Paralelismo e

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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN ENGENHARIA INDUSTRIAL ELTRICA NFASE EM ELETROTCNICA

LUCAS MENDES DE OLIVEIRA MARCOS CORDEIRO JUNIOR PAOLA MARIANI DA SILVA RENATO DAHER SIDNEI LEANDRO DA SILVA

PARALELISMO E SINCRONISMO

CURITIBA 2010

SUMRIO

Contedo1. INTRODUO ........................................................................................................ 3 2. VANTAGENS DA OPERAO EM PARALELO ..................................................... 3 3. CONDIES PARA A OPERAO EM PARALELO ............................................. 6 4. SINCRONIZAO DOS GERADORES AO BARRAMENTO INFINITO ............... 8 5. MODALIDADES DE SINCRONISMO ...................................................................... 9 6. MTODOS DE SINCRONISMO ............................................................................ 10 Mtodo I ....................................................................................................... 11 Mtodo II ...................................................................................................... 12 Mtodo III ..................................................................................................... 13 Mtodo IV..................................................................................................... 15 7. CONDIES PARA ACOPLAMENTO (COPEL) .................................................. 16 8. MODELO DE SINCRONOSCPIO ....................................................................... 20 9. REFERNCIAS ..................................................................................................... 24

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1. INTRODUO

Nos dias atuais tem havido uma crescente demanda por um fornecimento de energia ininterrupto e de qualidade. Haja vista os avanos tecnolgicos dos microprocessadores eletrnicos utilizados na fabricao de equipamentos para os mais diversos fins, tais como aparelhos de suporte a vida em hospitais, centrais telefnicas, computadores e instrumentos que controlam e/ou monitoram o trafego areo, usinas nucleares, entre outros, para os quais, por menor que seja a falta de energia, os possveis danos, no apenas econmicos mas tambm sociais, seriam incalculveis. Logo, importantssimo ter um sistema de energia confivel, e um dos mais confiveis atualmente o com geradores ligados em paralelo com a rede de energia eltrica da concessionria.

2. VANTAGENS DA OPERAO EM PARALELO

A origem da idia de se utilizar geradores em paralelo foi a de conferir confiabilidade ao sistema, dividindo a potncia alimentadora de um circuito entre vrias fontes. Mas esta no a nica vantagem de utilizar mais de um gerador em paralelo. Esta forma de ligao vantajosa sobre diversos pontos de vista, desde o econmico at o militar. Alm disso, pode-se utilizar geradores em paralelo, em diversas aplicaes, desde a alimentao de circuitos eletrnicos de grande importncia, passando por cargas como hospitais e shoppings, e chegando at alimentao de cidades inteiras, que utilizam a energia de diversas centrais de gerao. De fato, a principal vantagem da operao em paralelo de geradores , como foi citado acima, a confiabilidade que isto confere ao sistema alimentador. Se uma unidade de consumo de energia, seja ela uma cidade ou uma residncia, for alimentada por um nico gerador, basta que haja um defeito no mesmo, e esta unidade perder o fornecimento de energia. Se a3

gerao for dividida entre dois (ou mais) geradores de menor capacidade de fornecimento, mesmo que ocorra falta em um gerador, os consumidores continuaram sendo alimentados pela potncia do(s) outro(s), evitando queda de energia. Por este motivo, vrios hospitais, que possuem cargas importantes e que no podem ser interrompidas, utilizam sistema de gerao prpria. Outra vantagem da operao em paralelo a maximizao do rendimento das mquinas. Quando h uma nica fonte de energia, o valor de sua capacidade nominal fixo. Desta forma, quando a demanda da carga for baixa, a capacidade da fonte continuar sendo a nominal, caracterizando-se uma queda no rendimento da mquina. Se, por outro lado, forem utilizados diversos geradores operando em paralelo, alguns deles podem ser desligados do sistema durante determinados perodos em que a demanda da carga for reduzida. Assim, a capacidade nominal do grupo de geradores cai, mas suficiente para alimentar a carga a qualquer momento, e o rendimento do mesmo mantido em um nvel satisfatrio, melhorando, entre outras coisas, o seu fator de potncia. A operao em paralelo tambm possibilita maior frequncia em atividades de manuteno e verificao das mquinas, utilizando os equipamentos excedentes enquanto uma das mquinas estiver desligada. No caso de empresas e indstrias de grande porte, isso contribui para a reduo das perdas financeiras ocorridas quando desligam-se as mquinas para manuteno, pois no h a necessidade de interromper-se completamente a produo. No caso de uma unidade consumidora onde esperado um aumento na demanda de energia ao longo do tempo, adicionar geradores em paralelo com o instalado inicialmente uma soluo interessante, pois reduz o custo inicial da instalao. Se esta tcnica no for utilizada, ser necessrio instalar um gerador com potncia nominal superior que demanda inicialmente pelo sistema, este gerador operando praticamente a vazio, dependendo do perodo do dia e do ano. Isto gera perdas de potncia e possivelmente (dependendo do tipo de carga) diminuio da vida til da mquina.

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H ainda um fator fsico que corrobora com as vantagens da operao em paralelo. Nos dias atuais, a demanda por energia eltrica assume valores astronmicos, principalmente em regies urbanas. Na maioria dos casos, tanto a fsica como a economia, no permitem a instalao de um nico gerador que seja capaz de suprir toda a demanda de tais reas. No entanto, empregandose vrios geradores em paralelo, as potncias nominais dos mesmos se somam, constituindo um total capaz de alimentar uma carga de grande porte como a citada acima. Por todos estes motivos, a utilizao de geradores em paralelo aconselhvel em algumas situaes. No entanto, para que ela seja, de fato, lucrativa, ela deve ser planejada para caracterizar o melhor funcionamento possvel. Como regra geral, utiliza-se uma unidade geradora de maior potncia, que seja suficiente para alimentar por si s a demanda mnima da rea ao longo de um perodo determinado, e aplica-se outros geradores, de menor capacidade, para suprir os perodos de demanda mais alta. Quando a demanda da rea aumenta, passando a exceder a potncia nominal do gerador principal, pode-se instalar outro gerador de maior importncia, que

permanecer ligado a todo momento, juntamente com o gerador principal, de modo a suprirem em conjunto a demanda mnima da carga alimentada. H ainda algumas desvantagens no uso de geradores em paralelo. Por serem utilizados vrios geradores, ou seja, mais carcaas, mais enrolamentos e mais ncleos, o espao ocupado pelo maquinrio em paralelo maior do que se fosse utilizado apenas um gerador. Outro problema acarretado pela operao em paralelo, o aumento na corrente de curtocircuito, que implicam em maior gasto com proteo dos equipamentos. Por fim, devem ser atendidas ainda, as condies de paralelismo.

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3. CONDIES PARA A OPERAO EM PARALELO

Apesar de vantajosa, a ligao em paralelo no pode ser executada arbitrariamente. Algumas condies, chamadas condies de paralelismo, referentes operao e s especificaes dos geradores, devem ser observadas, sob pena de problemas na tenso gerada, e danos aos geradores, condutores, barramentos e equipamentos alimentados. Por motivos bvios, a primeira condio a ser respeitada, que a tenso de gerao de todos os geradores ligados em paralelo deve ser a mesma. Se esta condio no for respeitada, ser gerada uma corrente de circulao entre os geradores, que danifica os mesmos, queimando enrolamentos, causando superaquecimento, e reduzindo a vida til dos equipamentos como um todo. Para o caso de geradores trifsicos, a sequncia de fases na ligao dos geradores com o barramento alimentado deve ser a mesma para cada um deles. Caso esta condio no seja respeitada, cada fase do barramento ter uma tenso nominal diferente das outras, o que causar curto-circuito, podendo inclusive queimar os geradores em paralelo. Outro critrio que deve ser respeitado o da frequncia. Se as frequncias de gerao dos geradores (que so determinadas por

caractersticas construtivas), no forem iguais, a onda gerada no barramento no ter caractersticas senoidais, e ainda ter picos de tenso duas vezes maiores do que os das ondas nos geradores. Um exemplo est ilustrado na figura a seguir:

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Diferena de potencial entre geradores com frequncias diferentes. (Fonte: Winplot)

H ainda uma condio de paralelismo referente aos ngulos de defasagem dos geradores operando em paralelo. Se um deles tiver ngulo diferente dos outros, surgir uma diferena de potencial atuando sobre dois pontos de uma mesma fase. Isso dar origem a uma corrente circulante entre os vrios geradores, que reduzir a vida til dos mesmos e poder destruir os condutores de ligao e danificar os barramentos. A ilustrao est na figura a seguir.

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Diferena de potencial entre geradores com diferena de fase. (Fonte: Winplot) A sincronizao de geradores surgiu como uma alternativa para modelar o sistema de gerao de modo a torn-lo concordante com algumas das condies de paralelismo.

4. SINCRONIZAO DOS GERADORES AO BARRAMENTO INFINITO

O conceito de barramento infinito o de um barramento, ou uma fonte hipottica, no qual a tenso e a freqncia no so sensveis s variaes de carga.

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Um gerador no pode simplesmente ser conectado a um sistema, no qual j existem outros geradores sncronos conectados e trabalhando de forma a fornecer potncia eltrica s cargas conectadas a esse sistema. Para conectar um gerador a um sistema de barramento infinito, necessrio seguir e at