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Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos Acionados por Turbinas a Vapor em Aplicações Industriais Orientação: Prof. Dr. Renato C. Creppe THAIS MARQUES 1

Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

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Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos Acionados por Turbinas a Vapor em Aplicações Industriais

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Page 1: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Estudo de Sistemas de Proteção

de Geradores Elétricos

Acionados por Turbinas a Vapor

em Aplicações Industriais

Orientação: Prof. Dr. Renato C. Creppe

THAIS MARQUES

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Page 2: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

RESUMO

Objetivo

apresentar a importância do estudo dos sistemas de proteção, bem como descrever seus equipamentos e funções, de geradores elétricos acionados por turbinas a vapor em aplicações industriais

Motivação

utilização crescente de turbogeradores nos sistemas de cogeração

importância do papel do gerador neste sistema

interesse do estudo de sua proteção

Método

pesquisa bibliográfica

cogeração

turbinas a vapor

máquinas síncronas

sistemas e funções de proteção

Este trabalho foi realizado com o objetivo de

descrever e apresentar a importância do

estudo dos sistemas de proteção de geradores

elétricos do tipo síncrono. Com enfoque em

geradores acionados por turbinas a vapor, é

apresentada brevemente a ocorrência de

possíveis anomalias, com a descrição das

funções de proteção e equipamentos utilizados

para evitar danos e garantir a segurança do

operador.

A motivação deste estudo parte da importância

e interesse na utilização de turbinas a vapor

nos sistemas de cogeração, devido a suas

vantagens econômicas e ambientais. Com o uso

crescente desta tecnologia, surge a

preocupação com a proteção deste sistema

para que seja operado devidamente.

Com uma vasta pesquisa bibliográfica, buscou-

se inicialmente embasar a fundamentação e os

conceitos sobre cogeração, turbinas a vapor,

máquinas síncronas e sistemas de proteção. O

trabalho finaliza com a análise das principais

funções de proteção e seus equipamentos,

constituindo uma sólida base para o

entendimento do assunto proposto.

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Page 3: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

INTRODUÇÃO

Energia elétrica gerada a partir de turbinas a

vapor

variedade de combustíveis

bagaço de cana no setor de açúcar e álcool

licor negro no de papel e celulose

resíduo asfáltico no de refino de petróleo

entre outros

grande porcentagem utiliza-se fontes de combustíveis

renováveis

cogeração de energia

Neste contexto, a energia elétrica gerada a

partir de turbinas a vapor, vem ganhando

grande espaço no setor elétrico, principalmente

no Brasil. Isto se deve ao fato de que este tipo

de geração apresenta como opção uma

enorme variedade de combustíveis

responsáveis pelo aquecimento da água para

fornecimento de vapor á turbina, e em grande

porcentagem utiliza-se fontes de combustíveis

renováveis.

Partindo deste interesse de estudo, apresenta-

se também outra grande vantagem na

utilização de turbinas a vapor que diz respeito

á cogeração de energia. A ideia é promover

um fornecimento de energia certo e confiável,

se tornando um forte motivo para que as

turbinas a vapor sejam procuradas por grandes

indústrias.

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Page 4: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

INTRODUÇÃO

Cogeração de energia

energia térmica + elétrica ou mecânica

confiabilidade

redução de custos

alta eficiência

caráter descentralizador

aproveitamento de subprodutos

Seu principio é basicamente a combinação da

produção de energia térmica e elétrica em um

mesmo sistema, podendo se destinar ao

consumo da própria empresa ou para terceiros,

reduzindo a utilização de equipamentos

exclusivos para produção de calor e em

separado a aquisição de energia elétrica da

rede

outro ponto de grande importância está na

confiabilidade. Um sistema de cogeração é, na

prática, um sistema de autoprodução de

energia elétrica, obtida de equipamentos

reconhecidamente confiáveis e de combustíveis

cujo fornecimento não está tão sujeito aos tipos

de interrupções que podem ocorrer no

suprimento de energia elétrica.

a cogeração tem um caráter descentralizador,

devido á necessidade de estar próxima da

unidade consumidora. Isso reduz o impacto

ambiental, pois não existem linhas de

transmissão extensas e suas consequentes

infraestruturas. Com isso, os sistemas de

cogeração também ajudam a reduzir a emissão

de gases nocivos, evitando o efeito estufa,

superior a qualquer outra tecnologia

O maior benefício da cogeração consiste em

aproveitar os subprodutos de baixo valor ou

poluentes das indústrias como combustível de

queima. É o exemplo do bagaço de cana no

setor de açúcar e álcool, do licor negro no de

papel e celulose, do resíduo asfáltico no de

refino de petróleo, entre outros.

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Page 5: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

INTRODUÇÃO

Figura 1:

Esquema de

vapor de uma

turbina de

condensação

(Adaptado de

SIEMENS Energy)

Com a ação do vapor na roda da turbina,

a energia térmica é convertida em energia

mecânica fazendo o rotor de a turbina

girar. Há uma extração de vapor para

processo em uma parte intermediária da

turbina, este vapor também pode ser

aproveitado, retornando á caldeira

passando por um pré-aquecedor. Isto torna

o ciclo mais eficiente. Em seguida o vapor

é despejado para fora da carcaça na

pressão de escape. No caso de uma

turbina de condensação esta pressão deve

estar abaixo da pressão atmosférica para

que condense facilmente, resultando no

aproveitamento máximo do vapor para

geração, movimentando o gerador que

está acoplado ao sistema.

O conjunto deve ser construído para as

condições específicas do projeto, pois a sua

operação fora destes limites faz a eficiência

cair significativamente

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Page 6: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

INTRODUÇÃO

Cogeração de energia

consumo próprio

conectada à rede de baixa tensão da distribuidora local

venda do excedente

conectada ao sistema de transmissão de alta tensão

necessário medidas recíprocas de proteção

garantir a operação segura e confiável

eliminação de falhas da rede entre o cogerador e a

concessionária

Geralmente, uma indústria de cogeração, que

exporta excedentes de energia elétrica

segundo sua disponibilidade e que apresenta

uma pequena potência de exportação, estará

conectada à rede de baixa tensão da

distribuidora local. Já no caso em que uma

indústria de cogeração que tem o objetivo de

vender sua máxima potência de geração, em

uma quantidade significantemente alta, estará

conectada ao sistema de transmissão de alta

tensão.

Em ambos os casos, é necessário medidas

recíprocas de proteção a fim de garantir a

operação segura e confiável. É necessário que

todas as ações sejam coordenadas para

eliminação de falhas da rede entre o

cogerador e a concessionária, além da

constante manutenção dos equipamentos.

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Page 7: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

INTRODUÇÃO

Geradores elétricos

gerador de corrente contínua

gerador de indução ou assíncrono

gerador síncrono

usinas hidrelétricas e termelétricas

máquina que opera sozinha

apresentação dos componentes básicos que

constituem uma máquina síncrona, com a

finalidade de descrever a sua teoria básica de

operação.

Máquinas síncronas podem ser de todos os

tamanhos e formas, desde o motor de ímã

permanente síncrono em miniatura para

relógios de parede, até os maiores geradores

acionados por turbinas a vapor de até cerca

de 3.500 MVA.

Máquinas síncronas são de dois tipos: de campo

estacionário ou de campo magnético girante

DC.

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Figura 2: Gerador WEG da Usina

Cerradinho (31.250 kVA, 13.800 V, 4

polos). Aplicação com turbina a vapor

em uma usina de açúcar e álcool

(Foto: WEG Brasil)

Page 8: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

INTRODUÇÃO

Máquinas síncronas

Tipos

campo estacionário

campo magnético girante

Máquinas de maior porte

Campo do rotor

polos salientes

polos lisos

1.500/1800 rpm (4 polos)

3.000 /3.600 rpm (2 polos)

apresentação dos componentes básicos que

constituem uma máquina síncrona, com a

finalidade de descrever a sua teoria básica de

operação.

Máquinas síncronas podem ser de todos os

tamanhos e formas, desde o motor de ímã

permanente síncrono em miniatura para

relógios de parede, até os maiores geradores

acionados por turbinas a vapor de até cerca

de 3.500 MVA.

Máquinas síncronas são de dois tipos: de campo

estacionário ou de campo magnético girante

DC.

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Figura 3: Corte esquemático de uma

máquina síncrona com um rotor

cilíndrico (turbogerador)

(Adaptado de KLEMPNER E KERSZENBAUM, 2004)

Page 9: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMAS DE PROTEÇÃO

Um sistema elétrico está sujeito a diversas ocorrências que causam distúrbios em seu estado normal

alteração de grandezas elétricas

corrente, tensão, frequência

provocam violações nas restrições operativas

Objetivo

minimizar a possibilidade de danos físicos ao equipamento

proteger os operadores

Mas um sistema elétrico está constantemente

sujeito a diversas ocorrências que causam

distúrbios em seu estado normal. Estas

perturbações alteram as grandezas elétricas

(corrente, tensão, frequência), muitas vezes

provocando violações nas restrições operativas.

Nestes casos são necessárias ações preventivas

e/ou corretivas para sanar ou limitar as

consequências desses distúrbios.

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Page 10: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMAS DE PROTEÇÃO

Grande número de diferentes condições anormais de operação

gama de funções de proteção

não há um critério único, a proteção depende da: capacidade da máquina

o tipo e a importância do gerador para o sistema

o tipo de sistema de excitação

entre outros.

características

precisos

seletivos

rápidos

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Sendo o gerador um componente de

fundamental importância do sistema elétrico,

justifica-se a preocupação de proteger de

maneira eficaz este equipamento. Os

geradores podem ser submetidos a um

grande número de diferentes condições

anormais de operação e essa diversidade de

condições anormais resulta numa

considerável gama de funções de proteção

que devem ser previstas pelos projetistas.

A determinação das funções de proteção a

serem aplicadas a um gerador síncrono, como é

proposto neste estudo, não obedece a um

critério único, pois deve levar em consideração

diversos fatores tais como a capacidade da

máquina, o tipo e a importância do gerador

para o sistema, o tipo de sistema de excitação,

entre outros.

Page 11: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

PROTEÇÃO DE GERADORES

Alguns tipos mais comuns de falhas:

defeito nos enrolamentos

sobrevelocidade

sobreaquecimento dos enrolamentos e mancais

sobrecarga

sobretensão

carga desbalanceada

faltas internas no estator ou no rotor

perda de sincronismo

sobre ou subfrequência

entre muitas outras situações.

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Page 12: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

PROTEÇÃO DE GERADORES

O sistema de proteção pode agir com sistema de

alarme ou trip

A proteção é composta por :

dispositivos discretos

relés, meios de comunicação, etc.

algoritmo

estabelece um método de operação coordenado entre os

dispositivos de proteção

Dispositivos de proteção são projetados para

monitorar certas condições e, caso a condição

especificada for detectada, deverá gerar

alarme ou trip da unidade protegida.

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Page 13: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Plantas térmicas para geração de energia elétrica

sistema de proteção do gerador

equipamentos responsáveis pela conexão da linha de

média tensão do gerador

equipamentos para conversão a níveis menores de

tensão

As plantas térmicas para geração de energia

elétrica devem possuir um sistema de proteção

do gerador contra possíveis problemas quanto

à manipulação dessa energia. Existem também

equipamentos responsáveis pela conexão da

linha de média tensão do gerador para a

planta e a rede concessionária, e pela

conversão a níveis menores de tensão, de modo

a ser utilizada em equipamentos menores e

alimentar os próprios equipamentos elétricos da

planta.

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Page 14: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Painel de Proteção e Excitação do Gerador

Sistema de Sincronismo

Proteção Contra Surtos de Tensão

Fechamento de Neutro

Resistor de Aterramento

Disjuntor do Gerador

Carregador e Banco de Baterias

Transformadores Auxiliares

Painéis de Distribuição

Para-raios e Malha de Aterramento

Sistema de Fornecimento Ininterrupto de Energia (UPS)

Subestação Elevadora

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Page 15: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Painel de Proteção e Excitação do Gerador

Quadro elétrico

abriga os componentes para controle da excitação e

proteção do gerador

O gerador deve possuir um quadro elétrico o

qual abriga os componentes para controle da

excitação e proteção do gerador.

Figura 4: Painel de Proteção e

Excitação do Gerador

(Foto: www.br.all.bi)

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Page 16: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Painel de Proteção e Excitação do Gerador

Sistema de proteção

relé de proteção microprocessado para os principais

eventos de proteção

Sistema de excitação

regulador automático de tensão (AVR)

controle da tensão de excitação do gerador

manter a tensão produzida dentro dos limites exigidos

mantém a tensão de saída estabilizada

O sistema de proteção hoje em dia utiliza um

relé de proteção microprocessado para os

principais eventos de proteção, como por

exemplo: corrente reversa, subfrequência,

sobretensão, etc. Todas estas funções estão

normalizadas conforme nomenclatura ANSI e

serão discutidas no tópico 5.4.

O sistema de excitação consiste em um

regulador automático de tensão (AVR), o qual é

responsável pelo controle da tensão de

excitação do gerador. A função principal do

AVR é manter a tensão produzida pelo gerador

dentro dos limites exigidos pela bateria e pelo

sistema elétrico a qual está alimentando e para

isso é necessário que a tensão de entrada seja

superior à tensão de saída. O regulador de

tensão mantém a tensão de saída constante

(estabilizada) mesmo que haja variações na

tensão de entrada ou na corrente de saída.

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Page 17: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Sistema de Sincronismo

Operação em uma das seguintes condições:

operação isolada

operação em paralelo

Sincronizador automático

realiza o controle da divisão de carga

instalado no painel de proteção e excitação do gerador

adequa a tensão, a frequência e o ângulo de fase nos

terminais do gerador

O gerenciamento de envio da energia elétrica

pode operar em uma das seguintes condições:

Operação isolada: o gerador é a única fonte

de energia elétrica na planta do consumidor.

Operação em paralelo: O gerador é uma das

fontes de energia disponíveis no consumidor.

Para dividir as cargas disponíveis, o gerador

encontra-se em paralelo com estas fontes. Como

possíveis fontes têm-se outros geradores, ou a

energia vinda da concessionária.

Para realizar o controle desta divisão de

carga, é necessário um sincronizador

automático. Este sincronizador geralmente é

instalado no painel de proteção e excitação do

gerador. O sincronizador será responsável por

adequar a tensão, a frequência e o ângulo de

fase, de forma automática, nos terminais do

gerador antes de conectá-lo em paralelo ao

sistema.

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Page 18: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS 18

Figura 5: Painel de

Proteção, Excitação

e sincronismo do

Gerador

(Adaptado de: Curso de

Turbinas a Vapor para

Eng. Eletricistas)

Para realizar o controle desta divisão de

carga, é necessário um sincronizador

automático. Este sincronizador geralmente

é instalado no painel de proteção e

excitação do gerador. O sincronizador

será responsável por adequar a tensão, a

frequência e o ângulo de fase, de forma

automática, nos terminais do gerador

antes de conectá-lo em paralelo ao

sistema.

Page 19: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Proteção Contra Surtos de Tensão

instalados nos terminais do gerador:

capacitores

transformadores de potencial

transformadores de corrente

evita a ocorrência de variações de tensão

Para evitar a ocorrência de variações

indesejáveis de tensão, devem ser instalados

capacitores, transformadores de potencial e

transformadores de corrente nos terminais do

gerador. Estes componentes também podem ser

colocados em separado em um cubículo.

Capacitores: conectados em sistemas sujeitos a

riscos de surtos de tensão de manobra ou

provenientes de descargas atmosféricas.

para absorver e filtrar surtos ou transientes que

possam haver na linha

Figura 6: Capacitores para proteção contra surtos de tensão no gerador (Foto: www.laelc.com.br)

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Page 20: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Resistor de Aterramento

instalado em um cubículo

assegura a conexão do

gerador ao ponto terra

limitar a corrente de falta fase-

terra

auxilia relés de proteção

contra faltas

Fechamento de Neutro

O terminal neutro do gerador possui alguns

componentes para a devida garantia deste

ponto de referencial.

Resistor de Aterramento

Instalado em um cubículo, o resistor de

aterramento assegura a conexão do gerador

ao ponto terra.

limitar a corrente de falta fase-terra a um valor

que não danifique os equipamentos, que não

venha a causar acidentes pessoais e ainda

permitam que o fluxo de corrente existente seja

capaz de fazer atuar os relés de proteção,

desligando o sistema, limpando a falta.

Fechamento de Neutro

garantia de um ponto neutro de referencial

Figura 7: cubículo de fechamento de neutro do gerador (Foto: www.eletele.com.br)

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Page 21: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Disjuntor do Gerador

instalado após os terminais do gerador

elemento de segurança quando há falhas no sistema

elétrico

o relé é intertravado ao disjuntor o qual abre o

contato e isola a transmissão da energia para as

utilidades

Instalado após os terminais do gerador, o

disjuntor é o elemento de segurança quando há

falhas no sistema elétrico. Para eventuais

eventos de proteção do gerador, o relé é

intertravado ao disjuntor o qual abre o contato

e isola a transmissão da energia para as

utilidades.

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Page 22: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Carregador e Banco de Baterias

fornece alimentação em corrente contínua como uma fonte confiável

garantia de segurança

sistemas de emergência utilizam esta fonte esporadicamente, em curtos períodos

Transformadores Auxiliares

converte a energia em média tensão a níveis mais baixos, para alimentação de consumidores

Como princípio de segurança, a alimentação

em corrente contínua deve vir de uma fonte

confiável. Os sistemas de emergência utilizam

esta fonte esporadicamente, em curtos

períodos.

O banco de baterias armazena diversas

baterias geradoras de corrente contínua. O

carregador de baterias alimenta estas quando

não estão sendo utilizadas.

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Page 23: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Painéis de Distribuição

controle da energia distribuída aos consumidores

painéis com botoeiras e interruptores para cada consumidor

Para-raios e Malha de Aterramento

proteção contra descargas atmosféricas

o para-raios é conectado a uma malha de aterramento, construída sob a fundação do prédio da casa de força

Para-raios e Malha de Aterramento

Responsável pela proteção contra descargas

atmosféricas, o para-raios é conectado a uma

malha de aterramento, construída sob a

fundação do prédio da casa de força.

Painéis de Distribuição

O controle da energia distribuída aos

consumidores é feito através de painéis com

botoeiras e interruptores para cada consumidor.

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Page 24: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

SISTEMA ELÉTRICO E SISTEMA DE

CONTROLE EM PLANTAS TÉRMICAS

Sistema de Fornecimento Ininterrupto de Energia (UPS)

também conhecido como nobreak

evitar problemas na alimentação em corrente alternada para fontes vitais da planta sistema de controle e instrumentação do gerador

fornece energia durante um período de emergência

Subestação Elevadora

elevação do nível de tensão do gerador e do barramento externo

transmissão da energia exportada em alta tensão (acima de 22 kV)

De modo a evitar problemas

na alimentação em corrente

alternada para fontes vitais

da planta (sistema de controle

e instrumentação do gerador),

este sistema também

conhecido como nobreak ou

UPS (do inglês Uninterruptible

Power Supply) fornece energia

durante um período de

emergência, até a

desativação da planta ou do

reinício da alimentação de

energia primária.

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Page 25: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

FUNÇÕES DE PROTEÇÃO DE

GERADORES

A condição para atuação da proteção é

representada por uma função ou um código de

função de proteção

Pode haver:

um relé para cada função protetora

relés multi-funcionais

relés para proteção de backup para as funções críticas

relés multifuncionais para redundância parcial ou completa

Dispositivos de proteção são projetados para

monitorar certas condições e, caso a condição

especificada for detectada, deverá gerar

alarme ou trip da unidade protegida. A

condição é representada por uma função ou um

código de função de proteção. Então, pode

haver um relé para cada função protetora. Se

um relê só monitora e logo, protege contra um

único conjunto de condições, diz-se que o relê é

um "relé de função dedicada" (Figura 20).

No passado, a maioria dos relés eram

equipamentos de função única, mas com o

surgimento da eletrônica de estado sólido, os

fabricantes têm combinado várias funções numa

única unidade ou dispositivo. Estes relés "multi-

função" ou dispositivos de proteção (Figura 21)

oferecem funções protetoras específicas

destinadas para determinados tipos de

aparelhos.

Alguns relés multifuncionais são dedicados a

transformadores, outros para motores, e outros

para geradores. Avanços na eletrônica de

estado sólido levaram a dispositivos com menor

custo. Hoje em dia um dispositivo, com multi-

funções, por exemplo, cinco funções protetoras,

é menos dispendioso do que cinco relés

separados para cinco funções protetoras.

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Page 26: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

FUNÇÕES DE PROTEÇÃO DE

GERADORES 26

Figura 8: Relés

de proteção do

motor com

função dedicada

(Foto: INTERENG)

Figura 9: Relé multi-

função para

proteção de

geradores da

Siemens

(Foto: SIEMENS Energy)

Page 27: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

FUNÇÕES DE PROTEÇÃO DE

GERADORES

Há muitas combinações destes relés discretos e

multifuncionais que podem ser adotadas,

dependendo de:

quando a usina foi construída

tamanho das unidades

condições do sistema

especificação de design

e muitos outros fatores.

Há muitas combinações destes relés discretos e

multifuncionais que podem ser adotadas,

dependendo de quando a usina foi construída,

o tamanho das unidades, das condições do

sistema, a especificação de design, e muitos

outros fatores.

27

Page 28: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

O número das funções incluídas na Tabela 1 é

tão importante que serão sempre encontrados

no esquema proteção de qualquer gerador

(por exemplo, 25, 59, 87). Outros podem ser

omitidos em algumas aplicações (por exemplo,

49). Quanto maior o tamanho e o custo do

gerador, e mais crítica é a aplicação, mais

intensa é a proteção aplicada a protegê-lo de

condições anormais de funcionamento ou as

falhas. Tal como explicado anteriormente, para

a maioria das máquinas de grandes dimensões,

algumas das funções de proteção aplicadas

são cobertas por mais de um relê ou dispositivo

de proteção.

Tabela ANSI FUNÇÕES DE PROTEÇÃO

DE GERADORES

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Tabela 1: Principais funções de proteção

aplicadas aos geradores síncronos (ANSI)

Page 29: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Função de Sincronismo e Cheque de

Sincronismo (funções 15 e 25)

Objetivo:

leva a unidade até sua velocidade automaticamente e

sincronizado com o sistema

Dois relés são fornecidos para evitar resultados errados,

devido à falha de um único dispositivo de proteção

relé sincronizador

relé de verificação de sincronismo

A combinação da função 15 com a função 25

fornece o meio pelo qual a unidade pode ser

levada até sua velocidade automaticamente e

sincronizado com o sistema.

Quase sempre dois relés são fornecidos: o relé

sincronizador e o de verificação de sincronismo.

Esta divisão de trabalho tem o objetivo de

evitar resultados destrutivos de sincronizar uma

unidade fora de fase, devido à falha de um

único dispositivo de proteção.

Em instalações mais antigas, principalmente com

as unidades movidas a vapor, é comum iniciar e

levar o aparelho até sua velocidade utilizando

controle manual. O fechamento do disjuntor é

feito manualmente enquanto o relé de cheque

de sincronismo monitora todas as tensões,

ângulos vetoriais, e frequências, certificando-se

que estão dentro seus valores prescritos.

Embora raramente encontradas, algumas

operadoras fecham o disjuntor, mantendo o

botão "fechar" pressionado quando o aparelho

é trazido para a velocidade e tensões corretas,

deixando o ângulo ser verificado pelo relé de

verificação de sincronismo. Esta prática fez com

que algumas unidades fossem sincronizadas

fora de fase devido a uma falha do relé

(função 25). A falha pode ser catastrófica,

portanto é mandatório que o sinal de

fechamento durante uma operação manual seja

enviado quando as condições de sincronismo

forem alcançadas, deixando o sistema de

verificação de sincronização como um

dispositivo de backup.

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Page 30: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Função de Sincronismo e Cheque de

Sincronismo (funções 15 e 25)

Condições de sincronismo

amplitudes das tensões do sistema e dos terminais do

gerador

ângulo das tensões nos terminais e do sistema

deslizamento (diferença de frequência entre a

máquina e o sistema)

Antes de isso ser feito, as amplitudes das

tensões do sistema e dos terminais do gerador

devem estar dentro uma margem para que o

disjuntor possa ser fechado. O mesmo deve

ocorrer pra o ângulo das tensões nos terminais

e do sistema. O deslizamento, que é a

diferença de frequência entre a máquina e o

sistema, deve ser inferior a um valor dado.

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Page 31: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção de Curto-Circuito (funções

21, 50, 51, 51V e 87)

Objetivo:

Proteger o aparelho contra faltas dentro ou fora dos

enrolamentos do alternador

A maioria destas funções funciona como backup

uma das outras

Estas funções são projetadas para proteger o

aparelho contra curto-circuito dentro ou fora

dos enrolamentos do alternador.

Faltas externas podem ocorrer no sistema

próximo aos barramentos da estação, no

transformador principal ou nos transformadores

auxiliares, no cabeamento, ou barramentos

blindados, entre o alternador e

transformadores, ou nos enrolamentos do

alternador.

31

Page 32: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção de Sobreexcitação ou Volts /

Hertz (Função 24)

Sobreexcitação

os níveis de densidade de fluxo estão acima dos níveis

de cálculo

normalmente ocorre durante a partida, antes da

sincronização

podem causar:

severo aquecimento das estruturas do núcleo e do

isolamento

destruição parcial ou completa do isolamento do núcleo

necessidade de substituição

A sobreexcitação é a condição na qual os níveis

de densidade de fluxo estão acima dos níveis

de cálculo no núcleo magnético do gerador, ou

no núcleo do transformador elevador

associado.

Nessas condições, os fluxos podem causar um

severo aquecimento das estruturas do núcleo e

do isolamento, provocando falhas.

No entanto, quando ocorre uma sobreexcitação

grave, o resultado mais provável é a destruição

parcial ou completa do isolamento do núcleo,

com a consequente necessidade de substituição.

Por isso, é fundamental que a proteção

Volts/Hertz seja aplicada e ajustada

corretamente.

32

Page 33: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção de Sobreexcitação ou Volts /

Hertz (Função 24)

Atuação da proteção

A densidade de fluxo é proporcional à relação de

tensão/frequência

Utiliza-se dupla alimentação de dois TPs

independentes

evita fornecer informações erradas ao sistema de

excitação sobre a tensão terminal

A densidade de fluxo é proporcional à relação

de tensão/frequência. Na frequência nominal,

o limite máximo contínuo de tensão para um

gerador é geralmente 105%; portanto, este

valor é normalmente aplicado para obter um

limite de Volts/Hertz de 105%.

Os danos do núcleo devido à sobreexcitação é

um evento raro.

Um componente vital em todos os sistemas de

Volts/Hertz para qualquer turbogerador é a

dupla alimentação de dois transformadores

de potencial independentes (TPs). Caso

contrário, a perda de uma única conexão com o

TP pode fornecer informações erradas ao

sistema de excitação sobre a tensão terminal,

forçando a corrente de campo (e tensão

terminal) além da capacidade da máquina de

Volts/Hertz.

É responsabilidade do operador do

turbogerador seguir as instruções na

configuração dos relés de sobreexcitação

(função 24).

33

Page 34: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção de Sobre e Subtensão

(Funções 59 e 27)

Relé de sobretensão (Função 59)

Proteção de curto-circuito no neutro do gerador

(59GN)

Relé de subtensão (Função 27)

identificar a perda de tensão do TP

identificar condição de barramento “morto”

Alguns relés de tensão são utilizados para

proteção de curto-circuito (no neutro do

gerador - 59GN). Relés de sobretensão

também são utilizados como apoio para o relé

de função 24 (sobreexcitação) durante o

funcionamento normal da máquina. Durante a

partida, o relé de função 59 não irá fornecer

backup para o relé de função 24, porque a

condição Volts/Hertz pode facilmente

desenvolver durante a partida, mesmo quando

a tensão terminal é abaixo do seu valor

nominal.

Os relés de subtensão são instalados

principalmente com a finalidade de identificar

a perda de tensão do TP, ou para identificar

condição de barramento “morto” para certos

alinhamentos.

34

Page 35: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção de Potência Reversa

(Função 32)

Fluxo de potência reversa

ocorre no caso de perda da potência mecânica de

entrada ao gerador

a máquina funciona como motor síncrono ou de indução,

absorvendo energia do sistema

Atuação da proteção:

retira a máquina de serviço para protegê-la contra

danos mecânicos e outros perigos

No caso raro de perda da potência mecânica

de entrada ao gerador, a máquina irá

funcionar como motor síncrono ou de indução,

dependendo das condições de campo do

gerador, absorvendo energia do sistema

conectado. A detecção deste fluxo de potência

reversa permite que a máquina seja retirada

de serviço para protegê-la contra danos

mecânicos e outros perigos, tais como o

relacionado com abastecimento de combustível.

A função de potência reversa é também

aplicada nos esquemas de disparo sequencial,

utilizados para desligar turbogeradores de

vapor.

35

Page 36: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção de Potência Reversa

(Função 32)

Geradores movidos a Turbinas a vapor

são os mais sensíveis à motorização

operam com menos entrada de energia

apenas uma pequena percentagem de carga nominal, em

comparação a turbinas de combustão que necessitam de

até 50% da potência nominal

exigem configurações sensíveis para os relés de

potência reversa (32)

além de alguma proteção adicional que pode ser

indicada.

De todos os motores principais, turbinas a vapor

são os mais sensíveis à motorização. Elas

também operam com menos entrada de

energia (apenas uma pequena percentagem de

carga nominal, em comparação a turbinas de

combustão que necessitam de até 50% da

potência nominal). Por essas razões, geradores

movidos a vapor exigem configurações sensíveis

para os relés de potência reversa (32), além de

alguma proteção adicional que pode ser

indicada.

36

Page 37: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Relé de Perda de Excitação ou Relé

de Perda de Campo (Função 40)

A perda de excitação pode ocorrer por diversos

motivos, tais como:

disparo acidental do disjuntor de campo

falha do excitador

falha do regulador de tensão automático (AVR)

curto-circuito no enrolamento de campo

contato deficiente das escovas

outros defeitos no sistema de excitação

Há certo número de acontecimentos que podem

resultar na perda da fonte de excitação para o

gerador. Isso pode acontecer tanto para

unidades brushless (“sem escovas”) quanto para

unidades excitadas externamente. A perda de

excitação pode ocorrer por diversos motivos,

tais como:

Disparo acidental do disjuntor de campo

Falha do excitador

Falha do regulador de tensão automático (AVR)

Curto-circuito no enrolamento de campo

Contato deficiente das escovas

Outros defeitos no sistema de excitação

37

Page 38: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Relé de Perda de Excitação ou Relé

de Perda de Campo (Função 40)

A velocidade do gerador pode aumentar de até 5

% do normal

A corrente do estator pode aumentar em até 100%

do seu valor nominal

causando superaquecimento dos componentes do rotor

e do núcleo do estator

A proteção contra a ocorrência de perda de

campo é definida como de alarme e trip

os danos podem se tornar graves muito rapidamente

Quando um gerador perde a sua excitação

durante o funcionamento normal, a sua

velocidade aumenta de até 3 a 5 % do normal.

O aumento de velocidade depende da carga

do gerador antes de perder a sua excitação.

Uma unidade de carga leve irá experimentar

um aumento na velocidade muito menor do que

uma carga máxima.

38

Page 39: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção contra Desbalanceamento

de Corrente (Função 46)

Desiquilíbrio de correntes trifásicas nos terminais de um alternador podem ser causados por:

desequilíbrio de cargas

abertura de um pólo de um disjuntor

circuitos abertos

Podem causar:

altas temperaturas em poucos segundos

intensa vibração

derretimento do núcleo

entre outros

Há uma série de incidentes que podem resultar

em um desiquilíbrio de correntes trifásicas nos

terminais de um alternador:

Desequilíbrio de cargas

Abertura de um pólo de um disjuntor

Sistemas de transmissão assimétricos

Circuitos abertos

39

Page 40: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção contra Desbalanceamento

de Corrente (Função 46)

Correntes desequilibradas resultarão em

componentes de corrente de sequência negativa

Proteção:

utiliza relés de sobrecorrente que medem componentes

de sequência negativa

Correntes desequilibradas resultarão em

componentes de corrente de sequência

negativa que fluem na superfície do rotor, nos

anéis de retenção, até mesmo nos enrolamentos

de campo.

Estas correntes do rotor de sequência negativa

têm o potencial de gerar altas temperaturas em

poucos segundos acompanhado de intensa

vibração, com graves efeitos prejudiciais para

áreas específicas do rotor e outros

componentes, podendo causar até o

derretimento do núcleo.

40

Page 41: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Térmica do Estator e Rotor

(Função 49)

Temperaturas elevadas em geradores podem ser causadas por:

sobrecarga

pontos críticos (quentes) no núcleo

deformações das lâminas em dutos de ventilação

falhas de refrigeração

Atuação da proteção térmica realiza:

medição de tensão e da corrente de campo

cálculo a resistência de campo do rotor

compara a resistência obtida com um valor conhecido de ohms de uma temperatura conhecida

Há certo número de condições que podem

resultar em uma temperatura elevada dentro

do gerador.

As condições mais comuns que podem resultar

em temperaturas mais altas do que o normal

são:

Sobrecarga

Pontos críticos do núcleo

Lâminas curvadas inchando em dutos de

ventilação

Falhas de liquidação

Falhas de refrigeração (filtros entupidos em

aparelhos de ar-refrigerado, falta de pressão

de hidrogênio em geradores refrigerados com

hidrogênio ou a falha do sistema de

arrefecimento de hidrogénio, bloqueio de água

ou outra falha do sistema de arrefecimento de

água em unidades de refrigeração a água)

Há outras condições que podem resultar em

altas temperaturas, como correntes

desequilibradas, no entanto, estes são

detectados e protegidos por outras funções de

proteção.

41

Page 42: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Térmica do Estator e Rotor

(Função 49)

RTDs (detectores de temperatura resistivos, ou

termoresistores)

embutidos nos enrolamentos do estator, com um mínimo

de dois por fase

compostos de marcação

núcleo monitoram e alarmam contra a deterioração do

enrolamento de campo devido ao superaquecimento

Algumas técnicas atualmente permitem o

monitoramento diretamente das temperaturas

do enrolamento do estator, do núcleo e dos

meios de refrigeração.

A temperatura do enrolamento do rotor,

quando controlada, é feita através da medição

de tensão e da corrente de campo, em seguida,

é calculada a resistência de campo do rotor, e

compara-se a resistência obtida com um valor

conhecido de ohms de uma temperatura

conhecida.

42

Page 43: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Energização

Involuntária (Função 50IE)

Ocorrência

quando um gerador que se encontrava desligado seja

repentinamente ligado no sistema

correntes fortes fluem para acelerar a máquina

poderão rapidamente gerar danos térmicos

Atuação da proteção

quando a frequência e a corrente ultrapassam valores

definidos por ao menos 1 segundo

o relé irá enviar imediatamente um sinal de alarme

Caso um gerador que se encontrava desligado

seja repentinamente ligado no sistema,

correntes fortes fluem para acelerar a

máquina. Estas correntes poderão rapidamente

gerar danos térmicos à máquina. A função 32

de potência reversa, geralmente deve ser

ajustada com um retardo de tempo, que é

muito longo para proporcionar uma proteção

adequada contra a energização involuntária,

portanto, é requerida esta função 50IE

separada.

43

Page 44: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Desequilíbrios de

Tensão (Função 60)

Objetivo:

evitar disparos falsos de outros relês de proteção,

devido a uma perda da tensão de alimentação

secundária

Exemplo:

através de um fusível queimado do TP

A função principal do relé de proteção contra

desiquilíbrio de tensão é evitar disparos falsos

de outros relês de proteção, devido a uma

perda da tensão de alimentação secundária -

por exemplo, através de um fusível queimado

do transformador de potencial (TP).

Sistemas de equilíbrio de tensão são possíveis

na maioria dos geradores mais modernos e/ou

grandes, porque tais unidades possuem pelo

menos dois TPs alimentando os sistemas de

proteção e de controle.

44

Page 45: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Desequilíbrios de

Tensão (Função 60)

Atuação da proteção quando há dois TPs (geradores mais novos/maiores):

sensoriamento e comparação da tensão secundária de diferentes TPs

bloqueia o funcionamento de determinados relés de tensão controlados quando determina uma situação de "fusível-queimado"

O relé de proteção contra desiquilíbrio faz o

sensoriamento e compara a tensão secundária

de diferentes TPs, e quando determina uma

situação de "fusível-queimado", ele bloqueia o

funcionamento de determinados relés de tensão

controlados.

45

Figura 10: Esquema de dois TPs alimentando dois circuitos (de proteção e de excitação de um gerador) e relé de proteção contra desiquilíbrio de tensão (Adaptado de KLEMPNER e KERSZENBAUM, 2004)

Page 46: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Desequilíbrios de

Tensão (Função 60)

Alimentação com apenas um TP (alternadores mais antigos ou pequenos), verifica:

as tensões de sequência negativa no secundário do TP

surgem com uma falta primária ou de uma condição de fusível-queimado

as correntes negativas no secundário do TC

A Figura 28 mostra um esquema de um gerador

com um TP alimentando sua proteção e o

sistema de excitação. O relé de proteção

contra desiquilíbrio de tensão (função 60)

monitora as tensões trifásicas e as correntes

alimentadas pelo TP e um TC. A perda de fase

do TP (condição "fusível-queimado") é

alcançada ao sentir tensões de sequência

negativa, mas não as correntes de sequência

negativa (estas existiriam durante uma falta).

46

Figura 11: Esquema de um gerador com um TP e relé de proteção contra desiquilíbrio de tensão (Adaptado de KLEMPNER e KERSZENBAUM, 2004)

Page 47: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Faltas Entre Espiras

do Gerador (Função 61)

Uma falta nas bobinas do enrolamento do estator

pode ter inicio devido à:

defeitos de montagem ou de fabricação dos materiais

vibração ou movimento dos enrolamentos durante as

condições normais ou de defeito

falha na isolação

defeito no sistema de refrigeração

Um curto-circuito nas bobinas do enrolamento

do estator pode ter inicio pelos seguintes

motivos:

Defeitos de montagem ou de fabricação dos

materiais e não detectados durante os testes de

alta tensão

Vibração ou movimento dos enrolamentos

durante as condições normais ou de defeito

Falha na isolação

Defeito no sistema de refrigeração

47

Page 48: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Faltas Entre Espiras

do Gerador (Função 61)

Esquema de proteção "de fase dividida" :

para máquinas com pelo menos dois circuitos paralelos de bobinas

os circuitos em cada fase estão divididos em dois grupos iguais, e então as correntes em cada grupo são comparadas

Um projeto típico da bobina do estator para os

grandes turbogeradores é baseado em um

arranjo de uma única espira, mas máquinas

menores podem suportar enrolamentos com

várias espiras.

Para essas máquinas com pelo menos dois

circuitos paralelos, o esquema de proteção "de

fase dividida" (Figura 29) pode ser utilizado

para a proteção contra curtos-circuitos entre

espiras.

Neste esquema, os circuitos em cada fase estão

divididos em dois grupos iguais, e então as

correntes em cada grupo são comparadas.

Qualquer diferença significativa indicaria uma

falta entre espiras.

Os relés utilizados são normalmente relés de

sobrecorrente inversa e possuem uma

combinação de trip instantânea

48

uma diferença significativa

indica falta entre espiras

deve gerar trip instantâneo

Figura 12: Curto entre espiras no final do

enrolamento de um gerador.

(Foto: KLEMPNER e KERSZENBAUM, 2004)

Page 49: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Faltas a Terra no

Rotor (Função 64F)

Duas faltas a terra podem resultar no seguinte:

aumento de vibrações do rotor

aquecimento térmico do rotor com o aumento das vibrações

grandes danos ao rotor por correntes contínuas

capazes de produzir arcos de vários centímetros de comprimento no rotor do turbogerador

métodos existentes para a detecção

fonte de tensão

ponte assimétrica passiva

Duas faltas a terra podem resultar no seguinte:

Fluxos de ar/gás desequilibrados com aumento

de vibrações do rotor

Aquecimento térmico desequilibrado do rotor

com o aumento das vibrações

VARs flutuantes e tensão de saída

Grandes danos ao rotor por correntes contínuas

(correntes contínuas são capazes de produzir

arcos de vários centímetros de comprimento no

rotor do turbogerador, durante uma ocorrência

dupla de falta a terra). Há vários casos

documentados de grandes rotores que tiveram

que ser substituídos devidos á esses eventos.

49

Page 50: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Perda de

Sincronismo (Função 78)

Pode causar:

propensão a deslocamento dos enrolamentos e seus suportes

danos no rotor e no acoplamento

Atuação da proteção:

a impedância aparente, vista dos terminais do gerador, varia de maneira prevista durante uma condição instável

separa o gerador do sistema o mais rapidamente possível

Há uma série de razões pelas quais um

gerador pode perder o sincronismo com o

sistema durante o funcionamento.

Independentemente da razão desta ocorrência,

a perda de sincronismo (de fase) pode resultar

em graves consequências prejudiciais para o

gerador. Os enrolamentos e seus suportes ficam

propensos a danos e deslocamentos durante um

evento como esse. Também é possível que

ocorra danos no rotor e no acoplamento. Para

minimizar esses efeitos prejudiciais, a proteção

deve separar o gerador do sistema o mais

rapidamente possível.

A proteção contra a condição de perda de

sincronismo baseia-se no fato de que a

impedância aparente, vista dos terminais do

gerador, varia de maneira prevista durante

uma condição instável.

50

Page 51: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Proteção Contra Sub ou

Sobrefrequência (Função 81)

Sobre ou subfrequências podem resultar em:

rejeição de carga total ou parcial

condições de sobrecarga

A frequência a qual a máquina irá atingir é função:

da quantidade de carga alterada

da inclinação característica do regulador

Os fabricantes devem fornecer curvas de suporte

utilizadas na definição do relé de função 81

Sobre ou subfrequências podem gerar graves

consequências para a integridade do

turbogerador durante a operação, mesmo em

curtos tempos em frequências mais altas ou mais

baixas do que nominal. A operação em sobre e

subfrequência geralmente resultam na rejeição

de carga total ou parcial ou condições de

sobrecarga. A rejeição de carga pode ser

causada por uma falha no sistema ou por

perda de carga. Condições de sobrecarga

podem surgir da parada (trip) de um grande

gerador ou da linha de transmissão. A

frequência a qual a máquina vai atingir após a

rejeição de carga ou sobrecarga é uma função

da quantidade de carga alterada e da

inclinação característica do regulador.

51

Page 52: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

PROTEÇÃO CONTRA ENERGIZAÇÃO

ACIDENTAL

Ocorrência

normalmente ocorre com o gerador em repouso ou em

giro-lento

a impedância equivalente vista pelo sistema de

potência é muito baixa

correntes de até 500% da corrente nominal percorrem

a unidade quando o disjuntor principal se fecha,

estragos nos enrolamentos

aceleração de forma imprevista

riscos físicos ao conjunto turbogerador

Quando um gerador de rotor cilíndrico (que é o

caso de todos os turbogeradores) é energizado

quando em repouso ou em velocidades muito

baixas (por exemplo, em giro-lento), a

impedância equivalente vista pelo sistema de

potência é a reatância de sequência negativa

do gerador em série com a resistência de

sequência negativa. No entanto, pode-se

demonstrar que a que a reatância de

sequência negativa X2, é igual à reatância

subtransitória Xd.

Esta baixa impedância faz com que correntes

de até 500% da corrente nominal percorram

na unidade quando o disjuntor principal se

fecha. Obviamente, estas correntes elevadas

podem causar estragos nos enrolamentos, além

dos riscos físicos associados com o conjunto

turbogerador a ser acelerado de forma

imprevista.

52

Page 53: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

PROTEÇÃO CONTRA ENERGIZAÇÃO

ACIDENTAL

Podem auxiliar nesta proteção:

relés de perda de campo (função 40)

relés de potência reversa (função 32)

Outros esquemas contam com:

relés direcionais de sobrecorrente

relés de distância

relés de backup do sistema

Os sistemas de relés de proteção devem ser mantidos em operação quando o gerador está fora de serviço

Existem várias maneiras como um gerador pode

ser protegido contra esta ocorrência. Os relés

de perda de campo (função 40) e de potência

reversa (função 32) podem fornecer esta

proteção com certas configurações. Outros

esquemas contam com relés direcionais de

sobrecorrente, relés de sobrecorrente de

frequência supervisionados, relés de distância e

relés de backup do sistema.

53

Page 54: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

ESQUEMAS DE PROTEÇÃO 54

Figura 13: Proteções

elétricas tipicamente

aplicadas a unidades

geradoras

(Adaptado de BECKWITH

Electric)

Page 55: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

CONCLUSÃO

Objetivos alcançados

análise de uma vasta pesquisa bibliografia

identificação e descrição das técnicas de proteção de

geradores

enfoque na aplicação citada

Os objetivo deste trabalho é apresentar os

conceitos de técnicas de proteção de geradores

síncronos utilizados em aplicações industriais

com turbinas a vapor.

A motivação deste estudo se baseia na

importância, em especial em plantas de

cogeração, do uso de turbinas a vapor para

geração de energia. Portanto, para o uso

correto e seguro de todos os equipamentos que

envolvem a geração é necessário um bom

conhecimento do sistema de proteção.

55

Page 56: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

CONCLUSÃO

Estrutura

embasamento da fundamentação e os conceitos sobre

cogeração

turbogeradores

máquinas síncronas

sistemas de proteção

análise das principais funções de proteção e equipamentos

podem variar de acordo com a capacidade da máquina,

fabricante, histórico, entre outros.

Os objetivo deste trabalho é apresentar os

conceitos de técnicas de proteção de geradores

síncronos utilizados em aplicações industriais

com turbinas a vapor.

A motivação deste estudo se baseia na

importância, em especial em plantas de

cogeração, do uso de turbinas a vapor para

geração de energia. Portanto, para o uso

correto e seguro de todos os equipamentos que

envolvem a geração é necessário um bom

conhecimento do sistema de proteção.

56

Page 57: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

CONCLUSÃO

A missão dos sistemas de proteção é garantir:

a segurança do operador

a integridade dos equipamentos do sistema

Um sistema de proteção aplicado corretamente pode

evitar

reposições de equipamentos

períodos fora de operação

Justifica a importância de seu estudo para a indústria

e para a sociedade

A principal missão dos sistemas de proteção é

garantir a segurança do operador, porém, a

integridade dos equipamentos do sistema é de

extrema importância para as indústrias se

manterem em funcionamento em perfeitas

condições. Um sistema de proteção aplicado

corretamente pode evitar reposições de

equipamentos e períodos fora de operação,

justificando a importância de seu estudo para a

indústria e para a sociedade.

57

Page 58: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

REFERÊNCIAS

ABB Unidade de Proteção de Gerador 2000R. Manual de Instruções. Edição B Abril, 1998.

ALMEIDA, A. L. V. Ajuste e coordenação de relés de Sobrecorrente. Rio de Janeiro, 2008.

ALMEIDA, M. A. D. Apostila de Proteção de Sistemas Elétricos. p. 129, 2000.

ANTONIOLIMA, Curso de Geração de Energia Elétrica. Disponível em: < http://www.antoniolima.web.br.com>. Acessado em: 20 out. 2013.

BERNARDES, N. G. C. Estudo de viabilidade de uma unidade de cogeração na indústria agro-alimentar. Dissertação submetida à

Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro. Portugal, 2008.

BECKWITH Electric. Engineered Solutions for Power System Protection and Control. Disponível em: < http://www.beckwithelectric.com/>.

Acessado em: 22 out. 2013.

BRANDÃO, S. S. Cogeração. Trabalho no âmbito da cadeira: Produção e Planeamento de Energia Eléctrica. Departamento de Engenharia

Electrotécnica e de Computadores - Universidade de Coimbra, 2004.

BRESSAN, F. Curso de Turbinas a Vapor para Engenheiros Eletricistas. Universidade Petrobrás. 2008.

COGENPORTUGAL. Associação Portuguesa para a Eficiência Energética e Promoção da Cogeração. Disponível em: <

http://www.cogenportugal.com>. Acessado em: 20 out. 2013.

COGENRIO. Associação Fluminense de Cogeração de Energia - COGEN Rio. Disponível em: < http://www.cogenrio.com.br> Acessado em:

20 out. 2013.

COSTA, A.C.S. P. Iniciação a Proteção. Trabalho Editorado pela Escola Antônio Souza Noschese, especificamente para o Curso de Eletricistas,

Turma PETROBRAS. SENAI-SP. p 43, 2006.

A principal missão dos sistemas de proteção é

garantir a segurança do operador, porém, a

integridade dos equipamentos do sistema é de

extrema importância para as indústrias se

manterem em funcionamento em perfeitas

condições. Um sistema de proteção aplicado

corretamente pode evitar reposições de

equipamentos e períodos fora de operação,

justificando a importância de seu estudo para a

indústria e para a sociedade.

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Page 59: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

REFERÊNCIAS

DIRECT Industry. The Online Industrial Exhibition. Disponível em: < http://www.directindustry.com> Acessado em: 14 out. 2013.

FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY C. Jr., UMANS S. D. Máquinas Elétricas com Introdução á Eletrônica de Potência. 6ªed Editora Bookman.

G1 Ribeirão e Franca. Disponível em: < http://g1.globo.com/sp/ribeirao-preto-franca> Acessado em: 20 out. 2013.

GE Digital Energy. Disponível em: < http://www.gedigitalenergy.com> Acessado em: 21 out. 2013.

INTERENG Automação Industrial. Disponível em: <http://www.intereng.com.br> Acessado em: 11 out. 2013.

LIMA, J.C. M. Aspectos de Proteção e Controle do Gerador Síncrono Subexcitado. p.148, 2002.

LIMA, J.C. M.; DELBONI M. P., ANDRADE J. C. B. Revisão Crítica da Filosofia de Proteção Contra Perda de Excitação em Geradores Síncronos.

VII Seminário Técnico de Proteção e Controle. Rio de Janeiro, 2003.

LINO M. A. B. Proteção da Interconexão de m Gerador Distribuído com o Sistema de Distribuição de Energia Elétrica. Trabalho de Conclusão

de Curso apresentado à Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo, 2007.

KLEMPNER G.; KERSZENBAUM, I. Operation and Maintenance of Large Turbo Generators. Institute for Electrical and Electronics Engineers,

2004.

MAEZONO P. K. Proteção de Geradores. Virtus Consultoria e Serviços Ltda. Edição 2, 2004.

MOURA, J. C. Proteções De Sistemas Elétricos: Uma Visão De Sua Utilização Em Parques Eólicos. Lavras, 2011.

MOZINA C. J. Power Plant “Horror Stories”. Beckwith Electric Co., Inc.

PORTAL O Setor Elétrico. Disponível em: < http://www.osetoreletrico.com.br> Acessado em: 21 out. 2013.

A principal missão dos sistemas de proteção é

garantir a segurança do operador, porém, a

integridade dos equipamentos do sistema é de

extrema importância para as indústrias se

manterem em funcionamento em perfeitas

condições. Um sistema de proteção aplicado

corretamente pode evitar reposições de

equipamentos e períodos fora de operação,

justificando a importância de seu estudo para a

indústria e para a sociedade.

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Page 60: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

REFERÊNCIAS

SATHEL Energia. Disponível em: < http://www.sathel.com.br> Acessado em: 21 out. 2013.

SIEMENS Energy. Disponível em: < http://www.energy.siemens.com> Acessado em: 11 out. 2013.

SILVA, C.S.L. Produção e Distribuição Centralizada de Energia Térmica e Cogeração. Universidade de Coimbra - Faculdade de Ciências e

Tecnologia - Departamento de Engenharia Mecânica. p.50, 2003.

SATHEL Energia. Disponível em: < http://www.sathel.com.br> Acessado em: 21 out. 2013.

SIEMENS Energy. Disponível em: < http://www.energy.siemens.com> Acessado em: 11 out. 2013.

SILVA, C.S.L. Produção e Distribuição Centralizada de Energia Térmica e Cogeração. Universidade de Coimbra - Faculdade de Ciências e

Tecnologia - Departamento de Engenharia Mecânica. p.50, 2003.

SILVA, J. C. B.; KONS, L. N. Análise de Fontes Alternativas de Energia para o Setor Terciário. Escola Politécnica da Universidade de São

Paulo.

SKINNER Power Systems LLC. Turbine Generator Sets 101. Rev. 1, 2009.

SPAMER, F. R. Técnicas Preditivas de Manutenção de Máquinas Rotativas. p.254, 2009.

VENES, M.; GODOY, V. M. Sistemas Hidráulicos E Térmicos - Cogeração De Energia. Universidade Federal do Pampa - Centro de Tecnologia

de Alegrete - Curso de Engenharia Elétrica. p. 10, 2009.

WEG Brasil: Motores, Automação, Energia, T&D e Tintas. Disponível em: < http://www.weg.net/> Acessado em: 21 out. 2013.

A principal missão dos sistemas de proteção é

garantir a segurança do operador, porém, a

integridade dos equipamentos do sistema é de

extrema importância para as indústrias se

manterem em funcionamento em perfeitas

condições. Um sistema de proteção aplicado

corretamente pode evitar reposições de

equipamentos e períodos fora de operação,

justificando a importância de seu estudo para a

indústria e para a sociedade.

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Page 61: Estudo de Sistemas de Proteção de Geradores Elétricos

Autora: Thais Marques

Orientação: Prof. Dr. Renato C. Creppe

Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”

Faculdade de Engenharia de Bauru

Curso de Engenharia Elétrica

Obrigada 61