WEBINAR Especificação de alternadores MÓDULO 2 – Cálculo de queda de tensão em alternadores AVALIAÇÃO DOS TRANSIENTES DE CORRENTE E TENSÃO Em instantes MOTORES DE ANÉIS ESPECIFICAÇÃO DE ALTERNADORES MÓDULO 2 – CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO E M A LT E R N A D O R E S E S P E C I F I C A Ç Ã O D E A LT E R N A D O R E S Informações e dados oriundos do MÓDULO 1 – Dimensionamento e Especificação de Alternadores - REGIME. Exemplo: Numa indústria deve ser instalado um grupo gerador diesel para fornecer eletricidade às suas instalações, onde existem as seguintes fontes consumidoras: Iluminação: 80 kVA, cos = 0.7 Aquecimento: 152 kVA, cos = 1.0 01 motor de indução trifásico WEG - IP54 - 40CV - IV polos 01 motor de indução trifásico WEG - IP54 - 60CV - IV polos 01 motor de indução trifásico WEG - IP54 - 75CV - IV polos ALTERNADOR MÍNIMO APRESENTADO NO MODULO 1: Modelo do alternador para 440 V e 60 Hz: AG10 250MI20AI, 440 kVA, rendimento 93,8% 02 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 03 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 04 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 05 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 06 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 07 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 08 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 09 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 10 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G MODULO 2 11 S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R N O S I T E W E G 12 TERMINO REVISÃO MODULO – 1 - REGIME Calculamos o menor Alternador para alimentar a Lista de Cargas apresentada: Precisamos avaliar as performances em transiente dessas mesmas cargas... Mas, como fazemos isso? 13 INTRODUÇÃO À QUEDA DE TENSÃO Ao se aplicar uma carga no gerador, teremos subitamente uma queda de tensão que depende da reatância do gerador, da corrente e cosφ da carga e do tipo de regulação. Modelo do gerador com uma carga conectada aos seus terminais e representação da Queda de Tensão (U): Gerador Carga 14 QUEDA DE TENSÃO As situações mais críticas de queda e recuperação de tensão em geradores ocorrem nas partidas de motores de indução conectados aos seus terminais. 15 Q U E D A D E T E N S Ã O – A U M E N TO D E C A R G A ▪ Ocorre quando há um aumento de carga repentino e ocasiona uma variação de tensão U(t) nos terminais do gerador, no instante 0+ (Instante de tempo imediatamente após ao transiente – aprox. ciclo); ▪ O regulador de tensão identifica a redução da amplitude de tensão terminal e aumenta a amplitude da corrente de campo para restaurar a tensão nominal; ▪ A figura demostra a variação de tensão nos terminais do Alternador em função do Fonte: ISO 8528-3 tempo; 16 REJEIÇÃO DE CARGA – DIMINUIÇÃO DE CARGA ▪ Ocorre quando há uma redução de carga repentina e ocasiona uma variação de tensão U(t) nos terminais do gerador, no instante 0+ (Instante de tempo imediatamente após ao transiente – aprox. ciclo); ▪ O regulador de tensão identifica o aumento da amplitude de tensão terminal e diminui a amplitude da corrente de campo para restaurar a tensão nominal; ▪ A figura demostra a variação de tensão nos terminais do Alternador em função do Fonte: ISO 8528-3 tempo; 17 T R A N S I E N T E D E T E N S Ã O – L I M I T E S N O R M AT I V O S Fonte: ISO 8528-1 18 T R A N S I E N T E D E T E N S Ã O – L I M I T E S N O R M AT I V O S Fonte: ISO 8528-5 Tabela 4 19 VA R I A Ç Ã O D A T E N S Ã O E M F U N Ç Ã O D O T E M P O 20 QUEDA DE TENSÃO - IMPEDÂNCIAS Admitindo-se algumas simplificações, a Queda de Tensão (U) pode ser determinada conforme a equação abaixo, utilizando-se as reatâncias do gerador e do motor: XA U = XA + Xm Onde: XA = reatância do gerador Xm = reatância do motor Obs.: XA e Xm em pu 21 CÁLCULO DA QUEDA DE TENSÃO Podemos chegar a valores muito próximos da realidade considerando as reatâncias do gerador como mostrado na equação: * d X U% = . 100 * 1+ X d Ou de forma genérica, para qualquer valor de reatância e correntes, vale a relação: Onde: [ X * d . (Ip/In)] U% = . 100 * 1 + [ X d . (Ip/In)] X*d = Xd’ (em pu), para máquinas com excitatriz e regulador eletrônico (geradores brushless); X*d = Xd’’ (em pu), para excitatriz estática (geradores com escovas); Ip = corrente de partida do motor; In = corrente nominal do gerador. 22 INFLUÊNCIA DA CARGA INICIAL As cargas iniciais em geradores podem ser agrupadas em três tipos: ▪ Impedância constante ▪ kVA constante ▪ Corrente constante 23 C A R G A I M P E D Â N C I A C O N S TA N T E A corrente do gerador reduzirá proporcionalmente à tensão do mesmo, quando este estiver sob uma carga do tipo impedância constante. Consequentemente, este efeito reduzirá a queda de tensão. Para efeito de cálculo poderá ser desprezado. Exemplos de carga tipo impedância constante: lâmpadas incandescentes, aquecedores resistivos, resistores. 24 C A R G A k VA C O N S TA N T E Quando se tem cargas do tipo kVA constante, na redução da tensão ocorre um aumento da corrente, ocasionando consequentemente um aumento da queda de tensão. Um exemplo deste tipo de carga são motores de indução. 25 C A R G A C O R R E N T E C O N S TA N T E Ao se combinar cargas do tipo kVA constante e impedância constante, tem-se cargas do tipo corrente constante, pois o efeito é contrário, com tendência de se anularem. Neste caso, a queda de tensão não provocaria variações de corrente e, consequentemente, não haveria queda de tensão. Este tipo de carga pode ser considerada como a mais comum. 26 C O R R E N T E E M M O TO R E S D E I N D U Ç Ã O Acréscimo da corrente para motores de indução em regime (Delta i) em função da redução de tensão nos seus terminais (Delta u). 27 CORRENTE E CONJUGADO E M M O TO R E S D E I N D U Ç Ã O Fator de redução da corrente (K1) e conjugado (K2) para motores de indução, na partida, em função da redução de tensão (U). 28 CORRENTE E CONJUGADO E M M O TO R E S D E I N D U Ç Ã O – PA R T I D A Exemplo para partida com 85% da tensão nominal: IMPORTANTE: A queda de tensão resultante na partida de motores poderá tornar o motor não apto para acionar a carga. Deverá ser analisado o tipo de carga a ser acionada, obtendo-se o valor mínimo de conjugado e, consequentemente, o limite da queda de tensão. 29 G E R A D O R E S E M PA R A L E L O Reatância Equivalente No caso do uso de geradores em paralelo, a reatância total deve ser calculada pela expressão: IT = IG1 + IG2 + ... + IGn * * * * XdT Xd1 Xd2 Xdn Onde: IT = corrente nominal total dos geradores ligados em paralelo; XdT* = reatância total (Xd’ ou Xd’’, conforme o caso); IG1...n = corrente nominal de cada gerador ligado em paralelo; Xd1...n * = reatância de cada gerador ligado em paralelo. 30 D E V O LTA A O N O S S O E X E M P L O . . . Numa indústria deve ser instalado um grupo gerador diesel para fornecer eletricidade às suas instalações, onde existem as seguintes fontes consumidoras: Iluminação: 80 kVA, cos = 0.7 DESCONSIDERAMOS POR SEREM CARGAS DE IMPEDANCIA CONSTANTE Aquecimento: 152 kVA, cos = 1.0 01 motor de indução trifásico WEG - IP54 - 40CV - IV polos 01 motor de indução trifásico WEG - IP54 - 60CV - IV polos 01 motor de indução trifásico WEG - IP54 - 75CV - IV polos ALTERNADOR MÍNIMO APRESENTADO NO MODULO 1: Modelo do alternador para 440 V e 60 Hz: AG10 250MI20AI, 440 kVA, rendimento 93,8% 31 Q U A I S VA R I Á V E I S P R E C I S A M O S E N C O N T R A R ? Forma ajustada para Alternadores com Sistema de Excitação [ X ' d . (Ip/In)] U% = . 100 ' 1 + [ X d . (Ip/In)] Onde: X’d = (em pu), Reatância Transitória de eixo direto; - Catalogo Alternador , Site ou Folha de Dados Alternador; Ip = corrente de partida do motor; - Catalogo Motor Eletrico, Site ou Folha de Dados Motor Elétrico; In = corrente nominal do gerador. - Calculo da Corrente a partir da Potência Aparente Nominal; 32 E N C O N T R A R A R E AT Â N C I A X ´ D N O C ATA L O G O 33 INFORMAÇÕES NA FOLHA DE DADOS 40 CV 60 CV 75 CV 34 E N C O N T R A R A R E AT Â N C I A X ´ D N O C ATA L O G O A Partir da Formula do Cálculo da Potencia Aparente: S = 3 x U1 x I1 Onde: S - Potência Aparente (VA) U1 - Tensão de linha (V) I1 - Corrente de linha (A) Como necessitamos da amplitude de corrente, a colocaremos em evidência: Para Alternador modelo AG10 250MI20AI, 440 kVA na ligação de 440Vca -60Hz S I1= 3 •U 1 In = 577A. 35 SISTEMA CONSIDERADO Motor Diesel 40 CV 60 CV 75 CV 36 M O TO R D E 4 0 C V A queda de tensão para o motor será: Motor Diesel 327 577 ∙ 100 = 0,0878 ∙ 100 = 8,78% ∆𝑈% = 327 1 + [0,164 ∙ ] 577 0,164 ∙ 40 CV 60 CV 75 CV Deve-se observar a o gráfico de redução de corrente de partida – K1 – aplicá-la a corrente de partida do motor e recalcular a queda de tensão. 37 M O TO R D E 4 0 C V Motor Diesel 40 CV 𝑃𝑎𝑟𝑎 ∆𝑈% = 8,78%, 𝐾1 = 0,88 ∴ 𝐼𝑝 = 0,88 ∙ 327 = 287,8 𝐴 60 CV 75 CV Fator K2 de redução de conjugado é 0,75. 38 M O TO R D E 4 0 C V – P R I M E I R A I N T E R A Ç Ã O Portanto, a real queda de tensão na partida do motor será: Motor Diesel 287,8 577 ∆𝑈% = ∙ 100 = 0,076 ∙ 100 = 7,6% 287,8 1 + [0,164 ∙ ] 577 0,164 ∙ 7,6% ≤ 15% ∴ 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑚𝑒𝑛𝑑𝑎𝑑𝑜 40 CV 60 CV 75 CV 39 M O TO R D E 6 0 C V ( C O M 4 0 C V E M R E G I M E ) A queda de tensão a partir da aplicação direta da formula para o motor de 60CV para o motor será: Motor Diesel 548 577 ∆𝑈% = ∙ 100 = 0,135 ∙ 100 = 13,5% 548 1 + [0,164 ∙ ] 494,7 0,164 ∙ 40 CV 60 CV 75 CV Para o motor de 40 CV, já acionado, deve-se aplicar a correção de corrente de regime. Já para o motor de 60 CV deve-se aplicar a correção de corrente de partida dada pelo fator K1. 40 M O TO R D E 6 0 C V ( C O M 4 0 C V E M R E G I M E ) 𝑂 𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 40 𝐶𝑉 é 𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝐼∆𝑖40𝐶𝑉 = 𝐼𝑛 40𝐶𝑉 ∙ ∆𝑖% 𝐼∆𝑖 40𝐶𝑉 = 49,6 ∙ 0,23 =11,4 A 𝑂 𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑑 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐾1 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 60 𝐶𝑉 = 0,84 𝐼𝑝 = 548 ∙ 0,84 = 460,3 𝐴 41 M O TO R D E 6 0 C V ( C O M 4 0 C V E M R E G I M E ) PRIMEIRA INTERAÇÃO Portanto, a corrente de partida total (Transiente de Corrente que o Alternador reconhecerá) do sistema é: 𝐼𝑝 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼∆𝑖 40𝐶𝑉 + 𝐼𝑝 60𝐶𝑉 = 11,4 + 460,3 = 471,7 𝐴 Motor Diesel A queda de tensão na partida do motor para a primeira interação é: 471,7 577 ∙ 100 = 0,117 ∙ 100 = 11,7% ∆𝑈% = 466,2 1 + 0,164 ∙ 577 0,164 ∙ 40 CV 60 CV 75 CV 11,7% ≤ 15% ∴ 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑚𝑒𝑛𝑑𝑎𝑑𝑜 Se realizarmos a segunda interação, teremos maior precisão do valor de queda de tensão. 42 M O TO R D E 7 5 C V ( C O M 4 0 C V + 6 0 C V E M R E G I M E ) A queda de tensão a partir da aplicação direta da formula para o motor de 75CV para o motor será: Motor Diesel 653 577 ∆𝑈% = ∙ 100 = 0,156 ∙ 100 = 15,6% 653 1 + [0,164 ∙ ] 577 0,164 ∙ 40 CV 60 CV 75 CV Para os motores de 40 CV e 60CV, já acionados, deve-se aplicar a correção de corrente de regime. Já para o motor de 75 CV deve-se aplicar a correção de corrente de partida dada pelo fator K1. 43 M O TO R D E 7 5 C V ( C O M 4 0 C V + 6 0 C V E M R E G I M E ) PRIMEIRA INTERAÇÃO 𝑂 𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 40 𝐶𝑉 é 𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝐼𝑝 40𝐶𝑉 = 𝐼𝑛 40𝐶𝑉 ∙ ∆𝑖% 𝐼𝑝∆ 40𝐶𝑉 = 49,6 ∙ 0,27 =13,39 A 𝑂 𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 60 𝐶𝑉 é 𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝐼𝑝 60𝐶𝑉 = 𝐼𝑛 60𝐶𝑉 ∙ ∆𝑖% 𝐼𝑝∆ 40𝐶𝑉 = 73,0 ∙ 0,27 =19,71 A 𝑂 𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑑 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐾1 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 75 𝐶𝑉 = 0,80 𝐼𝑝 = 653 ∙ 0,80 = 522,4 𝐴 44 M O TO R D E 7 5 C V ( C O M 4 0 C V + 6 0 C V E M R E G I M E ) PRIMEIRA INTERAÇÃO Portanto, a corrente de partida total (Transiente de Corrente que o Alternador reconhecerá) do sistema é: 𝐼𝑝 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼∆𝑖40𝐶𝑉 + 𝐼∆𝑖60𝐶𝑉 + 𝐼𝑝 75𝐶𝑉 = Motor Diesel 𝐼𝑝 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 13,39 + 19,71 + 522,4 = 555,5 𝐴 A queda de tensão na partida do motor para a primeira interação é: 555,5 577 ∙ 100 = 0,136 ∙ 100 = 13,6% ∆𝑈% = 555,5 1 + 0,164 ∙ 577 0,164 ∙ 40 CV 60 CV 75 CV Realizaremos a segunda interação para maior precisão do valor de queda de tensão. 45 M O TO R D E 7 5 C V ( C O M 4 0 C V + 6 0 C V E M R E G I M E ) SEGUNDA INTERAÇÃO 𝑂 𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 40 𝐶𝑉 é 𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝐼𝑝 40𝐶𝑉 = 𝐼𝑛 40𝐶𝑉 ∙ ∆𝑖% 𝐼𝑝∆ 40𝐶𝑉 = 49,6 ∙ 0,25 =12,4 A 𝑂 𝐴𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 60 𝐶𝑉 é 𝑑𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝐼𝑝 60𝐶𝑉 = 𝐼𝑛 60𝐶𝑉 ∙ ∆𝑖% 𝐼𝑝∆ 40𝐶𝑉 = 73,0 ∙ 0,25 =18,25 A 𝑂 𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑑 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐾1 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 75 𝐶𝑉 = 0,83 𝐼𝑝 = 653 ∙ 0,83 = 541,99 𝐴 46 M O TO R D E 7 5 C V ( C O M 4 0 C V + 6 0 C V E M R E G I M E ) SEGUNDA INTERAÇÃO Portanto, a corrente de partida total (Transiente de Corrente que o Alternador reconhecerá) do sistema é: 𝐼𝑝 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐼∆𝑖40𝐶𝑉 + 𝐼∆𝑖60𝐶𝑉 + 𝐼𝑝 75𝐶𝑉 = Motor Diesel 𝐼𝑝 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 12,4 + 18,25 + 541,99 = 572,64 𝐴 A queda de tensão na partida do motor para a primeira interação é: 572,64 577 ∆𝑈% = ∙ 100 = 0,14 ∙ 100 = 14,0% 572,64 1 + 0,164 ∙ 577 0,164 ∙ 40 CV 60 CV 75 CV 14,0% ≤ 15% ∴ 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑚𝑒𝑛𝑑𝑎𝑑𝑜 Se Não encontrássemos resultado de acordo com nossos objetivos, seria necessário utilizar um alternador de maior corrente nominal. 47 S E N E C E S S Á R I O S E L E C I O N A R A LT E R N A D O R M A I O R 48 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE 49 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE 50 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE 51 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE 52 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE 53 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE Rolar para Baixo 54 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE 55 CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO- SITE 56 PROXIMA TURMA DO CURSO EAD DT5 SERÁ DE 27 a 30/SET EAD - CARACTERÍSTICAS E ESPECIFICAÇÕES DE GERADORES EAD DT05 - À Distância e Síncrono Objetivos Fornecer aos profissionais envolvidos com especificação de geradores, condições de compreender o princípio de funcionamento, as características técnicas bem como a especificação destes em função da carga acionada. Programa ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Noções fundamentais Características do ambiente Características de desempenho Características construtivas Seleção de geradores Público Alvo Desenvolvimento e aperfeiçoamento de profissionais de engenharia, técnicos, autônomos, eletricistas, professores e estudantes. IMPORTANTE: 1) O acesso ao curso será através da internet e software Microsoft TEAMS. 2) As instruções para acesso ao treinamento a distância serão enviadas até dois dias anteriores ao início do curso para o endereço de e-mail cadastrado pelo interessado no ato da matrícula. 3) O curso ocorrerá online de segunda a quinta-feira das 8h até 12h + 08h de atividades off-line, podendo ser realizado somente nas datas selecionadas no momento da inscrição. ATENÇÃO! 1) Somente será aceita uma única inscrição por participante/CPF. 2) Antes de solicitar a matrícula, tenha certeza de que poderá realizar o curso no período escolhido. Esse curso é totalmente gratuito. OBRIGADO! Anderson Antonio de Oliveira: [email protected]
