PARALELISMO DE ALTERNADORES Lucas Dorneles, Lucas Nunes, Maicon Natã, Ricardo Oliveira, Rodrigo Andrade.
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Resumo — A aula prática sobre paralelismo de alternadores realizada na disciplina de Máquinas Elétricas I do curso de engenharia elétrica da Universidade Federal do Pampa, teve como objetivo, estudar as operações necessárias para se acoplar duas ou mais máquinas em paralelo.
Palavras-chave qu i nas na s El é tr i cas; Gerador Gera dor Sí ncr ono; ono ; — M áqui Paralelismo.
I.
Maior rendimento proporcionado pela operação a plena carga dos geradores. No caso de redução de carga, algumas unidades podem ser desligadas.
I NTRODUÇÃO
O estudo de operações de máquinas em paralelo é de suma importância para o funcionamento de usinas, subestações interligadas, assim como para qualquer sistema elétrico de potência. A utilização de máquinas em paralelo apresenta diversas vantagens em relação a uma máquina isolada, porém deve-se ter alguns cuidados com o controle das máquinas para que não haja problema no funcionamento. No decorrer do relatório será apresentada uma revisão teórica descrevendo as vantagens citadas acima e, também, as condições para que se opere nesta característica. II.
É vantajoso economicamente e apresenta uma maior comodidade ao proprietário, pois dificilmente todas as máquinas em paralelo apresentaram defeito no mesmo instante.
Maior confiabilidade para o sistema, dificilmente a carga deixará de ser atendida. A presença de muitos geradores em paralelo permite que um ou mais deles sejam removidos para desligamento e manutenção manutenção preventiva. Quando um gerador está operando e não está perto da plena carga então ele está sendo ineficiente, portanto quando há muito mais máquinas menores em paralelo e possível operar apenas com uma fração delas e as que estiverem realmente operando estarão funcionando perto da plena carga, ou seja, serão eficientes.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.3. Condições de Paralelismo
2.1 Operações em paralelo de Geradores Síncronos
Atualmente no mundo é muito difícil achar um gerador síncrono operando sozinho, ou seja alimentando a carga diretamente. Esta operação acontece somente em casos específicos como por exemplo em geradores de emergência. e mergência. Em todas as outras operações há geradores operando em paralelo para satisfazer a demanda desejada pelas cargas. Um grande exemplo disto é a rede elétrica do Brasil onde há milhares de geradores operando em paralelo para suprir a demanda de energia.
A figura 1 mostra um gerador síncrono G1 que está alimentando uma carga e um gerador síncrono G2 que está ligado em paralelo com o primeiro gerador, só não está operando porque há uma chave S1 que está aberta. Quando essa chave for fechada esse paralelismo terá que atender algumas condições que serão analisadas a seguir.
2.2. Vantagens do Paralelismo
Define-se algumas vantagens a seguir como:
A carga total pode ser atendida por várias máquinas menores. No caso de uma futura expansão de carga, ao invés de trocar o gerador, dota-se a adição de uma ou mais máquinas em paralelo.
Figura 1-Um gerador sendo sendo ligado ligado em paralelo paralelo com um sistema sistema que já está operando.
Se está chave for fechada a qualquer momento, os geradores poderão sofre danos irreversíveis e consequentemente a carga irá rapidamente perder potência. Se as tensões não forem exatamente as mesmas nos condutores haverá um fluxo muito grande de corrente após o fechamento da chave S1. Para evitar esse problema os geradores terão que ter o valor de tensão e ângulo de fase, ou seja a fase a no gerador G1 tem que ser exatamente igual a fase a’ do gerador G2.
As condições para o paralelismo de geradores são:
As tensões eficazes de linha devem ser iguais nos dois geradores. Os dois geradores devem ter a mesma sequência de fase. Os ângulos de fase das duas fases a e a’ devem
ser a mesma. A frequência do novo gerador conectado à rede deve ser ligeiramente menor que a do outro gerador.
2.4 Métodos de Sincronização.
Para ligar o gerador G2 em paralelo com o gerador G1 como mostrado na figura 2 devemos seguir os seguintes passos.
O terceiro passo e verifica e ajustar a frequência do gerador que está entrando na rede. Devemos ajustar para uma frequência ligeiramente mais elevado do que o gerador que já está operando, assim quando entrar em operação ele irá fornecer potência para o sistema não tendo o perigo de ele sofrer motorização absorvendo potência da rede. Logo as frequências tornaram-se próximas e a fase das tensões irá se alterar vagarosamente, e quando os ângulos de fases forem iguais a chave irá fechar, fazendo o correto paralelismo dos geradores. O método das três lâmpadas incandescentes não é muito exato. Então um método melhor a ser empregado é o método do Sincronoscópio e um aparelho que mede a diferença no ângulo de fase entre as fases a e a’ do sistema. O dial mostra a diferença de fases entra as duas fases a, estando em 0 no topo e 180° na parte inferior. Como as sequências dos dois sistemas são ligeiramente diferentes, o ângulo de fase do medidor mudará vagarosamente. Se o sistema ou gerador que estiver entrando em paralelo for mais veloz que o sistema que está operando, então ângulo de fase adianta-se e a agulha do síncronoscópio girará no sentindo horário, se a máquina que está entrando no sistema for mais lenta, a agulha irá girar em sentido anti-horário. Quando a agulha estiver em vertical, as tensões estarão em fase e a chave poderá ser fechada para ligar os dois sistemas. III. EXECUÇÕES
Para comprovar a teoria, montamos o circuito proposto na figura 3, e foram realizados testes através do método das três lâmpadas (fogo girante). Foi utilizado o gerador CC em bancada que está disponível no laboratório de eletrotécnica do campus.
Figura 2-Métodos das três lâmpadas para verificação das fases.
O primeiro passo é utilizar voltímetros para que a corrente de campo que está entrando em paralelo deve ser ajustada até que a tensão terminal seja igual à tensão de linha do sistema já em operação. O segundo é verificar a sequência de fases do gerador que está entrando, se é a mesma do gerador que já está operando. Um dos métodos para fazer isso é ligar dois pequenos motores de indução nos terminais de cada gerador e verificar se os motores estão girando no mesmo sentido, se os dois estiverem no mesmo sentido as sequências são a mesma, se por acaso girarem em sentidos contrários estão com sequência de fases diferentes e dois condutores do gerador que está entrando devem ser invertidos. Um método alternativo de identificar as sequências de fases e o método das três lâmpadas. Neste caso três lâmpadas incandescentes devem ser conectadas nos terminais abertos da chave que liga o sistema como mostrado na figura 2. À medida que as fases se modificam entre os dois sistemas as lâmpadas brilham fortemente e logo após brilham fracamente. Se as três lâmpadas brilharem e apagarem ao mesmo tempo então o sistema tem mesma sequência de fases, se as lâmpadas brilharem em sequência então as fases estão opostas, e umas das sequências terá que ser in vertida.
Figura 3- Esquema de ligação.
Depois de feita a ligação como mostrada na figura 4, ligando os bornes nos seus devidos lugares e as lâmpadas de forma adequada. Verificou-se as condições de paralelismo e o método do fogo girante.
Figura 4-Ligação do fogo girante.
Foram propostas perguntas sobre o experimento, as quais serão listadas e comentadas abaixo. A primeira pergunta foi pedida para explicar superficialmente os métodos de sincronismo. Anteriormente no tópico métodos de sincronização foram citados dois tipos principais de métodos: Métodos das três lâmpadas, e método do sincronoscópio, onde foi explicado com detalhes como é a execução de cada um e como chegar aos resultados. Já o método do fogo girante consiste basicamente em duas lâmpadas piscando e uma terceira apagada, o sincronismo e dado quando as duas lâmpadas de fora estiverem acessas e a de dentro apagada. A segunda pergunta foi qual é o inconveniente do método das lâmpadas apagadas. O inconveniente vem do pressuposto que o método não é plenamente confiável, ou seja poderá haver uma pequena queda de tensão entre os geradores mas mesmo assim insuficiente para acender as lâmpadas. A terceira pergunta foi pedido para explicar qual a consequência da ligação do gerador à rede se as sequências de fase estiverem trocas, como já descrito anteriormente o que ocorre é que haverá uma grande corrente circulando nos condutores da rede e isso pode danificar seriamente as máquinas. A quarta pergunta pediu para descrever o comportamento da máquina síncrona nos quatro quadrantes. A frequência e a tensão de terminal do gerador são controladas pelo sistema ao qual ele está conectado. O que controla a potência ativa é o ponto de ajuste no regulador do gerador, que por sua vez essa potência ativa é fornecida pelo gerador para a rede, e quem controla a potência reativa é a corrente de campo do gerador fornecida ao sistema. A quinta e última pergunta e como podemos verificar a sequência de fase do sistema, como foi mostrado na seção de métodos de sincronismo. No caso do método das três lâmpadas quando as três desligarem o sistema está em fase, já no método do sincronoscópio quando a agulha estiver na posição vertical o sistema está em fase. Ainda também como foi descrito anteriormente podemos conectar dois motores de indução nos terminais dos geradores, se eles girarem no mesmo sentido o sistema está em fase, se girarem em sentidos contrários não temos a mesma sequência de fase, e teremos que inverter duas fases do gerador que está sendo conectado à rede. IV. CONCLUSÕES
Este relatório apresentou a descrição do experimento IV da disciplina de Máquinas Elétricas I. Os experimentos executados apresentam resultados satisfatórios. Foram vistos os tipos de métodos de sincronismos, e os passos para serem executados. Para a correta ligação em paralelo vimos que temos condições para que isso ocorre de forma adequada, como por exemplo a mesma sequência de fases, assim evitando danos aos equipamentos. Portanto verificou-se que não só os geradores síncronos são importantíssimos para o atual sistema elétrico, mas também o método que eles são conectados. Vimos as inúmeras vantagens do uso do paralelismo. Assim quando o paralelismo dos geradores é executado corretamente temos um sistema confiável, e até um certo ponto seguro, pois se precisarmos fazer a manutenção preventiva ou até mesmo um gerador falhar ainda temos o outro em operação sendo que
este estará possivelmente a plena carga, assim assegurando pelo menos o mínimo da demanda. V. REFERÊNCIAS
[1] S. J. Chapman and P.W. Daly, Eletric Machinery Fundamentals, 4 ed. Boston: McGraw-Hill, 2005. [2] I. L. Kosow and P. W. Daly, Máquinas elétricas e Transfomadores . Pretince-Hall, 1972. [3] F. Grigoletto, Roteiro de Aula Prática IV- Operação de Geradores Síncronos em Paralelo . UNIPAMPA 2014.
