Funcionamento em paralelo (sincronização) de grupos geradores

Nas instalações alimentadas por um único gerador de grande potência, o grupo trabalha muito abaixo da sua capacidade nos períodos de carga reduzida; por exemplo, quando um grupo de 1400 kVA funciona no turno da noite com uma carga de cerca de 300 kVA, forma-se fuligem oleosa no escape e, durante a manutenção, a instalação fica sem reserva. Se a mesma instalação utilizar 3 grupos de 700 kVA em paralelo, com carga reduzida funciona um só grupo e, durante a manutenção, os restantes ficam disponíveis como reserva.

O funcionamento síncrono (em paralelo) consiste em ligar dois ou mais geradores ao mesmo barramento para alimentarem a carga em conjunto. Os geradores podem funcionar em paralelo entre si ou com a rede. A condição é a seguinte: a tensão, a frequência, a sequência de fases e o ângulo de fase do grupo a ligar têm de coincidir com os do barramento. Depois da ligação, a potência ativa e a potência reativa devem ser repartidas de forma equilibrada entre os grupos. Esta função é assegurada pelo quadro de sincronização e pelas unidades de controlo dos geradores.

Condições de sincronização

Parâmetro	Porque é importante?	Janela típica (aproximada, regulável)
Sequência de fases	Uma ligação com a sequência invertida provoca danos graves	Tem de ser igual (L1-L2-L3)
Tensão	A diferença gera corrente reativa de equilíbrio	Alguns %
Frequência	A diferença provoca um impulso de potência no momento da ligação	~0,1–0,2 Hz
Ângulo de fase	Uma grande diferença provoca choque mecânico e elétrico	~±10°

A unidade de controlo ajusta a velocidade e a tensão do grupo a ligar para aproximar os valores. Quando as condições são cumpridas, fecha o disjuntor. Se o barramento estiver sem tensão (barramento morto), o primeiro grupo pronto liga-se diretamente e os restantes sincronizam-se com ele. É indispensável uma lógica de encravamento que impeça a ligação simultânea de dois grupos ao barramento morto.

Partilha de carga

• Potência ativa (kW): É repartida pelos reguladores de velocidade (governor). Nos sistemas modernos, as unidades de controlo comunicam entre si; a frequência mantém-se constante e a carga é distribuída proporcionalmente à potência dos grupos (partilha de carga isócrona). O outro método é o droop: a velocidade diminui ligeiramente à medida que a carga aumenta e os grupos repartem a carga em função disso.
• Potência reativa (kVAr): É repartida pelos AVR. Se a partilha reativa estiver desequilibrada, forma-se corrente de circulação entre os grupos. Um dos grupos indica corrente elevada e o outro corrente baixa; os alternadores aquecem sem necessidade.

A partilha de carga nunca é perfeita. Ao calcular a capacidade total, é prática comum deixar uma margem de alguns pontos percentuais. Os valores exatos constam dos dados do fabricante do sistema de controlo.

Porquê em paralelo?

• Redundância (N+1): Mesmo que um grupo avarie ou entre em manutenção, os restantes asseguram a carga.
• Funcionamento em função da carga: Quando a carga diminui, os grupos desnecessários param automaticamente. Os restantes trabalham na gama eficiente e os problemas associados a carga reduzida (wet stacking) diminuem.
• Crescimento faseado: À medida que a instalação cresce, acrescentam-se novos grupos.
• Facilidade de manutenção: Os grupos entram em manutenção à vez.
• Potências elevadas: Necessidades que excedem a potência de um único grupo são cobertas por vários grupos; em sistemas de muito grande dimensão avaliam-se também soluções de média tensão.

Há também um custo: mais quadros, controlo mais complexo, mais espaço e, em geral, maior investimento inicial.

Um grupo de grande potência ou grupos em paralelo?

Exemplo: carga crítica de 1200 kVA.

Opção	Potência instalada	Com um grupo fora de serviço	Nota
1 × 1400 kVA	1400 kVA	0 kVA	Simples, sem reserva
2 × 1400 kVA (1+1)	2800 kVA	1400 kVA	Redundância total, potência instalada elevada
3 × 700 kVA (N+1)	2100 kVA	1400 kVA	Redundante, funcionamento faseado

Os números servem apenas para ilustrar o método. Na seleção real avaliam-se em conjunto a classe de potência (standby, prime, contínua), os escalões de carga, os arranques de motores e a implantação.

Funcionamento em paralelo com a rede

Aplicações típicas:

• Transição fechada: Transferência da carga sem interrupção no regresso da rede.
• Corte de pontas (peak shaving): Limitação da potência absorvida da rede nas horas de tarifa mais elevada.
• Funcionamento contínuo em paralelo: Por exemplo, cogeração.

No paralelo com a rede são necessárias proteções de potência inversa, de perda de rede (salto vetorial, ROCOF, etc.) e de sincronização. A ligação está normalmente sujeita à autorização e às condições técnicas da empresa distribuidora.

Erros frequentes no terreno

• Alternadores com passos de enrolamento diferentes. Se os alternadores em paralelo tiverem passos de enrolamento diferentes (p. ex., passo 2/3), pode circular corrente de terceira harmónica pelo neutro. O cabo de neutro aquece.
• Ligação do neutro à terra pensada grupo a grupo. Uma ponte neutro–terra separada em cada grupo pode originar correntes de circulação. Ver ligação à terra do gerador.
• Falha da linha de comunicação não definida. Não está definido o que o sistema faz se o cabo entre as unidades de controlo se partir.
• Ausência de deslastre de cargas. Quando um grupo sai de serviço, os restantes ficam sobrecarregados e ocorrem paragens em cadeia. As cargas prioritárias e a lógica de deslastre de cargas (load shedding) devem ser definidas desde o início.
• Cenário real não ensaiado na colocação em serviço. A sincronização, a partilha de carga, a perda de um grupo e os escalões de carga devem ser ensaiados com carga real ou com banco de carga; ver ensaio com banco de carga.

Lista de verificação

• A carga total, os escalões de carga e o objetivo de redundância (N, N+1, 2N) estão definidos?
• Com um grupo fora de serviço, os restantes asseguram a carga?
• As unidades de controlo e os reguladores de velocidade são adequados ao funcionamento em paralelo?
• Os tipos de alternador e os passos de enrolamento são compatíveis?
• O esquema neutro–terra foi projetado ao nível do sistema?
• Se houver paralelo com a rede, as condições da empresa distribuidora e as proteções estão definidas?
• A lógica de deslastre de cargas e de prioridades está documentada?
• A sincronização e a partilha de carga foram ensaiadas na colocação em serviço?

Próximo passo

Os sistemas em paralelo são utilizados sobretudo em centros de dados, hospitais e instalações industriais. Para avaliar a configuração dos geradores e do quadro de sincronização adequada ao seu projeto com a equipa da Terex Diesel, contacte-nos.