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8/16/2019 6-Dimensionamento.pdf

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Dimensionamento de GruposGeradores


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Objetivos do Aprendizado

Explanar algumas considerações especiais para dimensionamentode Grupos Geradores.

Descrever algumas práticas para otimizar o tamanho do grupo

gerador para partida de motores.

Explicanar o motivo dos transientes ocasionados pela aplicação de

carga súbita nos grupos geradores.

Explanar algumas recomendações para dimensionamento de grupo

geradores para cargas não lineares.

Cummins Confidential


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Informações Necessárias

Regime de Operação

Frequencia (50Hz/60Hz)

Tensão Nominal

Condições Climáticas

Queda de Tensão e Frequência aceitável (um dos

fatores importantes do projeto)

Parâmetros da carga

Step das cargas prioritárias

Software de dimensionamento (Power-Suite)



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Temperatura e Altitude


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O Transformador tem KVA constante

e o Gerador tem kW constante

O transformador pode estar aliviado O transformador pode estar com

níveis de sobrecarga superiores ao

que suportaria o grupo gerador

Transformador


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Transformador

1150 kWPotênciaAtiva

Cos 23.07º = 0.92

EXEMPLO:1438 kVAPotênciaAparente

36.87º23.07º

1250 kVAPotênciaAparente

1150 kWPotênciaAtiva

Cos 36.87º = 0.80

1250 x 0,92 1150 / 0,8


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Voltage Response at Constant Speed

Voltage

requency

Resposta do Gerador na Aplicação decargas

Alternador deve suportar kVA:

– Limite Inicial de queda detensão

– Tempo de recuperação

aceitável

Motor deve suportar kW (Similar aresposta da tensão)

Resposta dinâmica entrecombinação de Frequencia e

Tensão


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Partida de Motor

Um motor elétrico representa uma carga indutiva

com fator de potência atrasado, que pode variar de

0.5 a 0.95

Diferentes tipos de motores possuem diferentes

tipos de partidas. O tipo de partida pode determinar a necessidade de

um gerador maior ou menor.

Partir um motor pode representar uma queda de

tensão de aproximadamente 40% se o grupogerador não for bem dimensionado.



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Características Típicas de um motor deIndução 3 Ø

Sistema de partida direta

Alta corrente de partida ealto KVA - aproximadamente6xIn (Standard Nema), porémdependendo da eficiência domotor (código Nema) pode

chegar a 12 x In (motoresmais eficientes)

FP partida (instantaneo) 0.1 a0.4 para motores 3Ø

Requerimentos alternativosde partida para melhor

eficiência para motores 3Ø e1Ø P E R C E N T T O R Q U E , P O W

E R , C U R R E N T

PERCENT MOTOR RATED SPEED

20 40 60 80 100

100 0.2

1.0

P O W E R F A C T O R ( L

A G G I N G )

600 Current

Power Factor

Load Torque

Motor Torque

Power

0


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Diferentes tipos de Partida


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EXEMPLO 1:

Determinar a corrente de partida do motor listado abaixo,considerando tipo de partida direta (fp partida de 0.2):

Potência de Funcionamento do motor = 300 kWe / 350 kVA

NEMA B, C, D -> NEMA Letter Code G

Starting kVA = 5.9 x 350kVA = 2,372 kVA

Starting kW = 2, 372 kVA x 0.2 p.f. = 475 kW


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EXEMPLO 2:

Para o mesmo motor citado, calcular a corrente de partida

considerando um sistema de partida Estrela - Triangulo:

Potência de Funcionamento do motor = 300kWe, 350kVA

Starting kVA = 2,372 kVA * (1/3) = 791 kVA

Starting kW = 791 KVA x 0.2 p.f. = 158 kW


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Soft Starters

Limita a corrente de partida de acordo com o

torque ajustado. Devemos considerar a Distorção Harmônica da

corrente (carga não linear)

Vantagens: – Reduz stress mecânico

– Reduz corrente de partida

– Controle ativo da velocidade

Desvantagem:

– Tamanho do alternador e custo


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EXEMPLO 3:

Agora dimensione o gerador necessário para um sistemade partida com Soft Start (sem auto bypass):

Potência de Funcionamento do motor = 300kWe, 350kVA

Corrente Limite = 400% Nominal

Starting kVA = 350 kVA * 4 = 1400 kVA

Starting kW = 1400 KVA x 0.2 p.f. = 280 kW

Running KW = 300

Alternador KW = 2 * 300 = 600 kW

Alternador superdimensionado

Em função da carga não linear


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Tempo

C a r g

a

0

1 0

2 0

0

1 0

2 0

0

1 0

2 0

LOAD 1

CARGA 2

TOTAL

CARGA 1

Sequência de Partida


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Tempo

C a r g

a

0

1 0

2 0

0

1 0

2 0

0

1 0

2 0

LOAD 1

CARGA 2

TOTAL

CARGA 1

CARGA 2

TOTAL

Sequência de Partida


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Utilize cargas em multiplos Steps

Entrada de cargas no Gerador

• Aplicar cargas em diferentes Steps

• Parta primeiramente as maiores

cargas

• Defina os limites de queda de

tensão e frequência

Step Starting Sequence


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Utilize Múltiplas transferências

Power Command Gen-set

Carga essencial

Rede

400 Amps

ATS

Carga 3400 Amps

ATS

Carga 2400 Amps

ATS

2

3

1


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Os cálculos de iluminação são bastante diretos, uma soma da potência de

lâmpadas ou acessório, ou da potência requerida para os circuitos de iluminação

mais a potência requerida para reatores.

Os tipos comuns de iluminação são:

Incandescente

Fluorescente

Iluminação de descarga de gás;

Iluminação de descarga de sódio de baixa pressão, sódio de alta pressão, etc;

Cargas de Iluminação


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Exemplo

Demanda

Consumo

Desconhecemos os tipos de

partida das cargas mais críticas.

Não são registrados ascorrentes de partida, bem como

a duração destas (tempo).

Contas de Energia


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Recomendações para partida de cargas

Aplicar cargas em multiplos steps: – Cada Step


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Defina os Limites

Maxima queda de tensão admissível: – 20% a 35% com a maior carga

– Para cargas senssíveis, considerar ligá-las a umaUPS

Sistema de excitação com PMG


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Cargas Não Lineares

Harmônica representa um Sinal Senoidal de Tensão ou Corrente quese deforma em função das características da carga

A Freqüência é múltiplo inteiro da freqüência fundamental


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Cargas Não Lineares

Cargas induzem correntesharmônicas

Correntes Harmonicas Causamaquecimento no alternador

Cargas Harmonicas tendem a

aumentar a queda de tensão Correntes harmônicas fazem

circular corrente pelo neutro

VTHD Causam aquecimento nacarga, particularmente nos motores

As cargas mais communs são:Inversores, Soft start, no breaks,etc..


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Distorção da forma de onda

28 %6 %

30 %

3 % 14 %8 %

6 P u

l s e

1 8 P u l s e

X”d = 2% X”d = 10%


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Efeitos e Conseqüências dasHarmônicas

Aumento da queda de tensão e redução do fator de potência

Levando-se em conta que

Para um mesmo valor de L, temos XL3 (harmônica de terceira ordem) = 3 XL1,

uma vez que 180Hz = 3 x 60Hz (múltiplo inteiro da fundamental)


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Efeitos da Distorção Harmônica noGrupo Gerador

V = E – DV

e

DV = X’’d * i

Para um Alternador sem carga V = E


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Efeitos da Distorção Harmônica noGrupo Gerador

V = E – DV(h3) – DV(h6)

e

DV(h3) = X’’d(h3) * i(h3)

DV(h6) = X’’d(h6) * i(h6)

C t i ã d Si i


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Caracterização dos SinaisHarmônicos

Fator de desclassificação (K)

Subestações de B.T. são bastante sensíveis às harmônicas, pois provocamsobreaquecimentos e defeitos nos equipamentos.

A potência nominal e o calor que um transformador dissipa a plena carga são

calculados com base na hipótese que o sistema é composto de cargas lineares.

O fator (K), é um fator de desclassificação definido para transformadores

(também usado para Grupos Geradores), que indica quanto deve ser reduzido apotência máxima de saída quando existirem Harmônicas.

A expressão para a determinação do fator (K) é aproximada, visto que nãoconsideramos todas as componentes harmônicas existentes na instalação,

porém permite uma aproximação para se determinar potência de um

Transformador e de um Grupo Gerador, sujeitos a influência de cargas não

lineares.


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Recomendações para UPS

Alternador Hibrido 15 – 40%

Regulador Eletrônico de Velocidade

Baixa Reatância Sub Transitória (xd”


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Cargas Regenerativas

Potência Reversa deve ser considerada.

Configurações PowerCommand:

– Máxima Potência Reversa aceitável – 10% Genset

Rating por um tempo limite

Cuidado com os sistemas Oscilantes


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Carga Regenerativa

Estágio 1:-

Cargas Normais do Gerador

Estágio 2:-

Lift Motor ProduzPotência Reversa de 200kW

Banco de carga de 100kW

remove o risco do grupogerador atuar as proteções por

potência Reversa


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Qual o tamanho do Grupo Gerador?

Definimos o Regime de operação (ISO8528)? Definimos os Steps de partida?

Conhecemos as cargas e os tipos de partida?

Definimos os limites das cargas (variações de V eHz)?

Podemos somar os kW e kVA de todas as cargas e

determinar o tamanho do grupo gerador

Obs( modelos de motores e alternadores possuem comportamentos diferentes com relação a

aceitação de cargas. Devemos consultar a folha de dados de ambos para verificar as variações

de tensão e frequência de acordo com o máximo degrau de carga definido.)



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