Estudo de faltas e proteções em máquina sincrona para usinas hidrelétricas

Abstract

Resumo: Em Usinas Hidrelétricas, comumente são utilizadas máquinas síncronas como geradores, acoplados às turbinas, que são responsáveis por gerar a energia mecânica. O rotor forma o campo girante junto aos polos, que quando excitados geram fluxo variante resultando na força eletromotriz. Nesse processo, a diferença de potencial gerada no estator é a tensão a ser entregue pela máquina. O fato de utilizarmos tais máquinas como geradores dá-se pela a mesma ser sincronizada com o campo magnético, ou seja, sua frequência elétrica é muito próxima ou igual à frequência angular, o que permite trabalhar com velocidades variáveis, obter um maior rendimento e respostas mais dinâmicas do sistema. Porém, no ponto de vista literário, essas máquinas são pouco analisadas em termos de proteção. Pensando nisso, o trabalho visa abordar o funcionamento de um gerador de uma usina hidrelétrica, estudando as principais partes e analisando as faltas comuns que ocorrem no estator da máquina, ou seja, os curtos circuitos que ocorrem devido às falhas nas proteções e aterramento. O estudo de proteção é iniciado após a abordagem dos conceitos fundamentais de funcionamento do gerador, analisando principalmente a falta FaseTerra e o sistema de aterramento. Também é realizado a análise dos tipos de enrolamentos presentes no estator e a verificação das ranhuras no núcleo do estator. Para completar, há o estudo dos componentes utilizados para abordar o curto circuito fase terra, como relés de proteção e sistema de aterramento, verificando o funcionamento e aplicação dos mesmos para atuarem no momento adequado, evitando perdas no sistema. O trabalho se divide em apresentar as principais partes da máquina síncrona, aprofundando-se mais no estator, fornecendo base para o estudo das faltas propostas e posteriormente os tipos de proteções associadas àquela falta. Ao final da análise dos componentes utilizados para proteção elétrica da máquina síncrona, verifica-se a necessidade de existir proteções adequadas ligadas ao sistema, bem como a necessidade do dimensionamento das proteções bem definidos, entendendo o objetivo de cada equipamento e sua função dentro do circuito.

Abstract: In hydroelectric plants, synchronous machines are commonly used as generators, coupled to turbines, which are responsible for generating mechanical energy. The rotor forms the rotating field near the poles, which when excited generate variant flow resulting in electromotive force. In this process, the potential difference generated in the stator coils is the voltage to be delivered to the system. The fact that we use such machines as generators is because it is synchronized with the magnetic field, that is, its electric frequency is very close to or equal to the angular frequency, which allows to work with variable speeds, to obtain a higher yield and responses. more dynamic of the system. However, from the literary point of view, these machines are little analyzed in terms of protection. With this in mind, the work aims to approach the operation of a generator of a hydroelectric plant, studying the main parts and analyzing the common faults that occur in the stator of the machine, that is, the short circuits that occur due to faults in the protections and grounding, with emphasis on lack Phase-Ground. The protection study is started after addressing the fundamental concepts of system faults, mainly analyzing the Phase-Ground fault. The components used to approach the ground phase short circuit, such as protective relays and grounding system, are verified, checking the operation and application of them to act at the appropriate time, avoiding major disturbances in the industrial electrical system. The study is divided into presenting the main parts of the synchronous machine, going deeper into the stator, providing the basis for the study of the proposed faults and later the types of protections associated with that fault. Finally, there is the need to have adequate protections connected to the system, as well as the need to design well defined protections, understanding the purpose of each equipment and its function within the circuit