Equipamentos Agregados e Sistemas Auxiliares

Os equipamentos agregados e sistemas auxiliares da unidade geradora geralmente encontram-se distribu´ıdos pela planta. Em virtude da necessidade de intercˆambio de informac¸˜oes de estado e de sinais de controle, comando e supervis˜ao entre eles e os demais componentes do sistema, s˜ao ne- cess´arios os servic¸os de um suporte de comunicac¸˜ao que atenda aos requisitos de previsibilidade, seguranc¸a e disponibilidade. Dentre estes equipamentos merecem destaque, em func¸˜ao de sua essen- cialidade para a operac¸˜ao da planta, os seguintes:

Sistema de excitac¸˜ao - O sistema de excitac¸˜ao ´e respons´avel pelo controle da tens˜ao e da potˆencia reativa da m´aquina s´ıncrona. Do ponto de vista do sistema el´etrico o gerador ´e o objeto con- trolado e o sistema de excitac¸˜ao ´e o controlador que atua sobre a corrente que ´e aplicada aos enrolamentos de campo do rotor para criar e manter o campo eletromagn´etico atrav´es do qual ´e realizada a convers˜ao da energia mecˆanica fornecida pela turbina na energia el´etrica disponibi- lizada nos terminais do gerador.

Sistema de protec¸˜ao el´etrica - As condic¸˜oes operacionais dos equipamentos e sistemas el´etricos devem ser permanentemente monitoradas de modo a garantir que as vari´aveis do processo permanec¸am dentro dos limites especificados. Esta tarefa ´e desempenhada pelo sistema de protec¸˜ao el´etrica, o qual pode ser modelado como um conjunto de sensores e atuadores que, com base em algoritmos especiais, s˜ao capazes de identificar condic¸˜oes anormais de operac¸˜ao, tais como sobrecargas, curtos-circuitos, subtens˜oes, sobretens˜oes, sobrecorrentes e demais ocorrˆencias causadas por defeitos internos ou externos aos equipamentos el´etricos.

Os algoritmos de protec¸˜ao s˜ao tarefas executadas por dispositivos dedicados que, tendo como vari´aveis de entrada tens˜oes e correntes medidas em determinados pontos do sistema el´etrico, detectam as condic¸˜oes que representam riscos para a integridade dos equipamentos, instalac¸˜oes, ou mesmo para a continuidade do fornecimento de energia el´etrica aos consumidores. Neste caso estes algoritmos, denominados tamb´em como func¸˜oes de protec¸˜ao, produzem os sinais de comando que iniciam os procedimentos para isolar automaticamente os componentes defei- tuosos dentro dos limites de tempo especificados nas definic¸˜oes de requisitos do sistema.

A protec¸˜ao de geradores s´ıncronos ´e um assunto de elevado n´ıvel de especializac¸˜ao em func¸˜ao da complexidade e da diversidade de condic¸˜oes anormais de operac¸˜ao poss´ıveis de ocorrˆencia [31].

No contexto dos sistemas de tempo real as func¸˜oes de protec¸˜ao el´etrica pertencem ao conjunto das tarefas de miss˜ao cr´ıtica.

Transformador elevador - Geralmente os recursos hidr´aulicos que podem ser aproveitados para produc¸˜ao de energia el´etrica situam-se em locais distantes dos grandes centros consumidores. Al´em do mais, por raz˜oes t´ecnico-econˆomicas, a gerac¸˜ao de energia el´etrica ´e feita em n´ıveis de tens˜ao que n˜ao s˜ao os mais adequados para transmiss˜ao a grandes distˆancias. Por estas raz˜oes a tens˜ao de gerac¸˜ao deve ser elevada para os patamares de transmiss˜ao, que podem atingir valores 50 vezes superiores aos n´ıveis de tens˜ao de gerac¸˜ao.

O transformador elevador (geralmente instalados como um banco de trˆes transformadores mo- nof´asicos) ´e o equipamento el´etrico que tem por func¸˜ao elevar a tens˜ao de gerac¸˜ao para o n´ıvel de transmiss˜ao.

Subestac¸˜ao elevadora - A potˆencia el´etrica produzida pela planta, sob a forma de tens˜oes e corren- tes fornecidas pelo transformador elevador de cada unidade, ´e concentrada em barras de alta tens˜ao para ent˜ao ser entregue ao sistema el´etrico atrav´es das linhas de transmiss˜ao.

A subestac¸˜ao elevadora localiza-se o mais pr´oximo poss´ıvel dos geradores e inclui, entre seus componentes, equipamentos de manobra (disjuntores e seccionadoras), p´ara-raios, transforma- dores de instrumentos, etc.

Atualmente as subestac¸˜oes elevadoras, em especial as localizadas no interior das casas de forc¸a das usinas, empregam como meio isolante o hexafluoreto de enxofre, um g´as pesado conhe- cido como SF6, o que permite a compactac¸˜ao das instalac¸˜oes e a reduc¸˜ao substancial da ´area necess´aria `a instalac¸˜ao f´ısica dos equipamentos.

Sistemas de resfriamento - As inevit´aveis perdas que ocorrem durante o processo de convers˜ao de energia produz calor que eleva a temperatura de funcionamento dos equipamentos. Este calor deve ent˜ao ser trocado com o ambiente para evitar superaquecimentos que tˆem como conseq¨uˆencia a reduc¸˜ao da vida ´util dos equipamentos. Cada equipamento el´etrico deve ent˜ao dispor de algum recurso, mais ou menos sofisticado, com o papel de manter a temperatura dentro dos limites aceit´aveis pelos materiais empregados em sua construc¸˜ao.

Equipamentos de sincronizac¸˜ao - A unidade geradora assume diversos estados operacionais antes de estar pronta para contribuir com a sua cota de energia para o sistema el´etrico (Fig. 5.2). A

determinac¸˜ao do instante de fechamento do disjuntor da unidade para interligar o gerador com o sistema representa uma condic¸˜ao cr´ıtica pois a tens˜ao nos terminais do gerador dever´a estar sincronizada com a tens˜ao do sistema el´etrico. Para que isto acontec¸a dever˜ao ser obedecidas as conhecidas “quatro condic¸˜oes essenciais para sincronizac¸˜ao” - o m´odulo, a freq¨uˆencia, a seq¨uˆencia de fases da tens˜ao nos terminais do gerador e o ˆangulo de fase entre as tens˜oes do gerador e do sistema - dever˜ao estar abaixo dos valores m´aximos especificados. A sincronizac¸˜ao do gerador representa uma condic¸˜ao de tempo real cr´ıtica.

Servic¸os auxiliares - Todos os equipamentos que contribuem para a operac¸˜ao da unidade geradora tais como sensores, atuadores, posicionadores, bombas, ventiladores, iluminac¸˜ao, dispositivos de controle e supervis˜ao, etc., necessitam de energia para funcionar. Portanto cada planta disp˜oe de um sistema el´etrico independente, composto de transformadores, quadros el´etricos, baterias de acumuladores e conversores com a func¸˜ao de prover tens˜oes el´etricas para alimentac¸˜ao dos dispositivos e equipamentos em diversos n´ıveis. Os sistemas de servic¸os auxiliares s˜ao essen- ciais para o funcionamento das plantas de gerac¸˜ao de energia el´etrica.