10.11.15

Fontes de Grupos Geradores - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Fontes de Grupos Geradores

Quando a energia do sistema de emergência é fornecida por um grupo gerador, é necessário incluir disjuntores de ramificações (geralmente do tipo de carcaça moldada) com uma alta probabilidade de desarme, independentemente do tipo de falha que possa ocorrer em um circuito de ramificação.

Quando um grupo gerador está sujeito a uma falha fase terra, ou a algumas falhas fase-a-fase, ele fornecerá várias vezes mais corrente do que a corrente nominal, independentemente do tipo do sistema de excitação.

Geralmente, isto desarma o elemento magnético de um disjuntor de ramificação e elimina a falha. Com um grupo gerador auto-excitado, existem exemplos de falhas trifásicas e certas falhas fase-fase onde a corrente de saída do gerador aumentará inicialmente para um valor cerca de 10 vezes a corrente nominal e então cairá rapidamente para um valor bem abaixo da corrente nominal em alguns ciclos.

Com um grupo gerador sustentado (PMG), as correntes iniciais de falha são as mesmas, porém a corrente cai para um valor de corrente de curto-circuito sustentado variando de aproximadamente 3 vezes a corrente nominal de uma falha trifásica para aproximadamente 7-1/2 vezes a corrente nominal de uma falha de fase-terra.

A queda na corrente de falha de um gerador auto-excitado requer que os disjuntores de ramificações destravem e abram em 0,025 segundos nos quais flui a corrente máxima. Um disjuntor de ramificação que não desarme e isole uma falha pode fazer o gerador auto-excitado colapsar, interrompendo a energia para as ramificações sem falhas do sistema de emergência. Um gerador sustentado (PMG) não colapsa e tem a vantagem de fornecer aproximadamente três vezes a corrente nominal durante vários segundos que deverão ser suficiente para o rearme dos disjuntores de ramificações.

Utilizando as classificações de corrente de carga plena do grupo gerador e do disjuntor da ramificação, o método a seguir determina se um disjuntor de ramificação desarmará em uma falha trifásica ou simétrica de fase-a-fase. O método determina apenas se o desarme é possível sob condições de curto-circuito com a corrente de falha disponível, e não garante o desarme para todos os valores de corrente de falha (falhas em arco, por exemplo, onde a impedância da falha é alta).

Como a maioria das tabelas de disjuntores indica a corrente como uma porcentagem da classificação do disjuntor, a corrente de falha disponível deve ser convertida em uma porcentagem da classificação do disjuntor. Use a fórmula abaixo para determinar a corrente de falha disponível como porcentagem da classificação do disjuntor (CB) para um gerador de CA capaz de fornecer inicialmente 10 vezes a corrente nominal (X”d = 0,10), ignorando a impedância do circuito entre o gerador e o disjuntor:


Considere o efeito de uma falha (curto-circuito) em um disjuntor de ramificação de 100 ampères quando a energia é fornecida por um grupo gerador com uma corrente nominal de 347 ampères. Neste exemplo, independentemente do sistema de excitação, a corrente de falha disponível para os primeiros 0,025 segundos é:



Se o gerador de CA for tal que possa sustentar três vezes a corrente nominal, use a seguinte fórmula para calcular a corrente aproximada como porcentagem da classificação do disjuntor:





  
A aplicação do gerador, seu sistema de excitação e a voltagem de operação determinam a duração da proteção contra sobrecarga dos geradores e dispositivos de proteção utilizados.


NOTA: A discussão a seguir aplica-se à instalações de um único circuito, 2000 kW e menores. Consulte o manual T-016 da Cummins Power Generation sobre Paralelismo e Chaves Seletoras de Paralelismo para obter os requisitos de proteção de vários geradores em paralelo.


Proteção contra Falhas e Corrente Excessiva nos Grupos Geradores - Dimensionamento de um Disjuntor da Linha Principal do Gerador - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Proteção contra Falhas e Corrente Excessiva nos Grupos Geradores

Dimensionamento de um Disjuntor da Linha Principal do Gerador

O dimensionamento de um disjuntor da linha principal do gerador geralmente segue uma destas abordagens:

A abordagem mais comum é dimensionar o disjuntor com a mesma classificação ou na classificação imediatamente após a classificação de corrente com carga plena do gerador. Por exemplo, um disjuntor de 800 ampères deverá ser selecionado para um gerador com uma classificação de corrente com carga plena de 751 ampères. A principal vantagem desta abordagem é o custo; os cabos e o painel de distribuição ou o comutador de transferência podem ser dimensionados na classificação do disjuntor de 800 ampères. Se o disjuntor for classificado na forma padrão (80% contínua), ele poderá abrir automaticamente em níveis abaixo da classificação de corrente com carga plena do gerador. Entretanto, o grupo gerador provavelmente não irá operar próximo ou na kW de carga plena e no fator de potência nominal o tempo suficiente para desarmar o disjuntor em uso. Como alternativa, pode ser utilizado um disjuntor de 800 ampères classificado em 100% que fornecerá continuamente os 800 ampères.

Uma segunda abordagem para o uso de disjuntores padrão (80% contínua) é superdimensionar o disjuntor em 1,25 vezes a corrente de carga plena do gerador. Por exemplo, para um gerador com classificação de corrente de carga plena de 751 ampères, deveria ser selecionado um disjuntor de 1000 ampères (751 ampères x 1,25 = 939 ampères; a classificação de disjuntor imediatamente acima é igual a 1000 ampères). Um disjuntor selecionado desta forma não deverá desarmar sob carga plena em kW no fator de potência nominal (kVA nominal). A desvantagem deste método é que os cabos e o painel de distribuição ou o comutador de transferência deverão ser dimensionados em pelo menos 1000 ampères.

Uma terceira abordagem é dimensionar os disjuntores em função dos cálculos para um alimentador e seu dispositivo de sobrecorrente – sabendo-se que o principal objetivo dos disjuntores é proteger os condutores de alimentação. As classificações de amperagem do alimentador e do dispositivo de sobrecorrente são calculadas somando-se as correntes de carga do circuito de ramificações multiplicadas por um fator de demanda (FD) permitido pelas normas elétricas aplicáveis. Sem considerar capacidades futuras, a amperagem mínima do alimentador exigida para uma aplicação típica de grupo gerador envolvendo cargas de motores e de não-motores devem ser iguais ou exceder:

• 1,25 x corrente da carga não-motor contínua, mais
• 1,00 x FD (fator de demanda) x corrente da carga não-motor e não-contínua, mais
• 1,25 x a maior corrente de motor com carga plena, mais
• 1,00 x soma das correntes com carga plena de todos os outros motores.


Como o grupo gerador é dimensionado para cargas de partida (avalanche) e de operação, e também para incluir capacidades futuras, a corrente do grupo gerador com carga plena pode ser maior do que a amperagem calculada dos condutores de alimentação do gerador e dos disjuntores.

Se este for o caso, considere o aumento da amperagem dos condutores de alimentação e da classificação dos disjuntores de modo que os disjuntores não desarmem com a corrente de carga plena indicada na plaqueta de identificação do gerador. Isto também deverá permitir o aumento de capacidade futura para incluir circuitos de ramificações.


NOTA: Um teste estendido com carga plena pode desarmar um disjuntor de linha principal dimensionado na ou abaixo da classificação de corrente com carga plena do grupo gerador.


Coordenação Seletiva - Tempocorrente - Falhas de energia elétrica - Proteção contra sobrecorrente - Sistema Típicos de Aterramento de Baixa Resistência para um Grupo Gerador de Voltagem Média e Equipamento de Transferência de Carga - Sistema e Conexões de Aterramento Típicos nos Equipamentos da Concessionária de Energia Elétrica - Recomendações sobre a Localização do Equipamento - Gerador de sustentação (excitação PMG) - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Coordenação Seletiva

Coordenação Seletiva: É a eliminação imediata de uma falha de curto-circuito em todos os níveis de corrente de falha pelo dispositivo de sobrecorrente no lado de linha da falha e somente por esse dispositivo. “A eliminação incômoda” de uma falha por dispositivos de sobrecorrente após o dispositivo mais próximo à falha causa a interrupção desnecessária de ramificações sem falha no sistema de distribuição e pode causar a partida desnecessária do sistema de emergência.

As falhas de energia elétrica incluem falhas externas, tais como corte ou total ou parcial da energia da concessionária e falhas internas dentro no sistema de distribuição de um edifício, tais como uma falha de curto-circuito ou sobrecarga que faz com que um dispositivo de proteção contra corrente excessiva abra o circuito. Como os sistemas de emergência e standby destinam-se a manter a energia para certas cargas críticas, o sistema de distribuição elétrica deve ser projetado para maximizar a continuidade da energia na eventualidade de uma falha dentro do sistema. Portanto, o sistema de proteção contra sobrecorrente deverá ser coordenado seletivamente.

A proteção contra sobrecorrente para o equipamento e os condutores que fazem parte do sistema de energia de emergência ou standby, inclusive o gerador local, deverão atender as normas elétricas aplicáveis. Contudo, em aplicações onde o sistema de emergência alimenta cargas críticas para a segurança à vida, como em hospitais ou grandes edifícios, deve ser dada maior prioridade à manutenção da continuidade da energia do que à proteção do sistema de emergência. Por exemplo, seria mais apropriado apenas uma indicação de alarme de sobrecarga ou de falha de terra do que abrir um disjuntor para proteger o equipamento se o resultado fosse a perda da energia de emergência para cargas críticas de segurança à vida.




Para fins de coordenação, a corrente de curto-circuito disponível nos poucos primeiros ciclos de um grupo gerador é importante. Ela independe do sistema de excitação e depende somente das características magnéticas e do gerador. A corrente máxima no primeiro ciclo trifásico de curto-circuito simétrico (Isc) disponível de um gerador em seus terminais é:


Ou, considerando-se uma unidade:



As reatâncias do gerador são indicadas por unidade para a classificação básica específica de um alternador. Todavia, os grupos geradores possuem várias classificações básicas. Conseqüentemente, para converter reatâncias em unidades a partir de um alternador básico para o grupo gerador básico, utilize a seguinte fórmula:





Recomendações sobre a Localização do Equipamento: Para uma coordenação seletiva, recomenda-se que os comutadores de transferência estejam localizados no lado de carga do dispositivo de sobrecorrente do circuito de ramificação, onde for possível no lado da linha de um painel de comando do circuito de ramificação. Com o comutador de transferência no lado da carga do dispositivo de sobrecorrente do circuito de ramificação, as falhas no lado da carga do comutador de transferência não resultarão na transferência das ramificações sem falha do sistema de emergência para o gerador juntamente com a ramificação com falha.

Esta recomendação é consistente com as recomendações de confiabilidade geral para a instalação de comutadores de transferência o mais próximo possível do equipamento de carga, e para dividir as cargas do sistema de emergência nos menores circuitos possíveis utilizando-se vários comutadores de transferência.


Uma segunda recomendação é usar um gerador de sustentação (excitação PMG) para liberar positivamente os disjuntores de ramificação de carcaça moldada. Um gerador de sustentação pode oferecer uma vantagem na liberação dos disjuntores de carcaça moldada de mesma classificação de corrente, porém características de tempocorrente diferentes.


Aterramento do Sistema e dos Equipamentos - Curva Típica da Capacidade de Potência Reativa de um Alternador de Estado Sólido - Impedância (Resistência) de Aterramento - Diagramas de Uma Linha Típicos de Métodos Alternativos de Aterramento de Sistemas - Não aterrado - Aterramento do Equipamento (Ligação à Terra) - Sistema e Conexões de Aterramento Típicos nos Equipamentos da Concessionária de Energia Elétrica - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Aterramento do Sistema e dos Equipamentos

Veja a seguir uma descrição geral do aterramento do sistema e dos equipamentos para geradores de CA permanentes. Estas diretrizes são apenas um guia. É importante que sejam satisfeitas as normas elétricas locais.

Aterramento do Sistema (Ligação à Terra): O aterramento do sistema (ligação à terra) é o aterramento intencional do ponto de neutro de um gerador conectado em estrela, o vértice de um gerador conectado em triângulo, ou o ponto médio do enrolamento monofásico de um gerador conectado em triangulo, com a terra. É mais comum aterrar o ponto de neutro de um gerador conectado em estrela e transformar o neutro (condutor aterrado do circuito) em um sistema trifásico de 4 fios.

Um sistema triângulo com vértice aterrado possui um condutor aterrado do circuito que não é um neutro. Ele também possui uma “ramificação selvagem” que deve ser identificada por uma codificação na cor laranja e conectada no pólo intermediário de um equipamento trifásico.

Aterramento Sólido: Um sistema solidamente aterrado é aterrado diretamente por um condutor (condutor do eletrodo de aterramento) sem impedância intencional com a terra (eletrodo de aterramento). Este método é normalmente usado, e exigido pelas normas elétricas, em todos os sistemas de baixa voltagem (600 volts ou menos) com um condutor aterrado do circuito (geralmente um neutro) que alimenta as cargas L–N.


O aterramento correto em sistemas standby aterrados solidamente é uma função do equipamento de comutação de transferência (neutro sólido ou neutro comutado) utilizado. Veja a Figura 5-5.

O terminal de neutro de um gerador Cummins Power Generation não é conectado à terra. Se o gerador for uma fonte de energia derivada separadamente (p.ex. comutador de transferência com 4 pólos), um eletricista de instalação deverá conectar o neutro à terra e um condutor do eletrodo de aterramento ao sistema do eletrodo de aterramento.

Se o neutro do gerador for conectado a um neutro aterrado, geralmente no bloco de neutro de um comutador de transferência com 3 pólos, o neutro do gerador não deverá ser aterrado no gerador. Neste caso, a norma elétrica pode exigir que seja colocado um sinal na alimentação de serviço indicando que o neutro do gerador está aterrado nesse lugar.

Impedância (Resistência) de Aterramento: Uma resistência de aterramento é instalada permanentemente no caminho entre o ponto de neutro do gerador e o eletrodo de aterramento. Ocasionalmente, este método é utilizado em sistemas trifásicos de três fios (sem condutor aterrado do circuito) operando em 600 volts ou menos em locais onde deve ser mantida a continuidade de energia com a primeira e única falha acidental de terra. Transformadores estrela triângulo podem ser utilizados no sistema de distribuição para derivar um neutro para o equipamento de carga linha neutro.

Geralmente, um sistema de baixa voltagem e resistência alta aterrada usa um resistor de aterramento dimensionado para limitar a corrente de falha de terra, na voltagem linha neutro, em 25, 10, ou 5 ampères nominais (classificação de tempo contínuo). Geralmente, também são instalados sistemas de detecção de falha de terra e de alarme.



Selecione uma resistência de aterramento baseado em:

1. Classificação de Voltagem: Voltagem fase-a-fase (voltagem do sistema) dividida pela raiz quadrada de três (1,73).

2. Classificação de Corrente: Baixa o suficiente para limitar os danos, porém alta o suficiente para uma operação confiável dos relés de proteção.

3. Classificação de Tempo: Geralmente 10 segundos para os sistemas de relés de proteção e maior tempo para sistemas sem relés.

NOTA: O aterramento com baixa resistência é recomendado em sistemas geradores operando entre 601 a 15.000 volts a fim de limitar o nível de corrente de falha de terra (geralmente de 200 a 400 ampères) e permitir tempo para a coordenação seletiva dos relés de proteção. Veja a Figura 5-6 e Aterramento de Voltagem Média.


Não aterrado: Nenhuma conexão intencional é feita entre o sistema do gerador de CA e a terra. Este método é usado ocasionalmente em sistemas trifásicos de três fios (sem condutor aterrado do circuito) operando a 600 volts ou menos, em locais onde é exigido, ou desejável, manter a continuidade da energia com uma falha de terra, e existam eletricistas de serviço qualificados. Um exemplo seria a alimentação de carga para um processo crítico. Podem ser utilizados transformadores estrela-triângulo no sistema de distribuição para derivar um neutro para o equipamento de carga linha neutro.

Aterramento do Equipamento (Ligação à Terra): O aterramento do equipamento (ligação à terra) é a ligação entre si e a conexão com a terra de todos os conduítes metálicos que não transportam corrente (durante a operação normal), gabinetes dos equipamentos, base do gerador, etc. O equipamento de aterramento fornece um caminho permanente, contínuo e de baixa impedância elétrica para o retorno à fonte de energia. O aterramento correto praticamente elimina o “potencial de toque” e facilita o desarme dos dispositivos de proteção durante as falhas de terra. Uma ponte de ligação principal na fonte liga o sistema de aterramento do equipamento ao condutor aterrado do circuito (neutro) do sistema de CA em um único ponto.


Um local de conexão de aterramento é fornecido na estrutura do alternador ou, se for fornecido um disjuntor montado no grupo, é fornecido um terminal de aterramento dentro da caixa do disjuntor. Veja a Figura 5-7.




Redução do Fator de Potência pela Carga - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Redução do Fator de Potência pela Carga

Os grupos geradores trifásicos são classificados para operação contínua com FP 0,8 (normal) e podem operar durante curtos períodos com fatores de potência mais baixos, como na partida de motores. As cargas reativas que podem causar a redução do fator de potência podem fornecer energia de excitação para o alternador e, se alta o suficiente, pode fazer a voltagem do alternador aumentar descontroladamente, danificando o alternador ou as cargas, ou desarmando o equipamento de proteção. A Figura 5-4 é uma curva típica da capacidade de potência reativa (kVAR) de um alternador. Uma diretriz razoável é que um grupo gerador pode suportar até 10% de sua capacidade nominal de kVAR com cargas que reduzam o fator de potência sem ser danificado ou perder o controle da voltagem de saída.


As fontes mais comuns de redução do fator de potência são sistemas UPS levemente carregados, com filtros de entrada e dispositivos de correção do fator de potência para motores. A estabilidade pode ser melhorada carregando se o grupo gerador com as cargas que aumentem o fator de potência antes das cargas que reduzam o fator de potência. Também é aconselhável conectar e desconectar os condensadores de correção do fator de potência com a carga. Geralmente, não é prático superdimensionar um grupo gerador (conseqüentemente reduzindo a porcentagem de carga não-linear) para corrigir este problema.


Condutores de CA - Classificações de ampère-linha - Amperagem do Alimentador - Cálculos de Queda de Voltagem - Exemplo de Cálculo - Desbalanceamento Permitido para Carga Monofásica - Desbalanceamento da carga de um grupo gerador - desbalanceamento das voltagens das fases - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Condutores de CA

A saída CA do grupo gerador é conectada aos condutores de campo instalados dimensionados conforme exigido pelas cargas correntes, pela aplicação e pelas normas. Os condutores dos terminais do gerador até o primeiro dispositivo contra sobrecorrente são considerados condutores de derivação e podem funcionar em curtas distâncias sem proteção contra curto-circuito. O disjuntor de um gerador pode ser instalado na extremidade de carga dos condutores de alimentação do gerador (por exemplo, disjuntores de paralelismo no quadro de comutação de paralelismo ou um disjuntor principal no painel de distribuição) e ainda oferecer proteção contra sobrecarga para os condutores.

Se o grupo gerador não for equipado na fábrica com um disjuntor da linha principal, a amperagem dos condutores de fase de CA instalados pelo campo a partir dos terminais de saída do gerador até o primeiro dispositivo de sobrecorrente deverá ser pelo menos igual a 115% da corrente de carga nominal total, sem despotenciamento por temperatura ou altitude. A amperagem dos condutores pode ser 100% da corrente de carga nominal total se o grupo gerador estiver equipado com o PowerCommand™.

O fabricante do grupo gerador especificará as classificações de ampère-linha de um dado grupo gerador na voltagem específica necessária. Se desconhecida, calcule usando uma das seguintes fórmulas :


Consulte os esquemas (a) e (b) na Figura 5-2. O comprimento dos condutores de derivação do gerador até o primeiro dispositivo de sobrecorrente deve ser mantido tão curto quanto possível (geralmente de 25 a 50 pés).

NOTA: Se o gerador for fornecido com cabos, a bitola dos cabos pode ser menor que a necessária para os condutores instalados pelo campo porque o gerador tem cabos do tipo CCXL ou similar, capacidade nominal de isolamento a altas temperaturas de 125º C ou mais.



Se o grupo gerador for equipado de fábrica com um disjuntor da linha principal, a amperagem do campo instalado nos condutores das fases de CA conectados aos terminais do disjuntor deverá ser maior ou igual à da classificação do disjuntor. Veja o Esquema (c) na Figura 5-2.

Geralmente, a amperagem mínima do condutor do neutro pode ser maior ou igual do que o máximo calculado para o desbalanceamento de carga monofásica. Em aplicações onde uma parte significativa da carga é não-linear, o neutro deverá ser dimensionado de acordo com a corrente estimada do neutro mas nunca menos do que 100% da nominal. O neutro do gerador fornecido pela Cummins Power Generation tem amperagem igual aos condutores das fases.

Nota: O cabo de voltagem média (maior que 600 VCA) deve ser instalado e terminado exatamente como recomendado pelo fabricante, por pessoas treinadas sob supervisão.

Cálculos de Queda de Voltagem: A impedância dos condutores devida à resistência e reatância causa a queda de voltagem num circuito de CA. Para obter o desempenho esperado do equipamento de carga, os condutores devem ser dimensionados de modo que a voltagem não caia além de 3% num circuito de ramificação ou de alimentação, ou de 5% entre a queda de serviço e o equipamento de carga.

Embora cálculos exatos sejam complexos, podem ser estabelecidas aproximações bastante razoáveis através da seguinte relação:


Exemplo de Cálculo: Calcule a porcentagem de queda de voltagem em 500 pés num cabo de cobre 1/0 AWG em um conduíte de aço que alimenta uma carga trifásica de 100 kW, 480 volts, (linha-a-linha) impondo um FP (Fator de Potência) de 0,91.





Desbalanceamento Permitido para Carga Monofásica: As cargas monofásicas devem ser distribuídas tão uniformemente quanto possível entre as três fases de um grupo gerador trifásico de modo a utilizar plenamente a capacidade nominal (kVA e kW) do grupo gerador e limitar o desbalanceamento da voltagem. A Figura 5-3 pode ser utilizada para determinar a porcentagem máxima permitida de desbalanceamento de carga monofásica, como ilustra o exemplo de cálculo.

A potência monofásica pode ser tomada até 67% da classificação trifásica nos grupos geradores da Cummins Power Generation, até 200/175 kW.

Geralmente, quanto maior for o grupo gerador, menor será a potencia monofásica que pode ser tomada. A Figura 5-3 inclui as linhas de porcentagem de potência monofásicados geradores de tamanhos intermediários, Chassi-4 e Chassi-5 da Cummins Power Generation. Confirme o tamanho do chassi consultando a Folha de Dados aplicável do Alternador indicada na Folha de Especificações do grupo gerador. O desbalanceamento da carga monofásica não deverá exceder 10%.

Figura 5-3. Desbalanceamento Permitido para Carga Monofásica
(Típico Gerador Trifásico da Cummins Power Generation)

Exemplo de Cálculo: Calcule a carga monofásica máxima que pode ser alimentada com uma carga trifásica total de 62 kVA por um grupo gerador de 100kW/125 kVA.


NOTA: O desbalanceamento da carga de um grupo gerador causa o desbalanceamento das voltagens das fases. Os níveis de desbalanceamento de carga calculados por estas técnicas não deverão resultar em danos ao grupo gerador.  Entretanto, os níveis correspondentes de desbalanceamento de voltagem podem não ser aceitáveis para cargas como motores trifásicos.


Devido ao desbalanceamento da voltagem de fase, as cargas críticas deverão ser conectadas na fase que o regulador de voltagem usa como voltagem de referência (L1–L2 como definido no esquema do grupo gerador) quando apenas uma fase é utilizada como referência.


Conexões de CA no Gerador - Opões de conexão no gerador - Disjuntores com Carcaça Moldada, Montados no Gerador (Termomagnéticos ou de Circuito Integrado) - Comutador (Carcaça Moldada) de Desconexão Montado no Gerador - Terminais do Gerador - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - CumminsO


Conexões de CA no Gerador

Verifique a correspondência apropriada do número de condutores por fase e suas bitolcom as capacidades dos terminais do equipamento (disjuntores e comutadores de transferência).

Um dispositivo de desconexão da rede (disjuntor/comutador) deverá ser supervisionado e ajustado para ativar um alarme quando aberto. Alguns fornecedores ajustam um alarme “fora de automático” para a condição de disjuntor aberto.

As opções de conexão no gerador podem incluir:

Disjuntores com Carcaça Moldada, Montados no Gerador (Termomagnéticos ou de Circuito Integrado): Podem ser feitas conexões em um disjuntor montado no gerador. O disjuntor deve ter capacidade adequada de interrupção com base na corrente de curto-circuito disponível. Com um grupo gerador simples, a corrente máxima disponível de curto circuito no primeiro ciclo simétrico é da ordem de 8 a 12 vezes a corrente nominal. Para um dado gerador, esta corrente é igual ao inverso da reatância subtransiente por unidade do gerador, ou 1/X”d. Use a tolerância mínima de  reatância subtransiente fornecida pelo fabricante do gerador para os cálculos.

Comutador (Carcaça Moldada) de Desconexão Montado no Gerador: Podem ser feitas conexões em um comutador de desconexão montado no gerador. Isto é permitido em locais onde o gerador possui meios intrínsecos de proteção contra sobrecorrente do gerador, como o PowerCommand™. O comutador não é projetado para interromper correntes de falha e possui uma capacidade de interrupção suficiente apenas para as correntes de carga.

Terminais do Gerador: Podem ser feitas conexões nos terminais do gerador em locais onde não são requeridos disjuntores montados no gerador ou comutadores de desconexão e onde o gerador possui os meios intrínsecos de proteção contra sobrecarga do gerador.





Conexões Elétricas - Visão Geral - Áreas Sísmicas - Fiação de Controle - Circuitos de Ramificação para Acessórios - São exemplos de acessórios - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Conexões Elétricas

Visão Geral

Isolamento de Vibrações: Todos os grupos geradores vibram durante o funcionamento normal, um fato simples que deve ser levado em conta. Os grupos geradores são projetados com isoladores integrados ou todo o skid é montado sobre isoladores com molas para permitir os movimentos e isolar as vibrações do edifício ou de outras estruturas. Também podem ocorrer movimentos maiores devido a uma mudança súbita de carga ou a uma falha e durante a partida ou a parada da unidade. Assim, todas as conexões mecânicas e elétricas com o grupo gerador devem ser capazes de absorver os movimentos de vibrações e de partida/parada.

A saída de energia, a função de controle, os alertas e os circuitos acessórios requerem a instalação de cabos de malha e conduítes flexíveis entre o grupo gerador e o edifício, estrutura de montagem, ou fundação.

Grandes cabos rígidos não oferecem capacidade suficiente para instalação em curvas, embora sejam considerados flexíveis. Isto também vale para alguns tipos de conduítes, como conduítes impermeáveis que são praticamente rígidos. Além disso, tenha em mente que cabos ou conduítes não podem ser expandidos ou contraídos ao longo de seu comprimento e, portanto, a flexibilidade em seu eixo longitudinal deve ser obtida com comprimento suficiente, compensações ou curvas.

Também, os pontos de conexão elétrica no grupo gerador – buchas, barramentos, blocos de terminais, etc. – não são projetados para absorver tais movimentos nem tensões associadas. (Novamente, isto é especialmente verdadeiro para os grandes cabos rígidos ou para conduítes “flexíveis” rígidos.) A falta de flexibilidade suficiente resultará em danos a gabinetes, cabos, isolamento ou pontos de conexão.

Nota: Simplesmente acrescentar conduítes ou cabos flexíveis pode não resultar em capacidade suficiente para absorver os movimentos de vibração de um grupo gerador.

Os cabos e conduítes flexíveis variam em flexibilidade e não se expandem nem se contraem. Esta condição pode ser evitada incluindo-se pelo menos uma curva entre a saída do gabinete do gerador e a estrutura (piso de cimento, corredor, parede, etc.) para permitir movimentos tridimensionais.

Áreas Sísmicas: Em áreas de risco de abalos sísmicos, são necessárias práticas especiais de instalações elétricas, como a montagem de sismógrafos. Os desenhos descritivos devem indicar a massa, o centro de gravidade e as dimensões de montagem do sismógrafo.

Fiação de Controle: A fiação de controle de CC e CA (para o equipamento de controle remoto e para os avisos remotos) deve ser feita em um conduíte separado dos cabos de força para minimizar a interferência dos circuitos de força no circuito de controle. Devem ser utilizados condutores de malha e seções de conduítes flexíveis para as conexões do grupo gerador.

Circuitos de Ramificação para Acessórios: Devem ser providenciados circuitos de ramificação para todos os equipamentos acessórios necessários para a operação do grupo gerador. Estes circuitos devem ser alimentados pelos terminais de carga de um comutador de transferência automática ou pelos terminais do gerador.

São exemplos de acessórios: a bomba de transferência de combustível, as bombas de líquido de arrefecimento para radiadores remotos e defletores motorizados para a ventilação.


Devem ser instalados circuitos de ramificação, alimentados pelo painel de comando da energia normal, para o carregador de bateria e para os aquecedores de líquido de arrefecimento, se utilizados. Veja a Figura 5-1.




PROJETO ELÉTRICO - Visão Geral - Considerações sobre o Projeto - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


PROJETO ELÉTRICO

Visão Geral

O projeto elétrico e o planejamento do sistema de geração local são críticos para a operação correta e a confiabilidade do sistema. Esta seção abrange o projeto de instalação do gerador e os sistemas elétricos relacionados, sua interface com a rede da concessionária e tópicos relativos à proteção da carga e do gerador. Um elemento-chave para se entender o projeto do sistema elétrico é um diagrama de uma linha, como o exemplo mostrado na Figura 2-1.


A instalação elétrica do grupo gerador e de seus acessórios deve seguir a Norma Elétrica em vigor dos órgãos locais de inspeção. A instalação elétrica deverá ser feita por eletricistas qualificados e experientes ou por uma empresa contratada.



Considerações sobre o Projeto

Em vista de grandes diferenças entre aplicações, instalações e condições, os detalhes da fiação e da proteção contra excesso de corrente do sistema de distribuição elétrica para geração local devem ser ficar a cargo do engenheiro. Entretanto, existem algumas diretrizes gerais a serem consideradas no projeto.

• O projeto da distribuição elétrica para sistemas de geração local de energia de emergência deve minimizar as interrupções causadas por problemas internos como sobrecargas e falhas. Isto inclui a coordenação seletiva de dispositivos de proteção contra excesso de corrente e a decisão sobre o número e a localização dos equipamentos de comutação de transferência a serem usados no sistema. Para oferecer proteção contra falhas internas de energia, o equipamento de comutação de transferência deverá estar localizado o mais próximo possível do equipamento que utilizará a carga.

• Separação física entre a alimentação do gerador e a fonte normal de energia para evitar possível destruição de ambas como resultado de uma catástrofe local, como incêndio ou inundação.

• Desvio de isolamento do equipamento de comutação de transferência de modo que os comutadores de transferência possam receber manutenção ou reparos sem interrupção de equipamentos de cargas críticas.

• Provisões para bancos de carga permanentes ou para facilitar a conexão com bancos de carga temporários sem afetar a fiação permanente, como um disjuntor da alimentação de reserva instalado convenientemente para permitir o teste do grupo gerador sob uma carga substancial.

• Circuitos de divisão de cargas ou sistemas de prioridade de cargas no caso de redução da capacidade do gerador ou perda de uma unidade em paralelo com o sistema.

• Proteção contra incêndio para os condutores e equipamentos de funções críticas, como bombas de combate a incêndio, elevadores para uso do corpo de bombeiros, iluminação das saídas de emergência para uma evacuação, remoção de fumaça ou ventiladores de pressurização, sistemas de comunicação, etc.

• A segurança e a capacidade de acesso de quadros de comutação e painéis de comando com dispositivos contra sobre corrente e equipamento de comutação de transferência no sistema de distribuição do gerador de energia local.


• Provisões para a conexão de geradores temporários (locação de grupos geradores portáteis) em períodos que o grupo gerador permanente encontrar-se fora de serviço ou quando interrupções prolongadas do fornecimento da energia normal tornarem necessário o fornecimento de energia para outras cargas (ar condicionado local, etc.).


Necessidades de Equipamentos Adicionais - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Necessidades de Equipamentos Adicionais

Em certas aplicações, como de energia Prime ou Contínua, voltagem média, paralelismo com a rede da concessionária e outras, equipamentos adicionais podem ser necessários (ou desejáveis), geralmente disponíveis como opcionais ou especialmente solicitados. Alguns destes incluem:

• RTDs, dispositivos de medição da temperatura resistiva nos enrolamentos do alternador para monitorar diretamente a temperatura nos enrolamentos.

• Termistores nas extremidades das espiras do alternador para monitorar a temperatura nos enrolamentos.

• CTs diferenciais para monitorar a quebra de isolamento dos enrolamentos.

• Monitoração e proteção contra falha de terra.

• Pirômetros para medição da temperatura do escape.


• Sistemas de recirculação de vapores do respiro do cárter do motor.


Dispositivos Necessários para o Paralelismo de Grupos - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins



Dispositivos Necessários para o Paralelismo de Grupos

Geradores: Em aplicações de paralelismo, para melhorar seu desempenho e proteger o sistema contra as falhas que geralmente ocorrem, os grupos geradores devem ser equipados com:

• Supressores de paralelismo para proteger o sistema de excitação do gerador dos efeitos de defasagem do paralelismo.

• Perda da proteção do campo que desconecta o grupo gerador do sistema para evitar uma possível falha no sistema.

• Proteção contra realimentação que desconecta o grupo gerador do sistema para que uma falha no motor não provoque uma condição de realimentação que possa danificar o grupo gerador ou desabilitar o restante do sistema.

• Governo eletrônico isocrônico para permitir o uso de sincronizadores ativos e equipamento de compartilhamento de carga isocrônica.

• Equipamento para controlar a energia de saída reativa do grupo gerador e compartilhar a carga corretamente com outros grupos geradores em operação. Isto pode incluir compensação de corrente cruzada ou controle das cortes reativos.

• Controlador Var/FP para controlar a potência de saída reativa do grupo gerador nas aplicações de paralelismo com a rede da fonte de energia principal.


Os controles baseados em relés ou em relés/circuitos integrados requerem equipamento adicional para atender os requisitos mencionados.


Do ponto de vista da conveniência e da confiabilidade, um controle integrado baseado em microprocessador contendo as funções acima (como o sistema PowerCommand™ da Cummins Power Generation) é desejável.


Equipamento de Comutação de Energia - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Equipamento de Comutação de Energia

Os equipamentos de transferência ou comutação de energia como comutadores de transferência ou chaves seletoras de paralelismo, embora não sejam o assunto deste manual, são partes essenciais de um sistema de energia standby.


São mencionados aqui para ressaltar a importância das considerações e decisões sobre esses equipamentos na fase inicial de um projeto. O esquema de comutação de energia para um projeto está diretamente relacionado à classificação do grupo gerador (consulte a seção Projeto Preliminar), à configuração de controle aos equipamentos acessórios que possam ser necessários para o grupo gerador. Para mais detalhes sobre este tópico, consulte os outros manuais de aplicação: T011 – Sistemas de Transferência de Energia e T016 – Paralelismo e Chaves Seletoras de Paralelismo.


Montagem dos Isoladores de Vibração - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Montagem dos Isoladores de Vibração

Para reduzir as vibrações transmitidas ao edifício ou à estrutura de montagem, os grupos geradores são freqüentemente montados sobre isoladores de vibração.

Estes isoladores podem ser de mola (mais comum) ou coxins de borracha. Geralmente, os isoladores de vibração têm um desempenho de 90% e é comum excederem 95%.

A capacidade de suporte de peso e o posicionamento correto dos isoladores são críticos para seu desempenho.


No caso de grupos geradores maiores com tanques sob a base, os isoladores freqüentemente são instalados entre o tanque e a estrutura da base.


Tanques de Combustível (Diesel) - Manual de Aplicação - Grupos Geradores Arrefecidos a Água T-030d-07 08/03 - Cummins


Tanques de Combustível (Diesel)

Tanques diários: Os tanques instalados no grupo gerador, ou próximo destes, que fornecem o combustível para o grupo gerador são chamados de tanques diários (embora os mesmos não contenham necessariamente o combustível suficiente para um dia de operação). Esses tanques são usados como uma conveniência ou quando não é prático trazer o combustível do local de armazenamento principal do sistema. A distância, a altura acima ou abaixo, ou o tamanho do tanque principal são razões para o uso de um tanque diário. Todos os motores diesel têm limitações de capacidade de elevação do combustível (ou restrição de coleta de combustível), pressão nas linhas de combustível (tanto de alimentação quanto de retorno) e temperatura de alimentação do combustível. O combustível é transferido do tanque principal para o tanque diário através de uma bomba de transferência geralmente controlada por sistema automático por meio de sensores de nível no tanque diário.

Se o tanque for pequeno, o retorno do combustível é bombeado de volta ao tanque principal para evitar o superaquecimento do combustível. Consulte sistemas de combustível na seção Projeto Mecânico.


Tanques Sob a Base: Geralmente maiores do que os tanques diários, os tanques sob a base são construídos na estrutura de base do grupo gerador ou de modo que o chassis do grupo gerador possa ser montado diretamente sobre ela. Estes tanques armazenam uma quantidade de combustível para um certo número de horas de operação, como 12 ou 24 horas. Freqüentemente, os tanques sob a base são de parede dupla e incorporam um tanque secundário ao redor do reservatório do combustível para fins de retenção do combustível em caso de vazamento no tanque principal. Muitas normas locais exigem um reservatório secundário de contenção de combustível como uma estrutura de parede dupla juntamente com monitoração total dos tanques principal e secundário.