Como geradores elétricos são máquinas rotativas, podem facilmente estar sujeitos a falhas internas ou anomalias resultantes do sistema ao qual eles estão ligados. Por esta razão, o sistema de proteção utilizado deve ser eficiente para proteger o gerador de forma adequada.
Atualmente com a escassez de oferta de energia os geradores estão sendo usados como fontes para suprir a alimentação nos horários de ponta e em faltas. Uma unidade geradora em geral pode consistir de uma máquina primária (motor Diesel, turbina a vapor, turbina hidráulica etc), juntamente com um alternador trifásico síncrono para a produção de energia elétrica, o qual pode ser usada para consumo e para a possível venda à rede de energia.
Os geradores podem ou não estar interligados a rede elétrica, trabalhando em rede ou em modo ilha (Isolado do sistema). Para atender essas características é imprescindível possuir flexibilidade na parametrização da proteção, e com o Ekip G Hi-Touch é possível atender a todos os critérios, inclusive estabelecendo duplo limite de proteção.
O relé de proteção Ekip G que está disponível na nova família de disjuntores abertos SACE Emax 2 atua e controla o disjuntor diretamente, sem a interposição de transformadores externos, tanto para tensão como para corrente até 690V. Além da vantagem financeira, a solução é extremamente compacta e é comportada por todos os modelos de Painéis existentes no mercado bem como com o novo Painel ABB System Pro E, painel que atende aos requisitos da IEC 60439-1 e IEC 61439-1.
O disjuntor permite que as tomadas de tensão a serem instaladas tanto para o lado inferior (padrão) ou o lado superior (a pedido) possam, por conseguinte, sempre esteja posicionado no lado do gerador, permitindo, assim, o monitoramento da tensão e frequência. Que as funções de proteção relativas fiquem ativas independentemente do estado do disjuntor e ser capaz de sinalizar anomalias antes do fechamento do mesmo.
A Figura 1-3 é um diagrama de funções disponíveis e das grandezas medidas para a operação das proteções. Neste resumo será mostrado em exemplo de proteção, considerando uma breve descrição da proteção e do seu modo de funcionamento. Os principais parâmetros característicos são analisados e, finalmente, a faixa de ajuste será definida e um exemplo de uma definição será dado. Dependendo do modo de controle de anomalia selecionada, para cada proteção pode ser decidido se a resposta à falha deve disparar o disjuntor ou gerar um sinal de alarme. Por meio da opção "Ativar Trip", o relé de proteção vai comandar o disjuntor para abrir no final do set de tempo. Durante o intervalo de tempo e depois do disjuntor ser disparado um sinal estará disponível, que pode ser através de um contato auxiliar ou através de uma mensagem quando usado um dos módulos de rede disponíveis no disjuntor (Modbus, Profibus, Devicenet, Modbus TCP, Profinet, Ethernet IP e IEC 61850).
ANSI 51V - Sobrecorrente com restrição de tensão
No caso de uma falha nos terminais do gerador o valor inicial da corrente de falha depende do valor da reatância subtransitória X"d da máquina. O tamanho desta corrente evolui ao longo do tempo e é regulada pela reatância transitória direta valores x'D e reatância síncrona Xd com base nos valores das constantes de tempo correspondentes.
É possível assim mover a partir de um valor de corrente de falha inicial que é cerca de 6-10 vezes a corrente nominal do gerador para uma corrente de avaria trifásica, em condições de serviço que pode ser inferior a corrente nominal do gerador a plena carga. Este fenômeno se dá porque a reatância síncrona que governa a operação normal pode ser inferior a reatância síncrona de serviço em condições de falha. A proteção ANSI 51V, tem configurações em uma corrente maior que correntes de operação normais, mas fornece proteção adequada porque pode transferir os limites atuais para os valores mais baixos de disparo em resposta a uma dada redução da tensão nos terminais do gerador. Assim, a proteção ANSI 51V que, em caso de uma falha fornece limiares de proteção atuais que serão rebaixados com a redução de tensão para as cabeças do gerador poderia fornecer back-up de proteção além do tempo-corrente das proteções tradicionais. O limite de disparo da função ANSI 51V permite configurações apropriadas para ser obtida no tempo de corrente tradicional, proteção que não interferem com a operação normal da máquina. Além disso, esta função pode ser usada para fornecer proteção térmica, definindo a curva de disparo da função 51V abaixo da curva que define o limite térmico da máquina.
Abaixo mostramos um exemplo de como é possível ajustar as parametrizações no Ekip G Hi-Touch estabelecendo duplo limite de proteção.
Exemplo:
Potência (SnG): 2500kVA
Tensão (VnG): 400V
Reatância Subtransitória (X”d): 11%
Corrente Nominal (InG): 3610A
Máxima corrente de Curto-Circuito (IkG): 32,8kA
Este gerador alimenta uma carga que requer 3416 A de corrente nominal e, para este sistema, será utilizado o disjuntor ABB SACE Emax 2 com relé Ekip G Hi-Touch.
A configuração das proteções LSI é mostrado no gráfico da Fig. 4-3,1. A função "L" está ajustada conforme a corrente nominal do gerador e a função "I" está desabilitada para que haja seletividade com os disjuntores à jusante no circuito. Assim, a função "S" será responsável pela proteção contra curto-circuito.
Neste modelo de relé, a proteção "S" possui dois ajustes disponíveis (I20 e I21 - vide curva verde na figura 4-3.1). Assim seu valor inicial será maior do que o valor final para que não haja uma atuação equivocada do disjuntor por conta da curva de partida do gerador (vide curva alaranjada na figura 4-3.1).
Valores Iniciais:
I20=2.5xIn=10000A t20=5s
I21=7.5xIn=30000A t21=0.1s
No relé para proteção de gerador Ekip G Hi-Touch, a proteção S possui dois modos de trip, sendo o primeiro quando a tensão do gerador está dentro da nominal e uma segunda opção para quando há uma queda de tensão, assim as correntes de trip podem ser menores, a fim de manter a vida do gerador
O modo de trip é selecionado no visor e, em seguida, o seguintes valores são definidos:
Definir Ul = UI2 = 75% de Un (Un é a tensão nominal do planta, ela é definida como referência na unidade de trip) Definir Ks = KS2 = 0,16 Assim, para operar tensões abaixo 0.75x400 = 300V os novos limiares de trip são exibidos no gráfico da Fig. 5-3,1 segundo os seguintes parâmetros:
Ks x I20=0.16x2.5xIn=1600A t20=5s
Ks2 x I21=0.16x7.5xIn=4800A t21=0.1s
O gráfico mostra que, após uma queda de tensão nos terminais do gerador causada por uma falha da proteção, S (V) pode ser disparado por correntes que são mais baixas do que aqueles que seria interceptadas por funções normais LSI.
AUTOR: Francisco Assis – engenheiro de aplicação da ABB
