Paralelismo e Sincronismo entre Grupos Geradores

Nos dias atuais tem havido uma crescente demanda por um fornecimento de energia ininterrupto e de qualidade. Haja vista os avanços tecnológicos dos microprocessadores eletrônicos utilizados na fabricação de equipamentos para os mais diversos fins, tais como aparelhos de suporte a vida em hospitais, centrais telefônicas, computadores e instrumentos que controlam e/ou monitoram o trafego aéreo, usinas nucleares, entre outros, para os quais, por menor que seja a falta de energia, os possíveis danos, não apenas econômicos mas também sociais, seriam incalculáveis.

Logo, é importantíssimo ter um sistema de energia confiável, e um dos mais confiáveis atualmente é o com geradores ligados em paralelo com a rede de energia elétrica da concessionária.

VANTAGENS DA OPERAÇÃO EM PARALELO

A origem da idéia de se utilizar geradores em paralelo foi a de conferir confiabilidade ao sistema, dividindo a potência alimentadora de um circuito entre várias fontes. Mas esta não é a única vantagem de utilizar mais de um gerador em paralelo. Esta forma de ligação é vantajosa sobre diversos pontos de vista, desde o econômico até o militar. Além disso, pode-se utilizar geradores em paralelo, em diversas aplicações, desde a alimentação de circuitos eletrônicos de grande importância, passando por cargas como hospitais e shoppings, e chegando até à alimentação de cidades inteiras, que utilizam a energia de diversas centrais de geração.

De fato, a principal vantagem da operação em paralelo de geradores é, como foi citado acima, a confiabilidade que isto confere ao sistema alimentador. Se uma unidade de consumo de energia, seja ela uma cidade ou uma residência, for alimentada por um único gerador, basta que haja um defeito no mesmo, e esta unidade perderá o fornecimento de energia. Se a geração for dividida entre dois (ou mais) geradores de menor capacidade de fornecimento, mesmo que ocorra falta em um gerador, os consumidores continuaram sendo alimentados pela potência do(s) outro(s), evitando queda de energia. Por este motivo, vários hospitais, que possuem cargas importantes e que não podem ser interrompidas, utilizam sistema de geração própria.

Outra vantagem da operação em paralelo é a maximização do rendimento das máquinas. Quando há uma única fonte de energia, o valor de sua capacidade nominal é fixo. Desta forma, quando a demanda da carga for baixa, a capacidade da fonte continuará sendo a nominal, caracterizando-se uma queda no rendimento da máquina. Se, por outro lado, forem utilizados diversos geradores operando em paralelo, alguns deles podem ser desligados do sistema durante determinados períodos em que a demanda da carga for reduzida. Assim, a capacidade nominal do grupo de geradores cai, mas é suficiente para alimentar a carga a qualquer momento, e o rendimento do mesmo é mantido em um nível satisfatório, melhorando, entre outras coisas, o seu fator de potência.

A operação em paralelo também possibilita maior frequência em atividades de manutenção e verificação das máquinas, utilizando os equipamentos excedentes enquanto uma das máquinas estiver desligada. No caso de empresas e indústrias de grande porte, isso contribui para a redução das perdas financeiras ocorridas quando desligam-se as máquinas para manutenção, pois não há a necessidade de interromper-se completamente a produção.

No caso de uma unidade consumidora onde é esperado um aumento na demanda de energia ao longo do tempo, adicionar geradores em paralelo com o instalado inicialmente é uma solução interessante, pois reduz o custo inicial da instalação. Se esta técnica não for utilizada, será necessário instalar um gerador com potência nominal superior à que é demanda inicialmente pelo sistema, este gerador operando praticamente a vazio, dependendo do período do dia e do ano. Isto gera perdas de potência e possivelmente (dependendo do tipo de carga) diminuição da vida útil da máquina.

Há ainda um fator físico que corrobora com as vantagens da operação em paralelo. Nos dias atuais, a demanda por energia elétrica assume valores astronômicos, principalmente em regiões urbanas. Na maioria dos casos, tanto a física como a economia, não permitem a instalação de um único gerador que seja capaz de suprir toda a demanda de tais áreas. No entanto, empregandose vários geradores em paralelo, as potências nominais dos mesmos se somam, constituindo um total capaz de alimentar uma carga de grande porte como a citada acima.

Por todos estes motivos, a utilização de geradores em paralelo é aconselhável em algumas situações. No entanto, para que ela seja, de fato, lucrativa, ela deve ser planejada para caracterizar o melhor funcionamento possível. Como regra geral, utiliza-se uma unidade geradora de maior potência, que seja suficiente para alimentar por si só a demanda mínima da área ao longo de um período determinado, e aplica-se outros geradores, de menor capacidade, para suprir os períodos de demanda mais alta. Quando a demanda da área aumenta, passando a exceder a potência nominal do gerador principal, pode-se instalar outro gerador de maior importância, que permanecerá ligado a todo momento, juntamente com o gerador principal, de modo a suprirem em conjunto a demanda mínima da carga alimentada.

Há ainda algumas desvantagens no uso de geradores em paralelo.

Por serem utilizados vários geradores, ou seja, mais carcaças, mais enrolamentos e mais núcleos, o espaço ocupado pelo maquinário em paralelo é maior do que se fosse utilizado apenas um gerador. Outro problema acarretado pela operação em paralelo, é o aumento na corrente de curtocircuito, que implicam em maior gasto com proteção dos equipamentos. Por fim, devem ser atendidas ainda, as condições de paralelismo.

CONDIÇÕES PARA A OPERAÇÃO EM PARALELO

Apesar de vantajosa, a ligação em paralelo não pode ser executada arbitrariamente. Algumas condições, chamadas condições de paralelismo, referentes à operação e às especificações dos geradores, devem ser observadas, sob pena de problemas na tensão gerada, e danos aos geradores, condutores, barramentos e equipamentos alimentados.

Por motivos óbvios, a primeira condição a ser respeitada, é que a tensão de geração de todos os geradores ligados em paralelo deve ser a mesma. Se esta condição não for respeitada, será gerada uma corrente de circulação entre os geradores, que danifica os mesmos, queimando enrolamentos, causando superaquecimento, e reduzindo a vida útil dos equipamentos como um todo.

Para o caso de geradores trifásicos, a sequência de fases na ligação dos geradores com o barramento alimentado deve ser a mesma para cada um deles. Caso esta condição não seja respeitada, cada fase do barramento terá uma tensão nominal diferente das outras, o que causará curto-circuito, podendo inclusive queimar os geradores em paralelo.

Outro critério que deve ser respeitado é o da frequência. Se as frequências de geração dos geradores (que são determinadas por características construtivas), não forem iguais, a onda gerada no barramento não terá características senoidais, e ainda terá picos de tensão duas vezes maiores do que os das ondas nos geradores. Um exemplo está ilustrado na figura a seguir:

Diferença de potencial entre geradores com frequências diferentes. (Fonte: Winplot)

Há ainda uma condição de paralelismo referente aos ângulos de defasagem dos geradores operando em paralelo. Se um deles tiver ângulo diferente dos outros, surgirá uma diferença de potencial atuando sobre dois pontos de uma mesma fase. Isso dará origem a uma corrente circulante entre os vários geradores, que reduzirá a vida útil dos mesmos e poderá destruir os condutores de ligação e danificar os barramentos. A ilustração está na figura a seguir.

Diferença de potencial entre geradores com diferença de fase. (Fonte: Winplot)

A sincronização de geradores surgiu como uma alternativa para modelar o sistema de geração de modo a torná-lo concordante com algumas das condições de paralelismo.

SINCRONIZAÇÃO DOS GERADORES AO “BARRAMENTO INFINITO”

O conceito de barramento infinito é o de um barramento, ou uma fonte hipotética, no qual a tensão e a freqüência não são sensíveis às variações de carga.

Um gerador não pode simplesmente ser conectado a um sistema, no qual já existem outros geradores síncronos conectados e trabalhando de forma a fornecer potência elétrica às cargas conectadas a esse sistema. Para conectar um gerador a um sistema de barramento infinito, é necessário seguir e atender aos requisitos da sincronização, que, de acordo com Jordão (1980, p. 102), são: impor ao novo gerador as mesmas tensões eficazes e a mesma sequência de fases do sistema externo, e impor ao novo gerador as mesmas tensões instantâneas em cada par de terminais a serem interligados. Podem-se citar os métodos das lâmpadas e do sincronoscópio para a sincronização de geradores; porém, neste trabalho será abordado apenas o segundo método citado.

Uma solução é usar um instrumento denominado sincronoscópio, que é constituído de um ponteiro girante e uma posição fixa para indicar o momento preciso da sincronização; o ponteiro girante indica se o gerador a ser sincronizado está mais lento ou mais rápido que os demais geradores; quando a posição desse ponteiro girante coincide com a posição fixa própria do sincronoscópio, a chave que faz o paralelismo é fechada.

MODALIDADES DE SINCRONISMO O objetivo principal da sincronizacão e alcançar um estado de coerência entre propriedades de interesse dos sistemas em questão. Contudo, existem algumas propriedades que são muito utilizadas como indicativas de condição síncrona. Devido a isso, tais propriedades caracterizam algumas modalidades de sincronismo.

Exemplos de modalidades de sincronização:

Sincronismo de fase (Rosenblum et al., 1996): ocorre quando as fases dos sistemas mantém uma relação proporcional entre ambas, podendo o comportamento em amplitude estar completamente incoerente. Vale ressaltar que a medição da fase precisa ser definida para cada caso.

Sincronismo de frequência (Rosenblum et al., 1996): acontecendo sincronismo de fase, as frequências também estarão sincronizadas, devido a relação existente em fase e frequência, qual seja a frequência e a variação temporal da fase. Contudo o contrário não é verdadeiro. Sincronismo com atraso de tempo (Rosenblum et al., 1997):

caracterizado quando os estados são idênticos a menos de uma defasagem de tempo fixo.

MÉTODOS DE SINCRONISMO

Os métodos de sincronismo podem ser classificados como métodos em malha fechada (Deckmann et alli, 2003; Karimi-Ghartemani e Iravani, 2004; Lee et alli, 1999; Sasso et alli, 2002) ou em malha aberta (Camargo e Pinheiro, 2006; Kennel et alli, 2003; Marques, 1998; Svensson, 2001). Nos métodos em malha fechada, o ângulo de sincronismo é obtido através de uma estrutura em malha fechada para sincronizar o valor estimado do ângulo de fase com seu valor real.

Por outro lado, métodos de sincronismo em malha aberta são simples, uma vez que eles não usam sensores mecânicos ou métodos de estimação de posição ou velocidade. O ângulo de sincronismo, ou o vetor normalizado de sincronismo, é obtido diretamente das tensões alternadas (Marques, 1998; Svensson, 2001) ou das tensões estimadas (Kennel et alli, 2003). Uma vez que geradores de indução com rotor em gaiola de esquilo são economicamente recomendados para aplicações de baixa potência em locais isolados (Simões et alli, 2006; Simões e Farret, 2008), o método de sincronismo deve ser simples e não deve onerar o custo do sistema de geração.

Assim, este artigo analisa quatro métodos de sincronismo em malha aberta, que empregam apenas dois sensores para medir as tensões de linha nos terminais do gerador de indução, que já são medidas pelo sistema de controle para regular as tensões geradas.

Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfGZwAF/paralelismo-sincronismo