Paralelismo de Geradores

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE SETE LAGOAS - UNIFEMM 
Unidade Acadêmica de Ensino de Ciências Gerenciais 
Engenharia Elétrica 
 
 
 
 
 
RAFAEL CLERISSON DE ALMEIDA QUITES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PARALELISMO EM GERADORES E O SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SETE LAGOAS 
2016 
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1 PARALELISMO DE GERADORES 
 
 “Os geradores aplicados às plantas hidrelétricas são os síncronos, ou seja, a 
velocidade de rotação é constante e sincronizada com a frequência e fase da tensão elétrica 
alternada” (SCHEREIBER, 1977). Segundo o mesmo autor, a frequência de uma gerador é 
regido pela equação 1: 
 
 
 
 (1) 
Onde 
N = Rotação da máquina em RPM; 
f = frequência da rede em Hz; 
p = número de pares de pólos. 
Quando um gerador síncrono está ligado a uma rede de grande dimensão, 
contendo muitos outros geradores síncronos (diz-se uma rede infinita) a tensão a seus 
terminais e a frequência das correntes geradas são fixadas pelo sistema (CPDEE, 2001). 
Para Kosow (1982), um sistema eficiente é constituído de várias centrais 
geradoras, as usinas, operando em paralelo. Em cada um dessas centrais pode haver vário 
geradores operando também em paralelo. Esse tipo de sistema, com várias centrais em 
paralelo e cada central com várias unidades menores no lugar de apenas uma única máquina 
maior trás várias vantagens ao sistema elétrico, dentre as quais serão citadas: 
 Se em uma estação geradora houver apenas um gerador de grande porte e este, por 
qualquer motivo, for desligado, a estação também parará de funcionar, enquanto que, 
se apenas um gerador menor for desligado, os demais continuarão fornecendo o 
serviço necessário; 
 Um único gerador de maior potência atendendo cargas menores é ineficiente, ao passo 
que geradores menores podem ser removidos do sistema de acordo com a necessidade 
da demanda. Utilizando cada gerador até sua capacidade nominal ele estará operando 
com seu rendimento máximo, elevando assim a estação também ao seu maior 
rendimento; 
 O capital empregado no início da operação da usina será menor, visto que o seu 
crescimento poderá acompanhar o crescimento médio da demanda, instalando-se 
equipamentos à medida que estes forem necessários; 
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Para o CPDEE, (2001), se um gerador fosse interligado a rede em um momento 
arbitrário a segurança dos equipamentos ficaria comprometida. É necessário, no paralelismo, 
assegurar que a diferença de tensão entre os polos seja nula, caso contrário, a reduzida 
impedância levaria a elevadas correntes. Para que a tensão nos terminais seja nula é 
necessário: 
 Os valores eficazes das tensões do gerador e da rede sejam exatamente iguais; 
 A sequência de fases seja a mesma. 
 A frequência seja praticamente igual, sendo normal usar uma frequência ligeiramente 
superior na máquina que entra na rede. 
Segundo Henrique (2014) “a maioria das usinas elétricas possui gerador 
funcionando em paralelo a fim de aumentar a potência disponível” e o mesmo autor observa 
que para dois geradores serem ligados em paralelo é preciso atender as seguintes condições: 
 As tensões dos geradores sejam iguais; 
 Os ângulos de fase das tensões dos geradores sejam iguais; 
 As frequências das tensões dos geradores sejam iguais; 
 A ordem de sequência das fases nos pontos da conexão seja a mesma. 
Henrique (2014) também observa que se essas condições forem atendidas, haverá 
o sincronismo dos geradores. 
 
1.1 A Regulação de Tensão 
 
Estabelecer a tensão interna do gerador e, portanto, a tensão de saída do mesmo é 
função do sistema de excitação (CAMACHO, 2007). A configuração desse sistema é 
representado na FIG. 1. 
 
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Figura 1 - Configuração física do sistema de excitação 
 
Fonte: CAMACHO, 2007 
 
Os controles auxiliares na figura 1 inclui algumas funções como adição de 
amortecimento ao sistema de controle, compensação de corrente reativa, estabelecimento de 
limites de sobre e sub-excitação. 
Segundo Camacho (2007), 
um sistema de regulador de tensão compara o parâmetro de referência desejado para 
o processo com a tensão de saída do gerador e controla a tensão de excitatriz da 
máquina síncrona para que haja aumento ou diminuição da corrente de excitação. 
Desta forma, tende-se a manter a tensão terminal do alternador dentro de certa faixa 
para qualquer solicitação de carga nominal. 
 
1.2 A Sequência de Fases 
 
 Para o CPDEE (2001) e para Kosow (1982), em uma interligação em paralelo de 
geradores é necessário que a sequência de fases entre eles seja a mesma, sendo que a 
sequência do gerador que entrará em paralelo deve ser a mesma do barramento. Há somente 
duas sequências possíveis, pois há apenas dois sentidos possíveis para a rotação. Caso a 
sequência de fase não aconteça instantaneamente, é necessário trocar duas das ligações do 
gerador. 
 
 
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1.3 A Regulação da Frequência 
 
 Ao se ligar dois geradores em paralelo a frequência entre eles têm que ser a 
mesma, sendo normal que o gerador que está sendo conectado à rede tenha uma frequência 
ligeiramente maior. Isso acontece porque ao se ligar o gerador à carga este poderia sofrer uma 
queda na velocidade de rotação, o que acarreta diminuição da frequência gerada, se a 
frequência regulada fosse exatamente igual à da rede o gerador poderia consumir em vez de 
fornecer potência (CPDEE, 2001). 
A FIG.2 representa uma sincronização perfeita, onde a tensão resultante é zero. 
 
Figura 2 - Tensões iguais, mesma frequência, forma de onda e valor eficaz. 
 
FONTE: Kosow (1982) 
 
 
Imaginando que uma máquina sofra uma redução de velocidade, diminuindo sua 
frequência, como mostra a FIG. 3. As tensões têm os mesmo valores eficazes, mas com 
frequências diferentes. Essa diferença de frequência é um ciclo, e a força eletromotriz 
induzida pode ter a forma de onda resultante máxima alternada (Kosow, 1982). 
 
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Figura 3 - Forma de onda em máquinas paralelas e frequências diferentes 
 
FONTE: Kosow (1982) 
 
Para Kosow (1982), a sincronização é conseguida quando as tensões dos 
geradores são iguais e nesse instante pode ocorrer a interligação dos mesmos. 
 
2 O SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL 
 
A sociedade está cada vez mais dependente do fornecimento de energia elétrica, e 
o sistema elétrico mais suscetível a falhas, mas ao mesmo tempo esta dependência se torna 
exigência por melhor qualidade (LEÃO, 2009). 
“O crescimento da população mundial implica no aumento de consumo de 
energia, porém a produção de energia deve seguir os conceitos de desenvolvimento 
sustentável e de responsabilidade ambiental” (LEÃO, 2009), barreias que vem conduzindo a 
uma maior participação das usinas térmicas na matriz de energia brasileira, apesar do grande 
potencial hidroelétrico (PUC-RIO). 
“No Brasil a fonte hidráulica é a que mais contribui para a produção de energia 
elétrica, estando os locais produtores em regiões quase sempre distantes dos centros 
consumidores, sendo necessárias grandes extensões de linhas de transmissão” (LEÃO, 2009), 
“que funciona como uma grande usina virtual, pois possibilita a transferência de excedentes 
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energéticos permitindo a otimização dos estoques armazenados nos reservatórios das usinas 
hidroelétricas” (PUC – RIO). 
Leão (2009) também apresenta atributos à energia elétrica que a torna distinta de 
outros produtos, salientando as dificuldades na lida com o produto: 
 Dificuldade de armazenamento em termos econômicos; 
 Variação em tempo real na demanda; 
 Falhas randômicas emtempo real na geração, transmissão e distribuição; 
 Necessidade de atender as restrições físicas para operação confiável e segura da rede 
elétrica. 
A dificuldade de armazenamento impõe que a eletricidade seja produzida no 
momento que é demandada, resultando em instalações ociosas no período de menor demanda, 
visto que a projeção do sistema seja feita pelo nível máximo de consumo (LEÃO, 2009). 
O sistema interligado nacional (SIN) foi criado com o objeto de “ampliar a 
confiabilidade, otimizar os recursos energéticos e homogeneizar mercados”, visto que até a 
década de 90 o Brasil possuía somente sistemas elétricos desconectados, impossibilitando a 
operação da bacia hidrográfica LEÃO (2009). 
A mesma autora também lista algumas vantagens do sistema interligado: 
 Aumento da estabilidade: sistema pode absorver maiores impactos elétricos sem 
perder o sincronismo; 
 Aumento da confiabilidade: permite a continuidade do serviço em decorrência da falha 
de algum equipamento; 
 Aumento da disponibilidade: aumento do parque gerador se comparado ao que se teria 
se cada empresa operasse isoladamente; 
 Mais econômico: há o intercâmbio de energia visto que a demanda máxima do sistema 
acontece em horários diferente e locais diferentes. 
E desvantagens do sistema interligado; 
 Distúrbio em um sistema afeta os demais sistemas interligados; 
 Operação e proteção mais complexas, devido à dimensão continental. 
A FIG 4 mostra a malha de interligação do sistema interligado nacional. 
 
 
 
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Figura 4 - Malha de interligação do SIN 
 
Fonte: ONS (2015) 
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3 DIAGRAMA 
 
A figura 5 representa um sistema um sistema de geração composto por duas 
usinas. Uma possuindo dois geradores com tensão de geração de 11 kV e a outra possuindo 
um gerador com tensão de 11 kV e outro gerador com tensão de geração de 22 kV. Ambas as 
usinas estão ligadas a uma linha de 500 kV. 
 
Figura 5 - Representação de sistema de geração 
 
Fonte: Elaborado pelo autor 
 
10 
 
 
Os dois geradores da usina 1 geram em 11 kV e ambas as tensões fornecidas estão 
passando por um transformador elevador de 11 para 500 kV, interligando finalmente ao 
sistema. Na usina 2 temos que a tensão gerada pelo primeiro gerador passa primeiro por um 
transformador elevador, de 11 para 22 kV. O barramento de 22 kV recebe a potência 
fornecida pelo primeiro gerador e recebe também a potência fornecida pelo segundo gerador, 
que já gera a energia elétrica em 22 kV. Ambas as tensões passam então por outro 
transformador, que eleva a tensão para 500 kV e finalmente no sistema interligado. 
 
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REFERÊNCIAS 
 
CAMACHO, Carlos Alexandre Pereira. Utilização da técnica de otimização simétrica no 
ajuste de tensão de um gerador síncrono. 2007. 87 p. Dissertação (Mestrado em Ciências 
em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de Itajubá, Programa de Pós-Graduação em 
Engenharia Elétrica, Itajubá, abril de 2007. 
 
CPDEE, Centro de pesquisa e desenvolvimento em engenharia elétrica – UFMG. Máquinas 
síncronas. 2001. Disponível em 
<HTTP://www.cpdee.ufmg.br/~gbarbosa/Disciplina%20de%20M%E1quinas%20El%E9tricas
/Disciplina%20de%20M%C3%A1quinas%20El%C3%A9tricas/maquinas-sincronas>. Acesso 
em: 13 jun. 2016. 
 
HENRIQUE, Hélio. GERADORES CA. [2014?]. Disponível em: 
<HTTP://docente.ifrn.edu.br/heliopinheiro/Disciplinas/maquinas-acionamentos-
eletricos/aula-de-geradores-de-ca>. Acesso em 13 jun. 2016. 
 
KOSOW, Irving Lionel. Máquinas elétricas e transformadores. Tradução Felipe Luís 
Daiello. Porto Alegre: Globo, 1982. 
 
LEÃO, Ruth. GTD – Geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Fortaleza. 
Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia do Departamento de Engenharia 
Elétrica, 2009. Disponível em <http://www.clubedaeletronica.com.br/Eletricidade/PDF 
Livro%20GTD>. Acesso em: 10 de junho de 2016. 
 
OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO. Dados Relevantes 2014: Visão geral 
do sistema interligado nacional. 2015. Disponível em: 
<http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/publicacoes/DADOS2014_ONS/2_7.htm
l>. Acesso em 13 jun. 2016. 
 
PUC-RIO. In: Característica do sistema interligado nacional. Disponível em <http 
www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0610776_08_cap_02>. Acesso em 09 junho 
2016. 
 
SCHREIBER, Geihard Paul. Usinas hidrelétricas. Rio de Janeiro: Edgard Blucher, 1977.