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Conceitos para cálculo de proteção para geradores com disjuntores ABB

Publicado: 26 de maio de 2013 Categoria: Artigos Técnicos

Ao contrário da rede pública de distribuição, a qual tem uma contribuição constante, no caso de um curto-circuito em um gerador a corrente é fornecida pelo próprio equipamento e diminui com o tempo de máquina

 

A necessidade de assegurar a continuidade de serviço tem levado ao aumento no uso de geradores de emergência, ou como fonte alternativa em paralelo com a rede de distribuição de energia elétrica pública.

 

As configurações típicas incluem:

 

- "Fornecimento Island" (funcionamento independente) das cargas prioritárias no caso de uma falta de fornecimento de energia através da rede pública;

 

- Fornecer ao usuário a instalação em paralelo com a rede de distribuição.

 

Ao contrário da rede pública de distribuição, a qual tem uma contribuição constante, no caso de um curto-circuito em um gerador a corrente é fornecida pelo próprio equipamento e diminui com o tempo de máquina, sendo possível identificar as seguintes fases sucessivas:

 

1. Uma fase subtransitória: com uma breve duração (10 - 50ms), caracterizada pela reatância subtransitória X "d (5 - 20% do valor da impedância nominal), e pelos subtransiente constante de tempo T "d (5 - 30ms);

 

2. Uma fase transitória: pode durar até alguns segundos (0,5 - 2,5 s) e é caracterizado pelo X'D reatância transitória (15 - 40% da nominal impedância de valor), e pelo tempo T'd constante transitória (0,03 - 2,5 s);

 

3. Uma fase síncrona: pode persistir até que o disparo da proteção externa, e é caracterizada pela reatância Xd síncrona (80 - 300% do valor da impedância nominal).

 

 

Como uma primeira aproximação, pode-se estimar que o valor máximo da corrente de curto-circuito de um gerador, com potência nominal Srg, à tensão nominal Ur da instalação, é igual a:

 

onde Irg é a corrente nominal do gerador:

 

 

O disjuntor de proteção do gerador deve ser escolhido de acordo com os seguintes critérios:

 

- O ajuste atual maior do que a corrente nominal do gerador: I1 (L) ≥ IRG;

- Suportar a capacidade Icu ou Ics superior ao valor máximo da corrente de curto-circuito no ponto de instalação:

   - No caso de um único gerador: UTI (ICS) ≥ IKG;

   - No caso de n geradores iguais em paralelo: UTI (ICS) ≥ IKG · (n-1);

   - No caso de operação em paralelo com a rede: UTI (ICS) ≥ IkNet,

  

Como a contribuição de curto-circuito da rede é normalmente maior do que a contribuição do gerador, temos:

 

- Para disjuntores com relé termomagnético:  limitar o disparo magnético: I3 (I) = 2,5 / 3 * In;

- Para disjuntores com relés eletrônicos: limitar a função de proteção contra curto-circuito de atraso (S), definido entre 1,5 e 4 vezes a corrente nominal do gerador, de tal modo "interceptar" a curva de decréscimo do gerador:

    I2 (S) = (1,5 - 4) * IRG

 

 Se a função S não estiver presente, é possível utilizar a função I que pode ser definida pelos valores indicados I3 (I)= (1,5 - 4) * Irg;

 

Atuação da função de proteção contra curto-circuito instantâneo (I3​​), fixado em um valor maior do que a corrente de curto-circuito nominal do gerador, de modo a alcançar a discriminação com os dispositivos instalados a jusante, para permitir o rápido disparo, em caso de um curto-circuito a montante do dispositivo (a trabalhar em paralelo com outros geradores ou com a rede):

 

Exemplo:

Proteção do Gerador com Srg = 100 kVA, em um sistema com uma tensão 440V.

Os parâmetros do gerador são:

Ur = 440 V

Srg = 100 kVA

f = 50 Hz

Irg = 131.2 A

X’’d = 6.5 % (reatância subtransitória)

X’d = 17.6 % (reatância transitória)

Xd = 230 % (reatância síncrona)

T’’d = 5.5 ms (constante de tempo subtransitória)

T’d = 39.3 ms (constante de tempo transitória)

Com o disjuntor Tmax XT2N160 selecionado, com o In = 160A, com o relé eletrônico Ekip G LS/I. Para a proteção correta do gerador, as seguintes configurações serão selecionadas:

Função L: 0.84    – 3s, corresponde 134.4                A, valor maior do que Irg. Função I: 1.5

 

Saiba mais em: Electrical installation handbook - Protection, control and electrical devices