2-Grupos-Geradores.pdf

Conceitos Básicos

• Motor – Através do combustível, realiza trabalho

fornecendo a energia mecânica necessária para o sistema

• Alternador – Converte a energia mecânica gerada pelo

motor em energia elétrica

• Controlador – Monitora todos os parâmetros do Grupo

efetuando as devidas proteções

Grupo Gerador - Definição

Conceitos de Motores

Motor Diesel – Principais Componentes

Bloco Biela

Virabrequim

Pistão e Anéis

Cabeçote

Quatro Tempos

4 Tempos - Ilustrativo

6

Sistema de Combustível

Retorno de Diesel

Tanque

Filtros

De

Combustível Bomba

De

Combustível

Câmara

De Combustão

Sistema de Admissão e Escape

Turbo - lado frio

Filtros

de Ar

Câmara

De Combustão

Coletor de Escape

Turbo – lado quente Escape

Sistema de Arrefecimento

Radiador Bomba d’água

Filtro d’água

Bloco do motor

Sensor de temperatura Sensor de nível

Válvula termostática

Sistema de Lubrificação

Cárter

Filtro

de

óle

o

lub

rifica

nte

By pass

Bloco e turbo

Bomba de óleo

Sensor de pressão

Controle de Velocidade

Valor

Ajustado

1800RPM

Pick Up Regulador de

velocidade

Atuador

Bomba de

combustível

Cremalheira

Conceitos de Alternadores

Alternadores CA

• A tensão de saída do gerador normalmente corresponde

a tensão utilizada pelas cargas.

•As tensões e configurações de conexões utilizadas são

fornecida como padrão pelos fabricantes de alternadores.

•A maioria dos alternadores tem um ajuste de tensão a

partir da tensão nominal para permitir o ajuste aos

requisitos do local.

Rotor

Principal

Estator Principal

Rotor do

PMG

Estator do

PMG

Estator da

Excitatriz

Terminais

A.V.R.

Rolamento

Enrrolamento Estator Principal

Nucleo de aço Laminado de alta qualidade, reduzindo as perdas (calor)

Cada lamina é isolada eletricamente, reduzindo correntes de Foucault

Reconectável 12 pontas, 6 pontas ou enrrolamentos especiais

Isolamento Classe "H" como padrão, 125 ° C de aumento na temperatura @ 40 ° C

Passo 2/3 no enrolamento, melhorando a performance com cargas Harmonicas de terceira

ordem (3°, 9°, etc.)

Núcleo de Aço Laminado

Enrolamento de Cobre Cabos de Saída

Estator Principal 12 pontas Reconectável

Series Estrela

U1

U2

U6

U5

V2

W2 W5

V6

V1

W1 V5

W6

U

W V

N

8

7

6

Paralelo Estrela

V5

U1

U2 U6

U5

V2

W2

W5

V6

V1

W1

W6 V W

U

N

6

8

7

Range Tensão (bobinado 311)

380 a 440 V @ 50 HZ

416 a 480 V @ 60 HZ

Range de Tensão (bobinado 311)

190 a 220 V @ 50 HZ

208 a 240 V @ 60 HZ

Serie Delta

Tap

Central

6

8

7

Doble Delta

N

7

6

8


220 a 250 V @ 50 HZ,

240 a 277 V @ 60 HZ

Sem conexão de neutro

(somente BT)


220v/110v @ 50 HZ,

240v/120v @ 60 HZ

Somente Monofásico, Saída entre U & W

Tap Central (N) para BT

110 a 125V @ 50 HZ, 120 a 138 @ 60 HZ

Estator Principal 12 pontas Reconectável

X+ (F1)

XX- (F2) ↑↓ saída C.C.

quando detecta

mudança em V e Hz

na saída do estator

Entrada C.A.

A partir da saída

do gerador

Excitatriz

Estator

Estator principal

Main Rotor Rotor principal

Gerador Auto Excitado (Shunt)

AVR

Rotor Principal

Estator Principal

Regulador

Referência

Excitatriz

Estator

Excitatriz

Rotor Ponte de

Diodos

Sensor

Alimentação

Entrada

Potência

Carga

Gerador Auto Excitado (Shunt)

X+ (F1)

XX- (F2)

( PMG )

Alimentação

para o AVR

P2 -P3 -P4

6-7-8

PMG - alimentação

independente de 240Vca

em 120Hz para o

regulador de tensão

Excitatriz

estator

Estator principal

Main Rotor Rotor principal

Excitação Independente (PMG)

AVR

Rotor Principal

Estator Principal

Regulador Referência

Estator

Excitatriz

Rotor

Excitatriz

Ponte de

Diodos

Sensor

Alimentação

Entrada

Potência

PMG

Estator

PMG

Rotor

Carga

Excitação Independente (PMG)

Benefícios do PMG

• Resposta estável para o regulador de tensão

• Com uma corrente de curto circuito de até 300%, ele consegue manter a excitação

• Mantém a excitação, embora o gerador apresente uma queda de tensão com a partida de algum motor ou outro tipo de carga

• Por ser uma fonte de excitação independente, ele é imune a cargas não lineares

Variação de tensão X

Carga aplicada kVA

% Rated Load kVA

Shunt

PMG

20

0

50

% V

olt

ag

e D

ip

Recuperação tensão X

Carga aplicada KVA

% Rated Load kVA

Shunt

PMG

% R

ate

d V

olt

ag

e

Motor Starting kVA Rating

250 300

90

Performance do Gerador

Comportamento

O PMG diminui a queda de tensão e reduz o tempo

de recuperação da tensão

Comparação entre Geradores

• Alta Queda de Tensão

• Perda de Campo (falhas)

• Sensor de Tensão

Monofásico

• Baixa Tolerancia para

Cargas Não-lineares

• Bom para Partida de Motor

• Baixa Queda de Tensão

• Sustenta Excitação (Falha)

• Sensor Trifásico RMS

• Alta Tolerancia a cargas Não-

lineares

• Excelente para Partida de

Motores

Auto Excitado PMG

P Ativa (1000kW)

P Aparente (1086kVA)

Cos 0,8 P Reativa (i) (426kVAr)

P Aparente (1250kVA)

P Reativa (i) (750kVAr)

Cos 0,92

P Reativa (C) (324kVAr)

Capacitores

necessários para

correção do fator de

potencia Capacidade de

potencia fornecida

pelo motor diesel

Influência do Fator de Potência no Gerador

Cargas capacitivas tendem a aumentar a tensão de saída do

gerador e fazem perder a regulação

Região de trabalho do Gerador

Proteção do Alternador

Proteção em um sistema simples

GENSET

G

PCC

3

3

3

ATS

TO LOADS

CBTRIP

3

CBTRIP

3

TO UTILITY

Disjuntor:

– Proteção na linha de

alimentação entre a rede

e a chave de

transferência

– Proteção na linha de

alimentação entre o

Gerador e a chave de

transferência

– Proteção para o

alternador

Principios

Alternador precisa estar protegido de

sobrecargas

– Mais corrente elétrica = Maior aquecimento

– Maior aquecimento = Redução da vida útil do sistema

de isolação

– Aquecimento excessivo = Falha na isolação / falha no

gerador

A carga deve estar protegida

Curva do Alternator

– define “qtd de corrente por quanto tempo”

sem danos

– Curva log

10

1

0.03

10 1

Se

gu

nd

os

Amps ( x rated)

Região de Falha

OK

Principios

Proteção Convencional

10

1

0.1

0.05

1 103

AMPS (TIMES RATED)

TIM

E (

SE

CO

ND

S)

ALTERNATOR THERMAL

DAMAGE CURVE

100

Disjuntores com proteção

termo-magnética

protegem o alternador

10

1

0.1

0.05

1 103

AMPS (TIMES RATED)

TIM

E (

SE

CO

ND

S)

ALTERNATOR THERMAL

DAMAGE CURVE

AMPSENTRY

PROTECTION

100

AmpSentry - Certificação UL

Resposta típica de um Gerador em caso de falha Falha trifásica (AVR convencional)

– Corrente I aumenta e tensão U Colapsa

– Colapso da Corrente I

– AVR aumenta a excitação (Full)

– Aproximadamente 3X In

Falha monofásica (AVR convencional)

– Tensão U Colapsa na fase que falhou e corrente aumenta

– AVR aumenta a excitação (Full)

– Corrente não colapsa na fase que falhou

– Aumento de tensão nas outras fases

Falhas monofásicas em um sistema convencional tendem a danificar o alternador mais rapidamente do que em uma falha trifásica

10

1

0.1

0.05

1 103

AMPS (TIMES RATED)

TIM

E (

SE

CO

ND

S)

ALTERNATOR THERMAL

DAMAGE CURVE

100

Non-PCC 1-Phase Decrement

3-Phase Decrement

PowerCommand® GenSet Performance na falha

AmpSentry™ REGULA a Corrente de Falha

– Corrente aumenta na fase que falhou

– Tensão na fase que falhou colapsa

– PowerCommand reduz a excitação para manter 3X a corrente de saída (In)

10

1

0.1

0.05

1 103

AMPS (TIMES RATED)

TIM

E (

SE

CO

ND

S)

ALTERNATOR THERMAL

DAMAGE CURVE

AMPSENTRY

PROTECTION

PHASE TO GROUND FAULT

THREE PHASE FAULT

100

PowerCommand resolve os problemas de falhas

externas, mantendo uma coordenação seletiva

Coordenação Seletiva

Sem Coordenação Seletiva

ABERTO

NÃO AFETADO

CIRCUITO INTERROMPIDO

DESNECESSÁRIAMENTE Falha

Com Coordenação Seletiva

Falha

ABERTO

NÃO AFETADO

3 Phase L1-L2-L3 Short: AmpSentry Regulation and Shutdown

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 5 10 15 20

time, sec

%C

urr

en

t

Alt %Standby Max Line

Current

Resposta da corrente para uma falha Trifásica

Pico de corrente: IR/X”d

Regula em 3X nominal

Shuts down antes de danos

3 Phase L1-L2-L3 Short and Recovery: L-N Voltages vs. Time

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10

time, sec

Perc

en

t o

f N

om

inal V

olt

ag

e

Alt L1-N Voltage (%)



Recuperação da tensão (falha Trifásica)

Falha eliminada sem Over Voltage

0

100

200

300

400

500

600

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Pe

rce

nt C

urr

ent

time, sec

Single Phase L1-N Short and Recovery: Current vs. Time

Alt %Standby L1 Current



Resposta para uma falha Monofásica

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Pe

rce

nt o

f N

om

inal V

oltag

e

time, sec

Single Phase L1-N Short and Recovery: Line-Neutral Voltage vs. Time

Recuperação da tensão (falha Monofásica)

Entendendo as Reatâncias

As Reatâncias do Grupo Gerador são usadas para

duas finalidades distintas:

Calcular a máxima corrente de Curto-circuito nos

estudos de coordenação e seletividade (proteções

dos disjuntores e relês)

Especificações de Grupos Geradores, que limitam a

reatância subtransitória a 12% (limitar a Distorção

Harmônica gerada por cargas não-lineares)

<data> Cummins Confidential 41

A Cummins Power Generation publica valores de reatância do

gerador em (PU) por unidade, são “normalizadas” em relação

à classificação para um alternador de referência. Todavia, os

grupos geradores possuem diversas classificações básicas.

Portanto, para converter reatâncias em valores “normalizados”

a partir de um alternador básico para o grupo gerador básico,

utilize a seguinte fórmula:

P.U.Znovo= P.U.Zdado 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝑑𝑎𝑑𝑜

𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝑛𝑜𝑣𝑜

2 ∗

𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝐴𝑛𝑜𝑣𝑜

𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝐴𝑑𝑎𝑑𝑜


Calculo da Reatância Subtransiente


Corrente de curto-circuito

Durante um curto-circuito, os equipamentos devem suportar, sem prejuízo,

todas as solicitações de corrente que surgirem até o instante em que os

disjuntores atuem para isolar o trecho defeituoso do sistema.

Esta corrente inicial é usado para determinar a capacidade de interrupção

necessária dos dispositivos de sobrecorrente, disjuntores e fusíveis, situados

no gerador.

<data>

Cummins Confidential

50

Calculando a corrente de curto-circuito

Nos cálculos de curto-circuito admitimos que todos os geradores

ligados ao circuito estão operando com uma tensão ECA de 1,0 p.u.

atrás de suas reatâncias internas

Nesse caso, substituindo os valores do exemplo anterior,

considerando X”d=0.12, teremos:

Um típico grupo gerador da Cummins Power Generation fornecerá

um valor entre 8 e 12 vezes da sua corrente nominal durante uma

falha trifásica.


Calculando a corrente de curto-circuito

Para Lembrar!!

Compare os valores de Reatâncias no momento de

adquirir um Grupo Gerador, pois esses valores

podem influenciar no custo final do projeto, nos

equipamentos de proteção e na performance do

Grupo Gerador


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