Regulaçao Maquinas Primarias

SISTEMA DE REGULAÇÃO EM MÁQUINAS PRIMÁRIAS

Denis C. L. Costa1 [e-mail]

Resumo: Este trabalho descreve o sistema de regulação em máquinas primárias, com ênfase nas turbinas. Destaca-se que a principal função do controle de sistema de potência é manter o sistema operando no estado normal, ou seja, manter contínuo o suprimento de energia, dentro de certos padrões de qualidade: freqüência constante e tensão dentro de certos limites. A máquina primária é a responsável pelo acionamento mecânico do gerador de energia elétrica. Ela está associada com uma unidade de controle responsável pelo ajuste do suprimento de potência mecânica no eixo do conjunto gerador-máquina primária. Por esse motivo, as principais máquinas são apresentadas com análise em suas unidades de controle. O trabalho também apresenta simulações e comparações entre as diversas máquinas e seus reguladores de velocidade.

Palavras Chaves: Controle de velocidade, máquinas primárias.

1 INTRODUÇÃO

Diz-se que um sistema de potência encontra-se no estado normal de operação quando as seguintes condições são cumpridas: - A demanda de todas as cargas alimentadas pelo sistema é satisfeita; - A freqüência é mantida constante em seu valor nominal (60Hz).

Na apreciação destes requisitos, deve ser considerado que as cargas do sistema variam de maneira aleatória, embora lentamente e em ciclos diários, semanais e sazonais. Além disso, como a energia elétrica não pode ser armazenada, ela deve ser gerada ‘‘na medida certa’’ no instante em que for solicitada pela carga. A função precípua do controle de sistemas de potência é manter o sistema operando no estado normal. Em outras palavras,

1 Graduação em Licenciatura em Ciências/Habilitação Matemática 1992; Especialização em Física 1998; Mestrado em Geofísica pela Universidade Federal do Pará 2003; Doutorando em Engenharia Elétrica na área de Sistemas de Potência pela Universidade Federal do Pará. Professor do Instituto Federal de Educação Tecnológica do Pará – IFPA.

Sistema de regulação em máquinas primárias

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trata-se de garantir um suprimento contínuo de energia respeitando-se simultaneamente certos padrões de qualidade. Estes últimos consistem basicamente em se manter a freqüência constante e a tensão dentro de certos limites. Manter a freqüência constante e igual ao seu valor nominal é importante por uma série de motivos. Por exemplo, o desempenho da maioria dos motores de corrente alternada industriais é função da freqüência; freqüência nominal também é exigida por cargas nobres, como computadores; em certos países, o uso de relógios elétricos, cujo desempenho está obviamente ligado à freqüência, é muito disseminado, etc. Mas o motivo mais importante para manter a freqüência igual ao seu valor nominal é o fato de que ela é um indicador de que o balanço de potência ativa está sendo adequadamente cumprido. Isto é, a potência ativa fornecida pelos geradores do sistema é igual à potência ativa solicitada pelas cargas. Quanto à tensão, pode-se igualmente dizer que o desempenho de vários componentes da carga (torque de motores de indução, fluxo luminoso de lâmpadas, etc) é também fortemente ligado à tensão, além do fato de que a tensão, de maneira análoga à freqüência para a potência ativa, é um indicador do balanço de potência reativa. Contudo, a possibilidade de se poder contar com fontes locais de reativo (bancos de capacitores, compensadores síncronos e estáticos, reatores) e com outros meios de controle além da excitação dos geradores (‘‘taps’’ de transformadores) faz com que sejam toleradas variações de tensão bem maiores do que é normalmente admitido para a frequência. O controle de sistemas de potência é facilitado pela aplicação da propriedade de desacoplamento entre os pares de variáveis potência ativa (P) - ângulo da tensão nas barras () e potência reativa (Q) - magnitudes de tensão (V). Embora teoricamente variações em P possam afetar V e mudanças em Q possam influenciar , dentro da faixa normal de operação estes efeitos cruzados são apenas marginais. Assim, controlando-se o torque entregue pelas máquinas primárias aos geradores controla-se essencialmente a potência ativa e consequentemente a frequência (cujas variações estão ligadas às variações de ). Da mesma forma, através de variações apropriadas da excitação do campo dos geradores controla-se a potência reativa gerada e conseqüentemente a tensão terminal da máquina.

2 MÁQUINA PRIMÁRIA E UNIDADE DE CONTROLE DE VELOCIDADE

As principais fontes primárias de energia elétrica são:

COSTA, Denis C. L.

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• A energia cinética da água; • A energia térmica derivada de combustível fóssil; • Fissão nuclear.

Máquina primária é todo dispositivo que transforma essas modalidades de energia em energia mecânica para que essa, em seguida, seja transformada em energia elétrica pelo gerador. As principais máquinas primárias são: Turbinas hidráulicas, turbinas a vapor, turbinas a gás, turbinas eólicas e motores a diesel. A máquina primária é a responsável pelo acionamento mecânico do gerador de energia elétrica. Ela está associada com uma unidade de controle responsável pelo ajuste do suprimento de potência mecânica no eixo do conjunto gerador-máquina primária. A unidade de controle controla a velocidade através do suprimento de potência ao gerador. Por esse motivo ela é normalmente chamada de Regulador de Velocidade. O regulador de velocidade deve acompanhar a variação de velocidade do gerador durante todo o tempo e em qualquer condição de carga, agindo no sentido de mantê-la na condição especificada. Esta regulação automática exercida pelos reguladores de velocidade das máquinas do sistema também é chamada de Regulação Primária. Durante a operação em regime permanente a ação do regulador de velocidade fornece uma rotação constante (na velocidade síncrona) de um gerador síncrono. Durante o regime transitório, este atua no sentido de minimizar as variações de velocidade e freqüência, melhorando desta forma a estabilidade global de um sistema elétrico. O regulador de velocidade eleva

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