proteção de sistemas elétricos aula 2
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Proteção de GeradorTRANSCRIPT
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Proteo de Geradores em Sistemas Eltricos de Potncia
Unid. 2 - ANLISE DA RESPOSTA TRANSITRIA DE GERADORES
SNCRONOS
Professor: Adriano Peres de Morais
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Sumrio
Reviso de clculo de curto-circuito em
geradores;
Sistemas de aterramento;
Resposta transitria do gerador sncrono.
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Diagramas de Sequncia de um Gerador
Simplificado
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Falta Trifsica
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Falta Trifsica
Diagramas de Sequncia Equivalente
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Falta Bifsica
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Falta Bifsica
Diagramas de Sequncia Equivalente
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Falta Monofsica
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Falta Monofsica
Diagramas de Sequncia Equivalente
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Falta Bifsica-terra
Diagramas de Sequncia Equivalente
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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
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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.
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Anlise da Falta Fase-Terra
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Anlise dos Diagramas de Sequncia
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Considerando o Gerador
Desconectado do Sistema
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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.
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Aterramento Ressonante
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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.
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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.
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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.
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Aterramento com Baixa-Resistncia
Limita a corrente de falta terra a centenas de mperes;
Menores sobretenses temporrias/transitrias;
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Aterramento com Baixa-Indutncia
Similar ao aterramento com baixa-resistncia;
Geralmente aplicado quando o custo do resistor de
aterramento se torna excessivo.
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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.
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Desvantagem do Aterramento com Baixa-
Impedncia
Corrente contnua fluindo para a falta mesmo aps a
abertura do disjuntor.
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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;
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Fenmeno Transitrio
Com a chave S fechada, a tenso instantnea dada por:
+ = + Considerando a corrente no instante inicial nula, a soluo da
equao acima :
= +
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act = + dct = t = ac dc
Onde:
a corrente mxima (V Z ); = !" + #" = /; = %&/.
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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;
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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;
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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;
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') = '* + &'+) +&
', +&
'-)& 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;
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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
') = '* + &'+) +&
',&
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Perodo Permanente da Corrente de Curto-
circuito do Gerador Sncrono
Xl
Xad
Xd = Xl + Xad
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.) = /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;
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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)
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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.
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b) Relao X/R
X R a componente dc no se extingue nunca. X R 0 a componente dc nula.
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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.