Proteção dos Geradores contra Sobrecarga
Se em aplicações de
emergência/standby com voltagem baixa (600 volts ou menos), onde são
alimentadas cargas críticas, e o grupo gerador funciona durante um número
relativamente pequeno de horas por ano, deverão ser satisfeitos os requisitos
de proteção mínima das normas elétricas aplicáveis. Além disso, o engenheiro
responsável pelas especificações deverá considerar a questão entre a proteção
do equipamento e a continuidade de energia para cargas críticas e poderá
decidir por um nível de proteção acima do mínimo.
Em aplicações de energia prime ou
ininterruptas de baixa voltagem, a perda de energia resultante do acionamento
dos dispositivos de proteção seria tolerável e, portanto, um nível mais alto de
proteção do equipamento seria apropriado.
Zona de Proteção: A zona de
proteção para geradores inclui o gerador e os condutores dos terminais do
gerador até o primeiro dispositivo de sobrecorrente; um dispositivo de sobrecorrente
principal-linha (se usado), ou o barramento do dispositivo de sobrecorrente do
alimentador. A proteção contra sobrecorrente do gerador deverá incluir proteção
contra falhas de curto-circuito em qualquer ponto desta zona.
No lado anterior do barramento do
alimentador, aplica-se a prática padrão para a proteção contra sobrecorrente
nos condutores e equipamentos. A razão entre a corrente nominal do gerador e a
classificação dos dispositivos de sobrecorrente anteriores, multiplicada pela
corrente de curtocircuito disponível no gerador nos primeiros ciclos, deverá
ser suficiente para desarmar estes dispositivos em um ou dois ciclos.
Sistemas de Emergência/Standby de
600 Volts ou Menos: A proteção mínima de sobrecarga do gerador exigida pelas normas
elétricas aplicáveis é recomendada para aplicações de Emergência/Standby de 600
volts ou menos. Em geral, isto significa que o gerador deverá ser fornecido com
dispositivos contra sobrecorrente de fase como fusíveis ou disjuntores, ou ser
protegido por um projeto inerente como o PowerCommand AmpSentry™. Em algumas
aplicações, as normas elétricas também podem exigir uma indicação de falha de
terra.
Disjuntor do Gerador: A prática
convencional em geradores sem proteção inerente contra a sobrecorrente é
fornecer um disjuntor com carcaça moldada (MCCB), seja termomagnético ou de
circuito integrado, dimensionado para proteger os condutores de alimentação do
gerador para atender os requisitos das normas elétricas de proteção contra
sobrecarga do gerador. Entretanto, um MCCB termomagnético típico, dimensionado
para conduzir a corrente nominal do gerador, não fornece proteção efetiva ao
gerador.
Geralmente, se forem utilizados
disjuntores para a proteção do gerador, um disjuntor de circuito integrado com
ajustes totais (muito tempo, pouco tempo e instantâneo, LSI) será exigido para
coordenar a curva de proteção do disjuntor dentro da curva de capacidade
térmica do gerador. Em casos em que o gerador é protegido por projeto inerente,
como geradores com PowerCommand AmpSentry™, não será necessária usar um
disjuntor da linha principal para a proteção contra sobrecarga do gerador.
Existem outras razões para
considerar o uso de um disjuntor; como a proteção dos condutores de alimentação
do gerador, e para se ter meios de desconexão. Para melhorar a confiabilidade
de todo o sistema, pode ser fornecido um meio de desconexão através de um
comutador de carcaça moldada ou por outros meios não automáticos.
Projeto Inerente, Falhas
Balanceadas: Pode-se considerar a proteção de um gerador auto-excitado (ponte)
através de um projeto inerente, uma vez que o mesmo não é capaz de sustentar
corrente de curto-circuito em falhas trifásicas balanceadas o tempo suficiente
para que ocorram danos sérios ao gerador. Considerando-se a necessidade de alta
confiabilidade de energia para cargas críticas, o uso de ponte de excitação é
às vezes tido como suficiente para atender a proteção mínima do gerador exigida
pelas normas elétricas através de projeto inerente e tornar desnecessários os
dispositivos de proteção contra sobrecorrente (fusíveis ou disjuntores).
Nota: Na América, as normas
elétricas permitem que os condutores de alimentação do gerador, dimensionados
em 115% da corrente nominal do gerador, possam ser colocados em curtas
distâncias sem proteção contra sobrecorrente.
Um gerador com excitação PMG sem
o PowerCommand é capaz de sustentar correntes de curto-circuito com uma falha
desbalanceada ou balanceada. Se dispositivos de proteção contra sobrecorrente
anteriores ao gerador não conseguirem eliminar uma falha de curto-circuito
trifásica balanceada, o sistema de excitação PMG tem uma função de desligamento
por superexcitação que servirá como “reserva”. Esta função de superexcitação
desliga o regulador e voltagem após cerca de 8-10 segundos. Esta proteção de
reserva é adequada apenas para falhas trifásicas e não protege o gerador contra
danos por falhas monofásicas.
Controles PowerCommand e
AmpSentry: O PowerCommand usa um microcontrolador (microprocessador) com
sensores de corrente trifásica para monitorar continuamente a corrente em cada
fase. Sob condições de falha monofásica ou trifásica, a corrente é regulada em
cerca de 300% da classificação do gerador. O microcontrolador integra corrente
versus tempo e compara o resultado com uma curva de referência de danos
térmicos do gerador. Antes de atingir a curva de danos, o microcontrolador
protege o gerador desconectando a excitação e o motor. A Figura 5-10 mostra a
curva de proteção do AmpSentry, (A curva
de proteção do Power Command AmpSentry é disponível para os representantes da
Cummins Power Generation; pedir o formulário R-1053), para uso em estudos de proteção e
coordenação. A curva de danos térmicos do alternador é mostrada à direita da
curva de proteção do AmpSentry.
Uma sobrecarga de corrente de
110% da nominal durante 60 segundos provoca o acionamento de um alarme de
sobrecarga e dos contatos de escoamento da carga. Uma sobrecarga acima de 110%
fará com o tempo de resposta de proteção seja determinado pelo inverso do tempo
da curva de proteção. Estes controles fornecem proteção ao gerador em toda a
faixa de tempo e corrente, desde curtoscircuitos instantâneos, sejam eles
monofásicos ou trifásicos, até sobrecargas de vários minutos de duração.
Em termos de coordenação
seletiva, uma importante vantagem do AmpSentry em relação a um disjuntor
principal é que o AmpSentry possui um atraso inerente de cerca de 0,6 segundos
para todas as falhas de corrente acima de 4 por unidade. Este atraso permite a
resposta instantânea dos disjuntores à frente para eliminar falhas sem desligar
o gerador, proporcionando coordenação seletiva com o primeiro nível de
disjuntores à frente.
Indicação/Proteção contra Falha
de Terra: Na América, as normas elétricas exigem que haja indicação de uma
falha de terra nos geradores de emergência e standby (segurança à vida)
solidamente aterrados, operando com mais de 150 volts com a terra, e com
dispositivos principais de sobrecorrente classificados para 1000 ampères ou
mais.
Se exigido, a prática padrão em
aplicações de emergência/standby é fornecer somente uma indicação de travamento
de uma falha de terra e não desarmar um disjuntor. Embora possa ser fornecida a
proteção de falha de terra do equipamento que abre um disjuntor principal do
gerador, isto não é exigido pelas normas e nem é recomendado em geradores de
emergência (segurança à vida).
O funcionamento correto dos
sensores de falha de terra em grupos geradores geralmente exige que o gerador
seja derivado separadamente e o uso de um comutador de transferência com 4
pólos (neutro comutado), (Consultar a publicação T-016 da Cummins Power
Generation sobre Paralelismo e Chave Seletora de Paralelismo).
Energia Prime e Ininterrupta, 600
Volts ou Menos: A proteção contra sobrecorrente do gerador exigida pelas normas
elétricas na América do Norte é recomendada para aplicações de energia prime e
ininterrupta com 600 volts ou menos. Normalmente, isto significa que o gerador
deverá ser provido de dispositivos de sobrecorrente por fases, como fusíveis ou
disjuntores, ou ser protegido por projeto inerente.
As unidades equipadas com o
controle PowerCommand com o AmpSentry oferecem tal proteção. Se for desejado um
nível mais alto de proteção, o PowerCommand oferece também as seguintes
proteções inerentes em todas as fases:
• Curto-circuito
• Voltagem excessiva
• Voltagem baixa
• Perda do campo
• Energia reversa
Como dito anteriormente, o
controle PowerCommand com AmpSentry oferece proteção contra sobrecorrente e
perda de campo inerente ao seu projeto.
Voltagem Média, Todas as
Aplicações Em aplicações de voltagem média (601–15.000 volts), a prática padrão
de oferecer proteção ao gerador geralmente não compromete a confiabilidade no
fornecimento de energia desde que seja possível a seleção de dispositivos. O
custo do investimento em equipamentos também garante um nível mais elevado de
proteção. A proteção mínima básica inclui (veja a Figura 5-11):
• Detecção de sobrecorrente
reserva trifásica (51V)
• Um relé de tempo-sobrecorrente
de terra de reserva (51G)
• Detecção de perda do campo (40)
• Detecção de sobrecorrente
trifásica instantânea para proteção diferencial (87).
Consulte a Norma ANSI/IEEE No.
242 para obter informações adicionais sobre a proteção contra sobrecorrente
destes geradores.
Proteção Contra Altas Tensões em
Geradores de Voltagem Média: Deve-se considerar a proteção de geradores de
voltagem média contra altas tensões provocadas por quedas de raios nas linhas
de distribuição e pelas operações de comutação. A proteção mínima inclui:
• Protetores de linha nas linhas
de distribuição
• Pára-raios nos terminais do
gerador
• Condensadores contra picos nos
terminais do gerador
• Observância estrita às boas
práticas de aterramento.
