2-Grupos-Geradores stemac

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Conceitos Básicos 
 
 
 
• Motor – Através do combustível, realiza trabalho 
fornecendo a energia mecânica necessária para o sistema 
 
 
 
• Alternador – Converte a energia mecânica gerada pelo 
motor em energia elétrica 
 
 
 
• Controlador – Monitora todos os parâmetros do Grupo 
efetuando as devidas proteções 
Grupo Gerador - Definição 
Conceitos de Motores 
 
 
 
Motor Diesel – Principais Componentes 
Bloco Biela 
Virabrequim 
Pistão e Anéis 
Cabeçote 
Quatro Tempos 
 
 
4 Tempos - Ilustrativo 
6 
Sistema de Combustível 
Retorno de Diesel 
Tanque 
Filtros 
De 
Combustível Bomba 
De 
Combustível 
Câmara 
De Combustão 
Sistema de Admissão 
e Escape 
 
Turbo - lado frio 
Filtros 
de Ar 
Câmara 
De Combustão 
Coletor de Escape 
Turbo – lado quente 
Escape 
Sistema de Arrefecimento 
 
Radiador 
Bomba d’água 
Filtro d’água 
Bloco do motor 
Sensor de temperatura Sensor de nível 
Válvula termostática 
Sistema de Lubrificação 
 
Cárter 
F
iltro
 d
e
 ó
le
o
 
lu
b
rific
a
n
te
 
By pass 
Bloco e turbo 
Bomba de óleo 
Sensor de pressão 
Controle de Velocidade 
 
Valor 
Ajustado 
1800RPM 
Pick Up Regulador de 
velocidade 
Atuador 
Bomba de 
combustível 
Cremalheira 
Conceitos de Alternadores 
 
Alternadores CA 
• A tensão de saída do gerador normalmente corresponde 
a tensão utilizada pelas cargas. 
•As tensões e configurações de conexões utilizadas são 
fornecida como padrão pelos fabricantes de alternadores. 
•A maioria dos alternadores tem um ajuste de tensão a 
partir da tensão nominal para permitir o ajuste aos 
requisitos do local. 
Rotor 
Principal 
Estator Principal 
Rotor do 
 PMG 
Estator do 
PMG 
Estator da 
Excitatriz 
Terminais 
A.V.R. 
Rolamento 
Enrrolamento Estator Principal 
 Nucleo de aço Laminado de alta qualidade, reduzindo as perdas (calor) 
 Cada lamina é isolada eletricamente, reduzindo correntes de Foucault 
 Reconectável ​​12 pontas, 6 pontas ou enrrolamentos especiais 
 Isolamento Classe "H" como padrão, 125 ° C de aumento na temperatura @ 40 ° C 
 Passo 2/3 no enrolamento, melhorando a performance com cargas Harmonicas de terceira 
ordem (3°, 9°, etc.) 
 
Núcleo de Aço Laminado 
Enrolamento de Cobre Cabos de Saída 
Estator Principal 12 pontas 
Reconectável 
Series Estrela 
U1 
U2 
U6 
U5 
V2 
W2 
W5 
V6 
V1 
W1 
V5 
W6 
U 
W V 
N 
8 
7 
6 
Paralelo Estrela 
V5 
U1 
U2 U6 
U5 
V2 
W2 
W5 
V6 
V1 
W1 
W6 
V W 
U 
N 
6 
8 
7 
Range Tensão (bobinado 311) 
380 a 440 V @ 50 HZ 
416 a 480 V @ 60 HZ 
Range de Tensão (bobinado 311) 
190 a 220 V @ 50 HZ 
 208 a 240 V @ 60 HZ 
Serie Delta 
Tap 
Central 
6 
8 
7 
Doble Delta 
N 
7 
6 
8 
Range de Tensão (bobinado 311) 
220 a 250 V @ 50 HZ, 
240 a 277 V @ 60 HZ 
Sem conexão de neutro 
(somente BT) 
Range de Tensão (bobinado 311) 
220v/110v @ 50 HZ, 
240v/120v @ 60 HZ 
Somente Monofásico, Saída entre U & W 
Tap Central (N) para BT 
110 a 125V @ 50 HZ, 120 a 138 @ 60 HZ 
Estator Principal 12 pontas 
Reconectável 
X+ (F1) 
XX- (F2) ↑↓ saída C.C. 
quando detecta 
 mudança em V e Hz 
na saída do estator 
Entrada C.A. 
A partir da saída 
do gerador 
Excitatriz 
Estator 
 Estator principal 
Main Rotor 
Rotor principal 
Gerador Auto Excitado (Shunt) 
AVR 
Rotor Principal 
Estator Principal 
Regulador 
Referência 
Excitatriz 
Estator 
Excitatriz 
Rotor Ponte de 
Diodos 
Sensor 
Alimentação 
Entrada 
Potência 
Carga 
Gerador Auto Excitado (Shunt) 
X+ (F1) 
XX- (F2) 
( PMG ) 
Alimentação 
para o AVR 
P2 -P3 -P4 
6-7-8 
 PMG - alimentação 
independente de 240Vca 
em 120Hz para o 
regulador de tensão 
Excitatriz 
estator 
 Estator principal 
Main Rotor 
Rotor principal 
Excitação Independente (PMG) 
AVR 
Rotor Principal 
Estator Principal 
Regulador 
Referência 
Estator 
Excitatriz 
Rotor 
Excitatriz 
Ponte de 
Diodos 
Sensor 
Alimentação 
Entrada 
Potência 
PMG 
Estator 
PMG 
Rotor 
Carga 
Excitação Independente (PMG) 
Benefícios do PMG 
• Resposta estável para o 
regulador de tensão 
• Com uma corrente de curto 
circuito de até 300%, ele 
consegue manter a excitação 
• Mantém a excitação, embora o 
gerador apresente uma queda 
de tensão com a partida de 
algum motor ou outro tipo de 
carga 
• Por ser uma fonte de excitação 
independente, ele é imune a 
cargas não lineares 
Variação de tensão 
X 
Carga aplicada kVA 
% Rated Load kVA 
Shunt 
PMG 
20 
0 
50 
%
 V
o
lt
a
g
e 
D
ip
 
Recuperação tensão 
X 
Carga aplicada KVA 
% Rated Load kVA 
Shunt 
PMG 
%
 R
a
te
d
 V
o
lt
a
g
e
 
Motor Starting 
kVA Rating 
250 300 
90 
Performance do Gerador 
Comportamento 
O PMG diminui a queda de tensão e reduz o tempo 
de recuperação da tensão 
Comparação entre Geradores 
• Alta Queda de Tensão 
• Perda de Campo (falhas) 
• Sensor de Tensão 
Monofásico 
• Baixa Tolerancia para 
Cargas Não-lineares 
• Bom para Partida de Motor 
• Baixa Queda de Tensão 
• Sustenta Excitação (Falha) 
• Sensor Trifásico RMS 
• Alta Tolerancia a cargas Não-
lineares 
• Excelente para Partida de 
Motores 
Auto Excitado PMG 
P Ativa 
(1000kW) 
P Aparente 
(1086kVA) 
Cos  0,8 
P Reativa (i) 
(426kVAr) 
P Aparente 
(1250kVA) 
P Reativa (i) 
(750kVAr) 
Cos  0,92 
P Reativa (C) 
(324kVAr) 
Capacitores 
necessários para 
correção do fator de 
potencia Capacidade de 
potencia fornecida 
pelo motor diesel 
Influência do Fator de Potência no 
Gerador 
Cargas capacitivas tendem a aumentar a tensão de saída do 
gerador e fazem perder a regulação 
Região de trabalho do Gerador 
 
Proteção do Alternador 
Proteção em um sistema simples 
GENSET
G
PCC
3
3
3
ATS
 TO LOADS
CB
TRIP
3
CB
TRIP
3
TO UTILITY
 Disjuntor: 
– Proteção na linha de 
alimentação entre a rede 
e a chave de 
transferência 
– Proteção na linha de 
alimentação entre o 
Gerador e a chave de 
transferência 
– Proteção para o 
alternador 
Principios 
 Alternador precisa estar protegido de 
sobrecargas 
– Mais corrente elétrica = Maior aquecimento 
– Maior aquecimento = Redução da vida útil do sistema 
de isolação 
– Aquecimento excessivo = Falha na isolação / falha no 
gerador 
 A carga deve estar protegida 
 Curva do Alternator 
– define “qtd de corrente por quanto tempo” 
sem danos 
– Curva log 
 
10 
1 
0.03 
10 1 
S
e
g
u
n
d
o
s
 
Amps ( x rated) 
Região de 
Falha 
OK 
Principios 
Proteção Convencional 
10
1
0.1
0.05
1 103
AMPS (TIMES RATED)
T
IM
E
 (
S
E
C
O
N
D
S
)
ALTERNATOR THERMAL
DAMAGE CURVE
100
 Disjuntores com proteção 
termo-magnética 
protegem o alternador 
 
 
10
1
0.1
0.05
1 103
AMPS (TIMES RATED)
T
IM
E
 (
S
E
C
O
N
D
S
)
ALTERNATOR THERMAL
DAMAGE CURVE
AMPSENTRY
PROTECTION
100
AmpSentry - Certificação UL 
Resposta típica de um Gerador em caso de 
falha 
 Falha trifásica (AVR convencional) 
– Corrente I aumenta e tensão U 
Colapsa 
– Colapso da Corrente I 
– AVR aumenta a excitação (Full) 
– Aproximadamente 3X In 
 
 Falha monofásica (AVR convencional) 
– Tensão U Colapsa na fase que 
falhou e corrente aumenta 
– AVR aumenta a excitação (Full) 
– Corrente não colapsa na fase que 
falhou 
– Aumento de tensão nas outras fases 
 
Falhas monofásicas em um 
sistema convencional tendem a 
danificar o alternador mais 
rapidamente do que em uma 
falha trifásica 
 
10
1
0.1
0.05
1 103
AMPS (TIMES RATED)
T
IM
E
 (
S
E
C
O
N
D
S
)
ALTERNATOR THERMAL 
DAMAGE CURVE
100
Non-PCC 1-Phase Decrement 
3-Phase Decrement 
PowerCommand® GenSet 
Performance na falha 
 AmpSentry™ REGULA a 
Corrente de Falha 
– Corrente aumenta na fase 
que falhou 
– Tensão na fase que falhou 
colapsa 
– PowerCommand reduz a 
excitação para manter 3X 
a corrente de saída (In)10
1
0.1
0.05
1 103
AMPS (TIMES RATED)
T
IM
E
 (
S
E
C
O
N
D
S
)
ALTERNATOR THERMAL 
DAMAGE CURVE
AMPSENTRY 
PROTECTION
PHASE TO GROUND FAULT
THREE PHASE FAULT
100
PowerCommand resolve os problemas de falhas 
externas, mantendo uma coordenação seletiva 
Coordenação Seletiva 
 Sem Coordenação Seletiva 
ABERTO 
NÃO AFETADO 
CIRCUITO INTERROMPIDO 
DESNECESSÁRIAMENTE 
Falha 
 Com Coordenação Seletiva 
Falha 
ABERTO 
NÃO AFETADO 
3 Phase L1-L2-L3 Short: AmpSentry Regulation and Shutdown
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 5 10 15 20
time, sec
%
C
u
rr
e
n
t
Alt %Standby Max Line
Current
Resposta da corrente para uma 
falha Trifásica 
Pico de corrente: IR/X”d 
Regula em 3X nominal 
Shuts down antes de danos 
3 Phase L1-L2-L3 Short and Recovery: L-N Voltages vs. Time
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10
time, sec
P
e
rc
e
n
t 
o
f 
N
o
m
in
a
l 
V
o
lt
a
g
e
Alt L1-N Voltage (%)
Alt L2-N Voltage (%)
Alt L3-N Voltage (%)
Recuperação da tensão (falha Trifásica) 
Falha eliminada sem Over Voltage 
 
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6 7 8
P
e
rc
e
n
t C
u
rr
e
n
t
time, sec
Single Phase L1-N Short and Recovery: Current vs. Time
Alt %Standby L1 Current
Alt %Standby L2 Current
Alt %Standby L3 Current
Resposta para uma falha Monofásica 
 
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8
P
e
rc
e
n
t o
f 
N
o
m
in
a
l V
o
lt
a
g
e
time, sec
Single Phase L1-N Short and Recovery: Line-Neutral Voltage vs. Time
Recuperação da tensão (falha Monofásica) 
Entendendo as Reatâncias 
As Reatâncias do Grupo Gerador são usadas para 
duas finalidades distintas: 
 Calcular a máxima corrente de Curto-circuito nos 
estudos de coordenação e seletividade (proteções 
dos disjuntores e relês) 
 Especificações de Grupos Geradores, que limitam a 
reatância subtransitória a 12% (limitar a Distorção 
Harmônica gerada por cargas não-lineares) 
<data> Cummins Confidential 41 
 A Cummins Power Generation publica valores de reatância do 
gerador em (PU) por unidade, são “normalizadas” em relação 
à classificação para um alternador de referência. Todavia, os 
grupos geradores possuem diversas classificações básicas. 
Portanto, para converter reatâncias em valores “normalizados” 
a partir de um alternador básico para o grupo gerador básico, 
utilize a seguinte fórmula: 
P.U.Znovo= P.U.Zdado 
𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝑑𝑎𝑑𝑜
𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝑛𝑜𝑣𝑜
2 
∗ 
 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝐴𝑛𝑜𝑣𝑜
𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑘𝑉𝐴𝑑𝑎𝑑𝑜
 
 
 
 <data> Cummins Confidential 42 
Calculo da Reatância Subtransiente 
<data> Cummins Confidential 49 
Corrente de curto-circuito 
 Durante um curto-circuito, os equipamentos devem suportar, sem prejuízo, 
todas as solicitações de corrente que surgirem até o instante em que os 
disjuntores atuem para isolar o trecho defeituoso do sistema. 
 
 Esta corrente inicial é usado para determinar a capacidade de interrupção 
necessária dos dispositivos de sobrecorrente, disjuntores e fusíveis, situados 
no gerador. 
 
<data> 
Cummins Confidential
 50 
Calculando a corrente de curto-circuito 

 Nos cálculos de curto-circuito admitimos que todos os geradores 
ligados ao circuito estão operando com uma tensão ECA de 1,0 p.u. 
atrás de suas reatâncias internas 
 Nesse caso, substituindo os valores do exemplo anterior, 
considerando X”d=0.12, teremos: 
 
 
 
 
 Um típico grupo gerador da Cummins Power Generation fornecerá 
um valor entre 8 e 12 vezes da sua corrente nominal durante uma 
falha trifásica. 
<data> Cummins Confidential 51 
Calculando a corrente de curto-circuito 
Para Lembrar!! 
 Compare os valores de Reatâncias no momento de 
adquirir um Grupo Gerador, pois esses valores 
podem influenciar no custo final do projeto, nos 
equipamentos de proteção e na performance do 
Grupo Gerador 
<data> Cummins Confidential 52