de fornecimento completa com energias renováveis · PDF fileProteção para geradores • Proteção diferencial do gerador • Proteção temporizada contra sobrecorrentes