Aplicação de geradores em instalações elétricas: alguns cuidados necessários

Edição 112 – Maio de 2015
Por José Starosta

Na última edição, abordamos a possibilidade apresentada pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), por meio da portaria 44 do MME, de compra da energia gerada por unidades consumidoras e que atualmente se encontra em estudo após a chamada pública.

Caso esta proposta seja levada adiante, fatalmente o número de instalações que possuem fontes complementares, no caso, sistemas de geradores com motor diesel ou a gás, será incrementado e algumas questões técnicas – além das exigências do poder concedente e da própria concessionária – devem acompanhar o processo de instalação, garantindo a operação confiável e suprimento adequado às cargas.

Apresentam-se alguns cuidados no projeto, concepção e instalação a serem tomados na implantação de um sistema redundante com geradores.

Figura 1 – Geradores instalados em contêineres em sistema industrial em média tensão.

Aspectos de dimensionamento

Diferentemente da situação de dimensionamento de transformadores, o dimensionamento dos geradores deve considerar com bastante cuidado o comportamento da carga, considerando a sua variação, incluindo os picos de potências ativa e reativa registrados com resolução adequada, velocidade da variação da carga, distorção harmônica da carga, entre outras. O fator de potência da carga também pode influenciar no dimensionamento, uma vez que o fator de potência nominal da fonte é de 0,8.

Alimentação da carga

O projeto deve prever que as cargas são, ora, alimentadas pela rede e, ora, pelos geradores, sendo, portanto, necessário o atendimento a pelo menos ambas as premissas em análise particular. Nos casos em que as duas fontes operam em paralelo, independentemente do tempo, as premissas de projeto deve considerar também esta situação.

Controle da carga/demanda

Também de forma oposta aos sistemas alimentados por fontes convencionais, a rejeição de carga em geradores merece outra abordagem, pois qualquer variação (pico) de carga em tempo muito curto pode não só causar importante afundamento como derrubar o gerador por alguma proteção, não permitindo o controle de demanda da forma como aplicado em alimentação por transformadores. A solução para esta situação (quando vários geradores são ligados em paralelo) é a aplicação da operação em “n+1” sistemas, permitindo a falha de pelo menos uma fonte.

Comportamento da fonte

A impedância dos geradores é da ordem de três vezes a impedância dos transformadores. Com isso, a regulação de tensão pode ficar prejudicada se o sistema de controle não possuir velocidade adequada. Outro que pode merecer atenção é a distorção de tensão, caso a carga seja distorcida. Pior ainda, nem sempre as soluções oferecidas são compatíveis com  a operação com geradores, conforme exposto no item seguinte. A figura a seguir apresenta o comportamento da tensão de alimentação durante a operação pela rede da concessionária local e, em seguida, por geradores, em que se nota a mudança de comportamento com sensível redução da qualidade de energia de alimentação das cargas.

Figura 2 – Comportamento da tensão de alimentação durante a operação da rede da concessionária local e, em seguida, por geradores.

Filtros elétricos

Conforme já citado em colunas anteriores (ver edição 96, de janeiro de 2014, e edição 64, de maio de 2011), os geradores devem operar dentro dos limites de fornecimento de potência ativa e, principalmente, reativa, conforme as suas curvas de capabilidade que definem os limites de operação do motor e do gerador. O uso de capacitores aplicados em filtros passivos com baixa velocidade de manobra pode causar a excitação do gerador, causando a atuação da proteção e o consequente desligamento.  Filtros ativos ou compensadores estáticos com velocidade adequada podem ser soluções aplicáveis, como demonstrado nas matérias publicadas e acima referenciadas.

Regime de operação

Importante considerar as limitações de capacidade para atendimento às cargas pelos geradores, normalmente especificados para operação em regime “stand-by”. Para a operação em regime “pleno” ou “prime” conforme a ISO 8528, a potência líquida gerada pode ser até 20% menor que o valor nominal dependendo do equipamento. A geração na ponta se caracteriza pelo regime de operação “contínuo” (terceiro modo de operação), conforme definido pela citada ISO 8528.

Aspectos do sistema de abastecimento, exaustão e ruído

Além da autonomia desejável para os geradores, o sistema de armazenagem e alimentação de combustível deve estar adequado às regulamentações que vêm se tornando naturalmente mais rígidas. Assim, não são tolerados grandes volumes de tanques de armazenamento que não estejam enterrados em locais onde existam edificações, além da natural preocupação com a exaustão da fumaça.

O tipo de combustível é outro ponto a ser definido. Apesar de o gás natural possuir uma característica ambiental bem melhor que o diesel, este último possui custo mais acessível e melhor garantia de autonomia vinculada ao sistema de armazenamento do combustível que pode ser disponibilizado.

O ruído audível deve estar vinculado às regulamentações municipais e os fabricantes oferecem equipamentos com montagem em contêineres (conforme a Figura 2), que podem ser adequados a estas exigências. No caso de instalação convencional, as casas de máquinas devem prever isolamento acústico.

Manutenção

A

aquisição de grupos geradores a diesel requer os cuidados típicos de sistemas mecânicos de grande porte associados aos conhecidos sistemas elétricos de potência. Além disso, a operação periódica como rotina deve considerar a operação com carga pelo menos mínima, sob pena de causar danos ao motor que definitivamente não pode operar com baixa carga (menor que 30%).