UNIDADE I - INFRAESTRUTURA ELÉTRICA SIMPLIFICADA DOS AEROGERADORES E CONEXÃO COM A REDE ELÉTRICA

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1 UNIDADE I - INFRAESTRUTURA ELÉTRICA SIMPLIFICADA DOS AEROGERADORES E Frequência X Soft-start; e) Transformadores Todas as instalações elétricas nos WECs (Conversores de Energia Eólica- Wind Energy Converter ) tem fundamentação e podem ser analisados do ponto de vista elétrico em: 03 Circuitos Elétricos: Circuito de Energia Principal Circuito de Controle da Turbina Circuitos Auxiliares

2 UNIDADE I - INFRAESTRUTURA ELÉTRICA SIMPLIFICADA DOS AEROGERADORES E Frequência X Soft-start; e) Transformadores Todas as instalações elétricas nos WECs também podem ser analisados do ponto de vista elétrico em: Fluxogramas de Potência em um WEC (Aspectos Tecnológicos) Figura 1 Fluxograma de potência no aerogerador Modelo E-82 Wobben Enercon (Fonte: Catálogo Wobben adaptado para a apostila)

3 UNIDADE I - INFRAESTRUTURA ELÉTRICA SIMPLIFICADA DOS AEROGERADORES E GERADORES ASSÍNCRONOS: Gerador de indução gaiola de esquilo : SCIG (Squirrel Cage Induction Generator): e) Transformadores. (Fonte: ) Gerador de indução c/ rotor bobinado: WRIG (Wound Rotor Induction Generator): (Fonte:

4 e) Transformadores MERCADO Característica de binário da máquina: : A tecnologia standard:

5 FLUXO DE POTÊNCIA EM UMA MÁQUINA ASSÍNCRONA MERCADO Pe = Potência Elétrica (V,I) Pm = Potência Mecânica(Torque) Pr = Potência entregue no rotor (Pelo acoplamento magnético no gap de ar) Pje/Pjr = Perdas no estator e rotor por efeito Joule respectivamente Pf = Perdas por correntes de focoult no estator + ciclo de histerese do material ferromagnético Pv = Perdas por correntes de foucault no rotor + Perdas por magnetização no núcleo (desprezível em relação ma Pjr)

6 CONEXÃO COM A REDE ELÉTRI e) Transformadores; MERCADO Característica de binário da máquina assíncrona: Formulação matemática. S 0 (Máquina Assíncrona) S = 0 (Máquina Síncrona) S < 1 (Máquina Assíncrona Motor de indução) S < 0 (Máquina Assíncrona Gerador de indução)

7 CONEXÃO COM A REDE ELÉTRI Característica de binário da máquina assíncrona: Estudo de caso: e) Transformadores; MERCADO

8 Estudo de Caso Gerador de Frequência e) Chaves seccionadoras; f) Cabeamento; g) Filtros; h) Acessórios Mecânicos. MERCADO Pe = Potência Elétrica (V,I) Pm = Potência Mecânica(Torque) 2 1 Escorregamento S < 0 Motor M gaiola de esquilo com rotação direta ou contrária ao sentido do campo elétrico do motor F Pr = Potência entregue no rotor (Pelo acoplamento magnético no gap de ar) Pje/Pjr = Perdas no estator e rotor por efeito Joule respectivamente

9 e) Transformadores. MERCADO Estudo de Caso Gerador de Frequência Fluxo de potência de um gerador assíncrono Escorregamento S < 0

10 e) Transformadores; MERCADO Estudo de Caso Gerador de Frequência Fluxo de potência de um gerador assíncrono Escorregamento S < 0

11 CIRCUITO ELÉTRICO PRINCIPAL: Geradores Síncronos Gerador síncrono c/ ímã permanente :PMSG (Permanent Magnetic Synchronous Generator) : (Fonte: emeraldinsight.com ; Lappeenranta University of Technology - Janne Kinnunen; WRSG (Wound Rotor Synchronous Generator): gerador síncrono com rotor bobinado. (Fonte: Catálogo Schneider Electric adaptado para a apostila) (Fonte:

12 Gerador síncrono com rotor bobinado:wrsg (Wound Rotor Synchronous Generator): e) Transformadores; Detalhe do conjunto rotor estator de um aerogerador E-70 de 2MW de potência, de fabricação Enercon, onde são apresentados: (1) Rotor, (2) sapatas polares e (3) Enrolamentos de armadura do estator. (Fonte: ENERCON, 2004)

13 e) Transformadores; MERCADO Fusíveis de média tensão que são usados como proteção principal ou de back-up de sistemas e aparelhos. Fusíveis (normalmente conhecidos como fusíveis de alta tensão) são classificados como limitadores de corrente e de expansão (não limitadores de corrente). Geralmente são empregados através de celas (cubículos) e que tem isolamento a gás ou a ar. Abaixo temos uma cela modelo CPG 0.F da Ormarzabal e um conjunto de fusíveis para proteção de transformadores com capacidade de ruptura ilimitada, limitados de corrente de curto-circuito e pequenas dimensões da ABB (Modelo BRT), respectivamente Fontes: (Maio/2112); =BR (Maio/2112);

14 e) Transformadores; MERCADO Disjuntores são utilizados para a proteção dos circuitos de potência do estator do estator do gerador de indução coordenados com contatores para operação e comutação. Em particular, para a protecção contra as sobrecorrentes dos aparelhos elétricos, como geradores, cabos e transformadores. São utilizados também de maneira similar nos circuitos auxiliares e circuito de controle da turbina para proteção do cabeamento e equipamentos, em particular, conhecidos como disjuntores de caixa moldada Exemplos de disjuntores ABB e aplicação em um circuito de geração com gerador de indução. Fonte: Wind power plants QT13 Technical Aplication Papers ABB ( Maio de 2012)

15 e) Transformadores; MERCADO Inversores de frequência saõ utilizados geralmente nos aerogeradores com tecnologia síncrona para converter a tensão e corrente advinda de um barramento CC para a tensão, corrente e frequência. Em algumas tecnologias com Gerador Assíncrono são utilizados para o controle de velocidade. Em relação aos soft-starts (Partida Suave), como o próprio nome já define, são utilizados em tecnologias mais antigas para a conexão direta dos geradores com a rede em rampa Em alguns aerogeradores como o E-40 (Enercon) utilizam dois blocos de inversores de frequência. Exemplos de inversores de frequência utilizados em aerogeradores. Fonte: Wind power plants QT13 Technical Aplication Papers ABB ( Maio de 2012)

16 Filtro RC 12 ICGT Rede 12 ICGT Rede Aterramento Filtro Du/Dt e) Transformadores; MERCADO Filtro Passivo Capacitores do Link CC Chave seccionadora do Gerador Sistema de Refrigeração Fonte: Apostila Proventos Módulo Elétrica

17 Transformadores: A geração de energia é normalmente em Baixa tensão (400 à 600 V) e injetada na rede coletora em média tensão em valores nominais médios no Brasil de 13,8 kv a 34,5 kv. e) Transformadores 1 _Instalação Interna na base da torre 2 _Instalação Interna na Nacele. Nacele do aerogerador G87 2 MW da Gamesa Fontes: (Maio/2112); =BR (Maio/2112);

18 Transformadores: A geração de energia é normalmente em Baixa tensão (400 à 600 V) e injetada na rede coletora em média tensão em valores nominais médios no Brasil de 13,8 kv a 34,5 kv. e) Transformadores 3 _ Instalação em Edícula Externa na base torre Instalação mais comum 4 _ Instalação Externa na torre

19 e) Transformadores As celas do transformador e dos circuitos são responsáveis por grande parte da monitoramento e controle dos circuitos da rede de MT e do transformador. Nelas é possível manobrar disjuntores e seccionadores alterando a forma de ligação do Parque. Sendo estas manobras de elevada responsabilidade no que diz respeito a segurança de pessoas e equipamento, as celas são operadas apenas por pessoal qualificado Cela com chave seccionadora Disjuntor, TCs e TPs Chave seccionadora (Switch Gear) Fonte: Wind power plants QT13 Technical Aplication Papers ABB ( Maio de 2012)

20 Frequência x Softstart; e) Transformadores f) Chaves seccionadoras; i) Acessórios Mecânicos. Filtros: São equipamentos (Solução) utilizados para atenuação de efeitos de harmônicas em circuitos elétricos: Ativos Híbrido Passivos Princípio de funcionamento: Consiste em um circuito LC ajustado sobre cada freqüência de harmônica a filtrar, em paralelo sobre o gerador de harmônicas. Este circuito de derivação absorve as harmônicas e evita que elas circulem na alimentação. Princípio de funcionamento: Estes são sistemas eletrônicos de potência instalados em série ou em paralelo com a carga nãolinear, visando a compensar seja as tensões harmônicas, seja as correntes harmônicas geradas pela carga. O filtro ativo reinjetado em oposição de fases as harmônicas apresentam sobre a alimentação da carga, de tal sorte que a corrente de linha Is seja senoidal.

21 UNIDADE I - INFRAESTRUTURA ELÉTRICA SIMPLIFICADA DOS AEROGERADORES E Exemplo de aplicação: Frequência X Soft-start; e) Transformadores Fluxogramas de Potência em um WEC (Aspectos Tecnológicos) Detalhe de Filtro Passivo Modelo E-82 Wobben Enercon (Fonte: Catálogo Wobben adaptado para a apostila (Maio-2012)

22 e) Transformadores Condutores: Condutores elétricos de potência podem ser fios ou cabos de cobre ou alumínio capazes de transportar energia elétrica em circuitos com tensões elétricas de até 1000 V (Geralmente a geração é em baixa tensão). Os principais componentes de um fio ou cabo de potência em baixa tensão são o condutor, a isolação e a cobertura. No caso onde o transformador elevador fica na nacele, podemos ter condutores para tensões maiores que 1000 V Cabeamento lançado dentro da torre eólica até o gerador na nacele

23 Caixas Multiplicadoras: Sistema de engrenagens que aumenta a velocidade de rotação do rotor para adequá-la àvelocidade de rotação do gerador elétrico. b) Interruptores Fusíveis; Frequência x Softstart; e) Transformadores f) Chaves seccionadoras; i) Acessórios Mecânicos. (Fonte: Catálogo Schneider Electric adaptado para a apostila) E quanto maior a turbina, menor tende a ser a faixa de velocidade de rotação do rotor: Por exemplo: para a Vestas V-52 (0,85 MW) a faixa de operação de 14 RPM à 31,4 RPM, já para a Vestas V-90 (3,00 MW), a faixa de operação é de 8,6 a 18,4 RPM. (Fonte:

24 BIBLIOGRAFIA NBR 14039/03 - Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kv a 36,2 kv; IEC Measurement and assessment of power Quality Characterístics of Grid Connected Wind Turbine. RESENDE, H.R - Apostila: Engenharia Elétrica aplicada à construção de Parques Eólicos. ESTANQUEIRO, A.I., J.M. Ferreira de Jesus, e J.G. Saraiva (1991). Integração de Conversores eólicos no Sistema de Energia Elétrica. ESTANQUEIRO, A. I., Apresentação: Curso de Energias Renováveis: Princípio de funcionamento de turbinas eólicas: conversão mecanoeléctrica. ROSAS, P.A.C, Estanqueiro, A.I., Guia de Projeto Elétrico de Centrais Eólicas CBEE ROSAS, P.A.C - Conexão de Turbinas Eólicas a Rede Elétrica Série Engenharia Eólica MONARO, R.M Artigo: Proteção convencional de geradores sincronos-sel-eesc-usp. MAMEDE, J.- Manual de equipamentos Elétricos,Vol.1 2ª edição Editora UFPE, Recife,1980. FILHO, A. C. A - Apresentação: ANEEL - Aspectos Tecnológicos das Fontes de Energia Renováveis.

25 Obrigado!!! Bons Estudos