Proteo de Geradores em Sistemas Eltricos de Potncia

Unid. 2 - ANLISE DA RESPOSTA TRANSITRIA DE GERADORES

SNCRONOS

Professor: Adriano Peres de Morais

Sumrio

Reviso de clculo de curto-circuito em

geradores;

Sistemas de aterramento;

Resposta transitria do gerador sncrono.

Diagramas de Sequncia de um Gerador

Simplificado

Falta Trifsica

Falta Trifsica

Diagramas de Sequncia Equivalente

Falta Bifsica

Falta Bifsica

Diagramas de Sequncia Equivalente

Falta Monofsica

Falta Monofsica

Diagramas de Sequncia Equivalente

Falta Bifsica-terra

Diagramas de Sequncia Equivalente

Aterramento dos Geradores Sncronos

IEEE Guide C62.92.2-1989

Aterrado diretamente

Aterrado com baixa-reatncia

Aterrado com baixa-resistncia

Aterrado com alta-resistncia

No aterrado

Aterramento ressonante

Bobina de Petersen

Diminui a corrente de

falta terra

Por que aterrar o neutro?

Minimizar os danos de faltas terra internas;

Limitar o stress mecnico para faltas terra externas;

Limitar sobretenses temporrias/transitrias;

Propiciar a deteco de faltas terra;

Permitir a coordenao da proteo do gerador com

outros equipamentos.

Anlise da Falta Fase-Terra

Anlise dos Diagramas de Sequncia

Considerando o Gerador

Desconectado do Sistema

Aterramento dos Sistemas Conectados

Unidade Geradora

Um gerador normalmente conectado a um

transformador elevador delta/estrela;

O aterramento do neutro escolhido de forma a

fornecer proteo mxima para o gerador.

Aterramento Ressonante

Aterramento Ressonante

Tambm conhecido como neutralizador de faltas terra

ou bobina de Petersen;

Objetivo limitar a corrente a um valor pequeno

(teoricamente zero);

Reator do neutro sintonizado de forma a neutralizar a

corrente fase-terra capacitiva;

Tipicamente utilizado no geradores das concessionrias

de grande porte e processos industriais crticos.

No-Aterrado

Sem conexo intencional para a terra;

Mxima corrente de falta terra maior do que o sistema

aterramento ressonante;

Pode resultar em sobretenses transitrias excessivas.

Aterramento com Alta-Resistncia

Resistor com valor hmico pequeno conectado ao

secundrio do TR;

O valor do resistor escolhido para limitar as

sobretenses transitrias;

Mxima corrente de falta fase-terra entre 5 e 15 A.

Aterramento com Baixa-Resistncia

Limita a corrente de falta terra a centenas de mperes;

Menores sobretenses temporrias/transitrias;

Aterramento com Baixa-Indutncia

Similar ao aterramento com baixa-resistncia;

Geralmente aplicado quando o custo do resistor de

aterramento se torna excessivo.

Aterrado Diretamente

Uma conexo terra de baixa-impedncia (inerente ou

intencional);

A corrente de falta maior;

Sobretenso temporrias so menores durante uma falta

fase-terra.

Desvantagem do Aterramento com Baixa-

Impedncia

Corrente contnua fluindo para a falta mesmo aps a

abertura do disjuntor.

Transitrio

Durante o transitrio, o fluxo concatenado no rotor varia

com o tempo;

Resulta em uma corrente transitria em todo o rotor;

A mquina sncrona representada como um grupo de

circuitos magneticamente acoplados com indutncias que

dependem da posio angular do rotor;

Utiliza-se equaes diferenciais para descrever o

comportamento da mquina;

Fenmeno Transitrio

Com a chave S fechada, a tenso instantnea dada por:

+ = + Considerando a corrente no instante inicial nula, a soluo da

equao acima :

= +

act = + dct = t = ac dc

Onde:

a corrente mxima (V Z ); = !" + #" = /; = %&/.

Modelo Simplificado da Mquina sncrona

para Anlise Transitria

Sob condies de curto-circuito, o circuito da reatncia

muito maior que o resistncia do enrolamento da fase.

A corrente no estator est atrasada aproximadamente 90

da tenso;

A efetiva reatncia da mquina pode ser assumida apenas

ao longo do eixo direto;

Modelo Simplificado da Mquina sncrona

para Anlise Transitria

A corrente de armadura (componente AC) decai de uma

valor inicial alto para uma valor em regime permanente;

Isto devido a mudana na reatncia da mquina.

quando ocorre uma mudana repentina na corrente do

estator o fluxo no se altera instantneamente;

Perodo Sub-transitrio da Corrente de

Curto-circuito do Gerador Sncrono

Todos os enrolamentos, isto , bobinas das fases do

estator, enrolamento de campo e enrolamento

amortecedor contribuem para o aparecimento do perodo

subtransitrio;

O enrolamento amortecedor o principal responsvel

pelo aparecimento do perodo sub-transitrio do gerador;

') = '* + &'+) +&

', +&

'-)& Turbo geradores X''d varia entre 0,07 e 0,12 p.u;

Polos salientes X''d varia entre 0,1 e 0,35 p.u;

Constante de tempo de curto-circuito subtransitria muito

pequena;

Perodo Transitrio da Corrente de Curto-

circuito do Gerador Sncrono

O enrolamento de campo do rotor o principal

responsvel pelo aparecimento do perodo;

X'd varia entre 0,10 e 0,25 p.u

Xl

Xad Xf

') = '* + &'+) +&

',&

Perodo Permanente da Corrente de Curto-

circuito do Gerador Sncrono

Xl

Xad

Xd = Xl + Xad

.) = /0) 0)12 233) + 0) 0)1

2 23) + 0)4 .) = "67 /8 &'33) &'3)9 1

2 233) + 8 &'3) &')9 12 23) + &')4 :1;

Componente DC

Depende do valor da tenso no instante do curto-circuito;

A grande parte da componente DC ocorre no perodo sub-

transitrio;

0FG = 67'") :1; = 12 C+

Grau de assimetria - = = I " (pior condio)

Analisando a equao idc teoricamente pode-se concluir que:

a) Ponto da onda de tenso em que ocorre a falta

( ) = 0, , 2, ..., n sendo n um nmero inteiro a componente dc no existe na fase que ocorreu a falta.

Porm existir nas fases restantes, se estas estiverem

envolvidas na falta.

( ) = n N 2 Q, sendo n um nmero inteiro mpar a componente dc comea por seu valor mximo.

b) Relao X/R

X R a componente dc no se extingue nunca. X R 0 a componente dc nula.

Caractersticas da Corrente de Curto-circuito

O curto-circuito nos terminais do gerador produz uma

corrente com decaimento AC e DC;

O decaimento da componente DC uma caracterstica da

corrente de falta em qualquer sistema de potncia;

O decaimento da componente AC uma caracterstica

nica para faltas prximas do gerador.