SISTEMAS DE PROTEOALTERNADORESAlisson S. TakahashiHenrique S. HigaRafael SimonSrgio S. Prestes

IntroduoCausa primeira: DefeitoDispositivos de proteco: relsEsquemas de proteoRels trmicos, contra sobrecargasRels temporizados, a mximo de corrente, contra curto circuitosRels a mximo de tenso, contra elevaes de tenso devidas s manobras normais do sistema

RelsRels de potencia inversa, para impedir o funcionamento do gerador como motorProteco diferencial, contra os curto circuitos entre enrolamentos entre fases diferentesProteco contra defeitos em massa, do estator e do rotorProteco contra curto circuito de espiras da mesma faseProteco contra abertura acidental ou no nos circuitos de exitao

PROTEO DIFERENCIAL DO ESTATOR CONTRA CURTO CIRCUITOA proteo diferencial do estator contra curto circuito recomendada para mquinas acima de 1MVA e obrigatria acima de 10MVA.

O custo e a funo do gerador tambm so levados em considerao para a deciso do uso ou no da proteo.

Atua na ocorrncia de curto circuito entre fases.

Quando o neutro do gerador for aterrado diretamente ou atravs de uma resistncia de baixo valor, a proteo funciona tambm para faltas a terra. Em caso contrrio, uma outra proteo particular deve ser usada.

Rels utilizados so os de alta velocidade a fim de minimizar os danos do arco sobre as lminas do ncleo.

ESQUEMTICO DE UMA PROTEO DIFERENCIAL LONGITUDINALRels diferenciais so, por definio, rels que atuam quando o vetor da diferena de duas ou mais grandezas eltricas semelhantes excede uma quantidade pr-determinada.

PROTEO DIFERENCIAL DO ESTATOR CONTRA CURTO CIRCUITO ENTRE ESPIRASUtilizados quando as fases, por motivos construtivos, possuem as fases sub-divididas.

Sempre aconselhvel nos arranjos bloco-gerador-transformador.

Ajuste tpico do rel para corrente de desiquilbrio maior ou igual a 5% da corrente nominal do gerador.

ESQUEMTICO DE UMA PROTEO DIFERENCIAL TRANSVERSAL

PROTEO DIFERENCIAL DO ESTATOR CONTRA FALTA A TERRAO aterramento do neutro de um gerador atravs de alta impedncia tem as seguintes finalidades:

limitar os esforos mecnicos, limitar os danos no ponto do defeito, proteger contra descargas atmosfricas,limitar as sobre-tenses transitrias,necessidades de se obter correntes das faltas fase-terra.

Em geral, nesse tipo de aterramento, os rels diferenciais no so suficientemente sensveis e seguros contra desligamentos intempestivos devidos a faltas externas sua zona de proteo.

Um rel de sequencia zero pode ser usado para proteger um gerador contra as faltas a terra.

Devido aos efeitos destrutivos de uma falta a terra (condutor para o nucleo), em consequencia da alta temperatura do arco, a corrente de falta usualmente limitada por uma impedncia colocada no neutro do gerador, e que pode ser uma resistencia, um transformador de distribuio com resistor de carga, uma reatancia ou um transformador de potencial.

PROTEO CONTRA CIRCUITO ABERTO NO ESTATORNo prtica prover-se de tal proteo, j que em mquinas bem construdas raramente isso ocorre.

Quando ocorre um circuito aberto ou junta de alta resistencia no enrolamento do estator muito difcil de detetar antes que um considervel dano j tenha ocorrido.

O releamento de sequencia negativa para proteo contra corrente desiquilibradas pode conter um sensvel alarme para alertar o operador no caso de um futuro circuito aberto.

PROTEO CONTRA SOBREAQUECIMENTO NO ESTATORO sobreaquecimento pode ser causado por sobrecarga ou falha no sistema de refrigerao.

costume colocar bobinas detectoras de temperatura ou termopares nas ranhuras do enrolamento do estator para acionar alarmes para os operadores.

Tambm podem ser usados rels tipo rplica ou de imagem trmica. Estes, por variao da resistencia fazem atuar alarmes.

PROTEO CONTRA PERDA DE SINCRONISMOA perda de sincronismo pode ser devido a causa exterior, ou por um defeito de excitao.Causa exterior : Devido um curto-circuito na rede; Desligamento de um grande consumidor de carga indutiva; Defeito de excitao : Gerado pela abertura involuntria do disjuntor de campo; Rompimento de um condutor.

PROTEO CONTRA PERDA DE SINCRONISMONa prtica, no usual o emprego dessa proteco;

Visto que ela j protegida pelas faltas que resultariam na perda de sincronismo, como proteco contra de feito de excitao ou proteco de curto-circuito na rede.

PROTEO DO ROTOR CONTRA FALTA A TERRAComo o circuito de campo no opera aterrado, essa falta no provocaria dano ou mesmo afectaria a operao do gerador;

Porm, aumentaria a probabilidade de ocorrer outra falta que danificaria a mquina;

Ou seja, consequentemente h um esforo dos outros pontos do campo para a terra, podendo ocorrer um outro aterramento;

PROTEO DO ROTOR CONTRA FALTA A TERRAConsequncias da segunda falta :

Acarretar um curto-circuito no enrolamento do campo ; Desequilbrio de fluxo no entreferro ;Foras magnticas desequilibradas no rotor, podendo deformar o eixo e quebrar os mancais. O curto-circuito no rotor muito raro de acontecer, visto que h uma proteco anterior a sua causa.

PROTEO DO ROTOR CONTRA FALTA A TERRAUmas das proteces mais usuais para falta a terra, a de um rel de sobretenso colocado em srie com um resistor (de valor elevado que lhe permitir o seu ajuste) entre o circuito de campo e o terra.

PROTEO CONTRA AQUECIMENTO DO ROTORAquecimento do rotor devido a correntes desequilibradas do estator.As correntes desequilibradas no estator podem ser devido : Abertura de uma linha ; Falta de contacto de um plo do disjuntor ; Falta no enrolamento do estator ;A corrente desequilibrada do estator induz uma corrente no rotor.

PROTEO CONTRA AQUECIMENTO DO ROTOREssa corrente induzida no rotor lhe causar um sobreaquecimento.Causando danos perigosos como : Afrouxar as cunhas e anis de reteno do enrolamento ;

O tempo que o rotor pode suportar esta condio inversamente proporcional ao quadrado da corrente desequilibrada do estator : K = I.T (corrente em ampres, tempo em segundos)

PROTEO CONTRA AQUECIMENTO DO ROTORPara turbina a vapor : K = 7 30 ; Para turbina hidrulica : K = 40 60 ; Uma das proteces o rel de tempo inverso.Geralmente o fabricante fornece a curva K = I.T do gerador para permitir o ajuste do rel.

PROTEO CONTRA PERDA DE EXCITAO OU DE CAMPO caracterizada como condies anormais de funcionamento.A perda de excitao faz com que o gerador puxe corrente reactiva da rede ao invs de fornecer.Consequncias em questes de minutos : Desequilbrio magntico na mquina; Rotor mais acelerado; Sobreaquecimento no equipamento.

PROTEO CONTRA PERDA DE EXCITAO OU DE CAMPONo estator, tambm haver uma sobrecorrente, e seu aquecimento, porm, mais lento que no rotor.

Alguns sistemas no toleram a operao do gerador sem ou com baixa excitao.

Visto que em poucos minutos a perda de excitao j gera perigo e prejuzo econmico, as proteces tem que ter uma resposta rpida.

PROTEO CONTRA PERDA DE EXCITAO OU DE CAMPOUm dos rels mais utilizados o rel direccional.Alimentado pela corrente e tenso alternada do gerador.

PROTEO CONTRA PERDA DE EXCITAO OU DE CAMPOO rel funcionar de modo a analisar se o sentido da corrente reactiva para o gerador ou para a rede.

O funcionamento do gerador sem excitao, necessitar de uma cuidadosa anlise antes de relig-lo a rede, para no haver perigo.

Proteco contra Sobretenso

Esta proteco recomendada em geradores accionados por turbinas hidrulicas ou a gs.

A proteco garantida pelo regulador de tenso, ou por um rel de sobre tenso temporizado.

Observamos a ocorrncia de um filtro que responsvel por deixar o rel insensvel variao da frequncia.

Proteco contra aquecimento do rotor devido a sobreexcitao

Esta proteco garantida pela proteco contra sobreaquecimento do estator, ou pela caracterstica de limitao do equipamento regulador de tenso.

Proteco contra vibrao

A proteco do rotor contra sobreaquecimento devido a correntes desequilibradas no estator, minimiza ou elimina a vibrao, dispensando proteco especifica.

Proteco contra SobrevelocidadeA sobre velocidade deve ser especialmente acompanhada nos turbo geradores. O correcto funcionamento das vlvulas de vazo e a verificao dos procedimentos de operao para inserir e remover cargas devem fazer parte da manuteno peridica.As grandes turbinas possuem wattmetros que identificam repentinas diminuies na carga e fecham vlvulas emergenciais para diminuir o fluxo na turbina.A velocidade pode ser monitorado ainda por chave centrifuga ou um rel de sobre frequncia.

Proteco contra motorizao

Para fazer esta proteco devemos monitorar a turbina, monitorando tempos crticos de operao fornecidos pelos fabricantes.Esta proteco deve ser efectiva pois o gerador pode se tornar uma carga indesejvel para a rede resultante, operando como motor e traccionando o conjunto gerador-turbina.Por ser um fenmeno simtrico, usam-se rels temporizados monofsicos de potencia inversa para esta superviso.

Proteco contra sobreaquecimento dos mancais utilizado um bulbo termomtrico colocado em algum orifcio do mancal, ou por detector de temperatura, tipo resistencia embutido no mancal.

Em geral s h atuao de alarme em centrais.

DefiniesCusto beneficioPequeno investimento e grandes ganhosEssencial num sistema de energiaMuito desenvolvido os esquemas de proteco e rels, restando poucos avanos nesse ramo