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Há pouco tempo um amigo que
trabalha no ramo elétrico me disse;
- “Nunca entendi bem como esses equipamentos
trabalham em paralelo de maneira tão eficiente e de circulação de corrente
entre eles desprezível. Esses novos geradores fazem tudo sozinho sem precisar
que se use um sincronoscópio como no passado”.
Figura 1
Pensei no tema e hoje
falaremos exatamente desta dúvida do meu amigo.
1- Preâmbulo
O paralelismo de máquinas
rotativas como as usinas elétricas é largamente conhecido e falarei rapidamente
aqui colocando os links com assuntos publicados e disponíveis na rede.
Rapidamente poderíamos dizer
que duas grandezas merecem destaque:
A) O sincronismo de freqüência que é dado pela
velocidade imprimida no eixo do alternador, seja ela hidroelétrica, uma térmica
a vapor, uma geração a gás ou geração a diesel. O controle de rotação também
será responsável pela potencia ativa fornecida.
B) O controle da
tensão que neste caso esta dentro do gerador, através de atuação na excitatriz .
Diferenças grandes de potencial entre as fontes poderão gerar reativos (circulação
de corrente) significativos entre as fontes paraleladas.
Uma vantagem deste sistema é
que uma vez paralelado a própria carga é um elemento que serve como estabilizador
necessitando quando for necessário de um pequeno ajuste fino para divisão de
carga.
Também em se tratando de
Usinas é comum que cada gerador tenha o seu transformador elevador que acaba
sendo uma impedância a mais no sistema, limitando as correntes.
Agora, No-break´s e
Inversores é outra coisa e são precisos mais elementos de informação
eletrônica para se ter pleno êxito num paralelismo.
2- Dispositivos de Potência Eletrônica que operam em
paralelo.
Temos dois grupos:
O grupo de inversores que
operam como uma usina geradora de energia fornecendo potencia ao sistema
interligado e noutro grupo os No-breaks e inversores que fornecem energia condicionada para alimentação
de uma determinada carga crítica.
No primeiro grupo estão os
inversores dos linhões de corrente continua, os sítios eólicos como exemplo.
No segundo grupo, por exemplo, os grandes CPD´S.
Para ambos os casos
independente do projeto e a tecnologia aplicada em cada produto eles tem coisas
comum na sincronização e paralelismo.
São elas;
1) Amostragem da freqüência da rede para sincronização. Também
amostragem da freqüência do lado da carga ou UPS.
2) Medição além da sua corrente, a de UPS e do lado da
rede para comparações e controle das correntes ativa e reativa.
3) Medição das tensões da rede e da carga (UPS) para
correção das potencias reativas.
4) O sistema tem que se auto-controlar informado a
corrente total da carga, o quando cada
equipamento no paralelo esta contribuindo para o sistema.
5) Isso é importante porque quando uma máquina apresenta
um defeito ou são desligadas as outras imediatamente aumentam o seu
fornecimento de potencia fornecida proporcionalmente.
Os equipamentos com
tecnologia choperizada (conversor DC) costumam terem amostragens através de
transdutores da tensão e da corrente DC incrementada e circulante no
barramento DC. São fatores que vão contribuírem durante uma transferência e no
paralelismo com avanço e atraso de fase e da corrente ativa fornecida pelo ( W ou KW) equipamento.
3- Máquinas rotativas:
Artigos já publicados na
rede como;
Paralelismo e Sincronismo
Sistema elétrico
automatizado objetivando otimização na alimentação de centros de
consumo, entre muitos outros.
4- Sistema de geração eólica:
Existem dois tipos básicos de rotores eólicos: os de eixo vertical e os de eixo horizontal. Os rotores diferem em seu custo relativo de produção, eficiência, e na velocidade do vento em que têm sua maior eficiência.
Existem também os aero geradores de baixa tensão, que se diferenciam dos aero geradores de alta tensão principalmente por terem tamanhos e peso reduzidos em relação a estes, que usualmente são instalados nos cumes das montanhas ou em grandes planícies. O peso médio de um aero gerador de baixa tensão é de
Podemos também encontrar conjuntos de aero geradores constituindo um parque eólico. Eles são necessários para que a produção de energia elétrica torne-se rentável. Só são construídos após estudos exaustivos de viabilidade econômica e de impacto ambiental. Normalmente estas instalações encontram-se em terra, mas é cada vez mais freqüente instalá-las no mar (offshores) onde a presença do vento é mais regular. Estes parques eólicos “offshore” permitem a redução dos inconvenientes provocados pelo ruído e pela poluição da paisagem.
Figuras 2 , 3 e 4 abaixo.
Esses sistemas seguem regras
e normas rígidas para sistemas que paralelam com a rede, necessitando de
projetos específicos e autorização para isso.
Videos de sistema HVDC
5- Sistemas domésticos como energia foto voltaica de
baixa potencia.
Existem inversores dedicados
a operarem em paralelo com a rede de forma a trabalharem numa redução geral de
consumo na edificação. Com os novos componentes de potencia da família dos
transistores Mos-Fet e IGBT´s permitem em alta frequência comutações em onda PWM que acabam facilitando o controle do paralelismo de forma segura.
Figura 5.
Figura 5.
Vale lembrar, que
dispositivos eólicos de baixa potencia também podem utilizarem os mesmos tipos
de inversores.
Por exemplo; o este vídeo disponível no YouTube.
Para potências maiores os
inversores se parecem com os dos sítios de energia eólica como estes da ABB.
Figura 6.
Figura 6.
Informações complementares
sobre inversores solares:
Para um paralelismo de um
sistema com outro ou entre um sistema e a rede é necessário que o equipamento
gere energia a partir de uma freqüência básica, no caso no Brasil 60 Hz.
Esta freqüência é
influenciada pelo controle de sincronismo e pelo controle da corrente ativa (fase).
Outro controle é a divisão
de carga / contribuição para o sistema. Medições informam a eletrônica, as
correntes do próprio equipamento, as do barramento de carga e as da rede quando
se tem vários equipamentos em paralelo mais a rede.
Outra informação importante
é o potencial elétrico da rede, do barramento de carga em relação ao
equipamento que será paralelado ao sistema. Assim como a freqüência que tem uma
janela em percentual muito estreita ( 1 a 2 %) mais um tempo pré-programado para
liberar o sincronismo. A tensão é um fator importante por causa dos reativos
envolvidos. É por isso que existem limites para um paralelismo como, por
exemplo;
- Sensores de tensão alta e
baixa fornecem informação para o circuito de sincronização caso a tensão entre
as fontes estejam fora dos padrões, inibindo qualquer transferência de
paralelismo.
Vamos ao exemplo desta
figura7.
Vejam que temos amostragem
das correntes da rede e do barramento de carga.
Também temos amostragem das
tensões da rede e do barramento de carga.
Desta forma a chave estática
em questão para fechar o paralelismo vai necessita de um comando da eletrônica
que só ocorrerá se for satisfeitos os preceitos de proteção estabelecidos.
6.1- Alguns exemplos para a sincronização;
- Quando é feito o comando o
equipamento tem suas referencias de tensão influencias pelo barramento de carga
e da rede adaptando sua tensão de saída.
- Neste mesmo tempo as
correntes circulantes pelos TC´s serão uma compensação nas correntes reativas e
ativas (Va e W) de forma que ele divida a carga ou contribua dentro do valor
limite.
- Sistema costuma ter na sua
lógica uma informação de quantos equipamentos estão ligados (o mesmo comando
que manda fechar a chave estática informa o estatus), otimizando o
funcionamento geral.
Exemplos de controle das correntes
ativas e reativas, estas informações se juntarão ao controle da corrente que o
equipamento esta fornecendo em sua saída de forma a garantir uma estabilização.
Figura 8.
O sinal de comando “CZ”
serve para acionar as chaves eletrônicas de forma a liberar o controle
individual do equipamento, incrementando as informações de controle dos
barramentos de carga e rede.
6.2- Exemplo de controle na sincronização 2.
Tendo uma freqüência base, o
oscilador precisa ser influenciado pelas referencias dos barramentos de carga e
da rede. Como o exemplo anteriormente citado acima.
Além disso, a fase também precisa ser influenciada
para uma perfeita divisão de potencia ativa. O Sinal “VM” vem do comando para
acionar a chave eletrônica de forma que finamente interfira no controle de fase,
figura 9.
Um terceiro exemplo de
sincronismo vem do controle de tensão do equipamento.
É preciso que a tensão fornecida esteja o mais
próximo possível dos demais sistemas a serem paralelados.
Na próxima figura um exemplo
de como isso pode ser feito.
Figura 10.
Obseva-se que o sinal da
eletrônica “VN”, libera a soma dos sinais dos barramentos de carga e da rede
para que influenciem o controle de tensão interno do equipamento de forma que
as diferenças de tensão entre eles sejam as menores possíveis.
Portanto, seguindo o exemplo, se um
equipamento esta desajustado, considerando uma saída no barramento de carga em
220 Vac, e ele esteja em 223 Vac ou 217 Vac ao ser colocado no barramento de
paralelo suas tensão básica sofrerá estas influencias chegando aos 220 Vac.
Uma solução menos complexa
pode ser feita utilizando uma equalização de tensão com uso de reatores
conforme figura 11.
Note-se que os fluxos
magnéticos entre as fontes paraleladas são antagônicos, isto é de fluxos contrários.
Contactores são adicionados para que, toda vez que uma das unidades sai do
paralelo ou é desligada, obrigatoriamente o enrolamento seja curto-circuitado
evitando assim, sobre-tensões perigosas.
Neste exemplo, a tensão de
saída dos equipamentos 1 e 2 sempre será uma média das diferenças de tensão
tendendo, portanto a uma tensão equalizada no barramento de carga.
Um processo muito antigo que
não sei se ainda é aplicado na moderna tecnologia atual.
7- Tecnologia Moderna de No-break´s:
Tanto as tecnologias
unitárias ou tecnologias modulares, o processo é muito parecido
Temos que levar em
consideração que o moderno no-break tem um verdadeiro computador interno que
controla e gerencia tudo digitalmente.
Outra coisa importante eles
não mais paralelam efetivamente com a rede, possuindo chaves estáticas de
rápida transferência tanto do lado da rede como na sua saída de carga. Se
estipula que o tempo de transferência esteja entre ¼ de ciclo a ½ ciclo,
imperceptível, portanto para as cargas.
Com todo este aparato
tecnológico eles são simples e já preparados para operação singela ou em
paralelo, basta ligarem-se os cabos de comando do paralelismo nas RS pertinentes
e parametrização de forma igual.
Na figura 12 abaixo, um exemplo
desta nova tecnologia singela.
Vejam que alguns comandos
atuam de forma geral e outros esperam a decisão do outro (S) equipamento (s).
Por exemplo, se alguém inadvertidamente
fecha o by-pass manual todos outros vão para o by-pass, abrindo o (s)
inversores da barra crítica.
7.1- Sistema Paralelo:
Nesta outra imagem
exemplificativa são mostrado dois UPS em paralelo. As chaves
de by-pass num bloco único como STS.
Será de vital importância
nesta outra função de by-pass, seja ela por desligamento ou por transferência
comandada.
Estando dois equipamentos no
barramento de carga, aquele que foi desligado não acionará efetivamente a sua Chave
estática (STS), permanecendo como prioritário a outra máquina que esta
alimentado o sistema.
Vamos à figura 13;
7.2- Sistema de controle do paralelismo:
Como falamos no inicio,
sendo um computador, basta se interligar cabos de comunicação entre eles que
imediatamente um ficará como Máster e o outro (s) como escravo (s). Sempre o
primeiro a ser ligado assumirá como Máster na maioria das tecnologias modernas.
Vamos à próxima imagem das
placas de comunicações;
Figura 14.
Vejam que as duas RS
identificadas como paralelo são de simples entendimento.
Por exemplo:
Se tiver 3 no-breaks´s, a
porta da esquerda interliga aos NB da esquerda e a da direito no imediatamente à
direita e assim sucessivamente.
Portanto, os no-breaks´s
modernos paralelam somente entre eles, não existindo qualquer circulação de
corrente com a rede como as tecnologias do passado. No entanto, os inversores
projetados para tal sim, paralelam com a rede sejam eles sistemas complexos
como os HVDC e energia Eólica nas grandes potencias, mas também, os pequenos
sistemas solares e eólicos citados.
Assuntos Correlatos -
As novas Tecnologias de no-breaks
Fontes:
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfGZwAF/paralelismo-sincronismo
file:///C:/Documents%20and%20Settings/Usuario/Desktop/DissertacaoAltamiroAposDefesaRev1.pdf
http://www.portalsolar.com.br/o-inversor-solar.html
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAfGZwAF/paralelismo-sincronismo
file:///C:/Documents%20and%20Settings/Usuario/Desktop/DissertacaoAltamiroAposDefesaRev1.pdf
http://www.portalsolar.com.br/o-inversor-solar.html
http://blogdonevesja.blogspot.com.br/2015/05/brasil-expande-transmissao-de-energia.html
Imagens e videos disponíveis da internet.
Artigo e arquivos pessoais sobre o tema.
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-17592008000400010&script=sci_arttext
J.A.
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