Baterias e Carregadores de Bateria para Grupos Geradores

Talvez o subsistema mais crítico de um grupo gerador seja o sistema da baterias para a partida do motor e controle do grupo gerador. A escolha e a manutenção corretas das baterias e do carregador de bateria são essenciais para a confiabilidade do sistema. O sistema consiste de baterias, racks de baterias, um carregador de bateria que é acionado pela fonte normal de energia elétrica durante o tempo em que o grupo gerador estiver em espera (standby), e um alternador de carga das baterias acionado por motor que carrega as baterias e fornece a energia CC para o sistema de controle quando o grupo gerador estiver funcionando.
Quando os grupos geradores estão em paralelo, os bancos de baterias de cada grupo gerador geralmente são colocados em paralelo para fornecer a energia de controle para o sistema de paralelismo. O fabricante do sistema de paralelismo deve sempre ser consultado para determinar se o sistema de controle do motor é adequado para a aplicação, uma vez que uma queda de voltagem no banco de baterias poderia interromper alguns sistemas de controle de paralelismo e exigir o uso das baterias em estações separadas para alimentar o equipamento de paralelismo. As baterias devem estar tão próximas quanto possível do grupo gerador para minimizar a resistência no circuito de partida. A localização deve permitir fácil acesso de serviço às baterias e minimizar sua exposição à água, sujeira e óleo. O gabinete das bateria deve permitir ampla ventilação para que os gases explosivos gerados pela bateria possam ser dissipados. O projetista do sistema deve especificar o tipo do sistema de baterias (geralmente limitado ao tipo chumbo-ácido ou níquel-cádmio, como explicado a seguir), bem como sua capacidade.

A capacidade necessária do sistema da baterias depende do tamanho do motor (cilindrada), das temperaturas mínimas esperadas do líquido de arrefecimento do motor, do óleo lubrificante e das baterias, a viscosidade do óleo lubrificante e o número necessário e a duração dos ciclos de partida. O fornecedor do grupo gerador deve fazer as recomendações com base nestas informações.
As baterias de chumbo-ácido são o tipo mais comumente escolhido para grupos geradores. Elas são relativamente econômicas e oferecem bom serviço em temperaturas ambientes entre –18ºC e 38ºC. As baterias de chumbo-ácido podem ser recarregadas por carregadores convencionais, que podem ser montados em paredes próximas ao grupo gerador ou em um comutador de
transferência automática (se o grupo gerador NÃO for parte de um sistema de paralelismo). O carregador deve ser dimensionado para recarregar o banco de baterias em aproximadamente 8 horas e ao mesmo tempo atender todas as necessidades de energia de controle do sistema.
Uma bateria de chumbo-ácido pode ser do tipo selada “livre de manutenção” ou do tipo de célula inundada. As baterias livres manutenção suportam melhor as negligências de manutenção porém não são monitoradas e mantidas tão facilmente quanto as baterias de célula inundada. Todas as baterias de chumbo-ácido devem ser carregadas no local antes de sua utilização inicial. Mesmo as baterias livres de manutenção não retêm a carga indefinidamente.
As baterias de célula inundada requerem a adição de eletrólito no local de uso e atingem cerca de 50% da condição de carga total pouco tempo depois da adição do eletrólito.
Os sistemas de bateria NiCad (níquel-cádmio) são geralmente especificados para locais onde as temperaturas ambientes podem ser extremamente altas ou baixas, visto que seu desempenho é menos afetado por temperaturas extremas do que no caso das baterias de chumbo-ácido. Os sistemas de bateria NiCad são consideravelmente mais caros do que as baterias de chumbo-ácido, mas eles têm uma vida útil mais longa.
Uma das maiores desvantagens dos sistemas de baterias NiCad é que seu descarte pode ser difícil e caro, uma vez que os materiais que compõem essas baterias são tóxicos. Além disso, as baterias NiCad requerem carregadores

especiais para que atinjam o nível de carga plena. Esses carregadores devem ser fornecidos com filtros para reduzir o “ruído do carregador” o qual pode interromper os sistemas de controle do motor e do gerador.

IBC Standards para Grupos Geradores nos EUA

Nos Estados Unidos, fabricantes de Grupos Geradores de energia devem ser certificados pela IBC (International Building Code) para situaçoes emergenciais. Tais situaçoes sao basicamente os constantes terremotos que o pais sofre durante todos os anos. Assista abaixo dois vídeos bem interessantes que mostram um grupo gerador carenado e um QTA serem testados para receberem a certificacao. Reparem que o Grupo Gerador é instalado em uma plataforma vibrante que simula um terremoto. Também veja uma chave de transferência no mesmo tipo de teste.

Isolamento e Classificações de Alternadores

Geralmente, os alternadores para Grupos Geradores na faixa entre 20 kW a 2.000 kW possuem isolamento de enrolamentos nas Classes NEMA F ou H. O isolamento Classe H é projetado para suportar temperaturas mais altas do que a Classe F. As classificações dos alternadores estão relacionadas com os limites de temperaturas elevadas. Os alternadores com isolamento Classe H têm classificações de saída em kW e kVA que se situam dentro das classes de temperaturas elevadas de 80º C, 105º C, 125º C e 150º C acima de uma temperatura ambiente de 40º C. Um alternador operado em sua classificação de 80º C terá uma vida mais longa do que em suas classificações de temperaturas mais elevadas.
Os alternadores classificados com uma temperatura máxima mais baixa para uma dada classificação de grupo gerador resultarão em melhoria da partida do motor, menor ocorrência de quedas de voltagem, maior capacidade de carga não-linear ou desbalanceada, bem como uma maior capacidade contra falhas de corrente. A maioria dos grupos geradores de mercado possui mais do que um tamanho de alternador disponível, possibilitando sua utilização em uma ampla faixa de aplicações.
Muitos alternadores para um grupo gerador específico terão várias classificações como 125/105/80 (S,P,C). Isto quer dizer que o alternador escolhido irá operar dentro de um limite diferente de temperatura dependendo da classificação do grupo gerador, ou seja, o mesmo permanecerá dentro da temperatura limite de 125º C na classificação Standby, dentro do limite de 105º C na classificação Prime e dentro do limite de 80º C na classificação Contínua.

Isolamento de Vibração do Grupo Gerador

O projeto de instalação de um Grupo Gerador deve prover uma fundação apropriada para suportar o grupo gerador e evitar que os nocivos ou incômodos níveis de energia resultantes da vibração do grupo gerador sejam transmitidos à estrutura do edifício. Além disso, a instalação deve assegurar que a infra-estrutura de suporte do grupo gerador não permita que suas vibrações sejam transmitidas à partes estacionárias do equipamento.
Todos os componentes que se conectam fisicamente ao grupo gerador devem ser flexíveis para absorver o movimento de vibração sem danos. Os componentes que requerem isolamento são o sistema de escape do motor, as linhas de combustível, a fiação de alimentação da energia de CA, a fiação da carga, a fiação de controle (a qual deve ter fios flexíveis em vez de fios sólidos), o grupo gerador (a partir dos coxins de montagem) e os dutos de ar de ventilação (para os grupos geradores com radiador montado no chassi).
A falta de atenção ao isolamento destes pontos de interconexão física e elétrica pode resultar em danos por vibração ao edifício ou ao grupo gerador e falhas do grupo gerador em serviço.
O motor, o alternador e outros equipamentos integrados ao grupo gerador são geralmente montados no conjunto da estrutura da base, ou skid. O skid é uma estrutura rígida que garante a integridade estrutural e oferece um grau de isolamento de vibrações. A fundação, o piso ou o teto devem ser capazes de suportar o peso do grupo gerador montado e seus acessórios (como um tanque de combustível sob a base), bem como resistir às cargas dinâmicas e não transmitir ruídos e vibrações indesejados. Note que em aplicações onde o isolamento das vibrações é crítico, o peso do conjunto montado pode incluir uma fundação sólida de montagem.
O tamanho, o peso e as configurações de montagem variam muito entre fabricantes e equipamentos. Consulte as instruções de instalação do fabricante do modelo específico instalado para informações detalhadas sobre pesos e dimensões de montagem.

Aguarde por novas dicas e informações sobre toda a montagem mecânica de Grupos Geradores de Energia.

Estudo de Seletividade - Grupos Geradores

Estudo de Seletividade é a eliminação imediata de uma falha de curto-circuito em todos os níveis de corrente de falha pelo dispositivo de sobrecorrente (disjuntores) no lado de linha da falha e somente por esse dispositivo. “A eliminação incômoda” de uma falha por dispositivos de sobrecorrente após o dispositivo mais próximo à falha causa a interrupção desnecessária de ramificações sem falha no sistema de distribuição e pode causar a partida desnecessária do sistema de emergência (Grupo Gerador). As falhas de energia elétrica incluem falhas externas, tais como corte total ou parcial da energia da concessionária e falhas internas dentro no sistema de distribuição de um edifício, tais como uma falha de curto-circuito ou sobrecarga que faz com que um dispositivo de proteção contra corrente excessiva abra o circuito. Como os sistemas de emergência e standby destinam-se a manter a energia para certas cargas críticas, o sistema de distribuição elétrica deve ser projetado para maximizar a continuidade da energia na eventualidade de uma falha dentro do sistema. Portanto, o sistema de proteção contra sobrecorrente deverá ser coordenado seletivamente (Estudo de Seletividade).
A proteção contra sobrecorrente para o equipamento e os condutores que fazem parte do sistema de energia de emergência ou standby, inclusive o grupo gerador local, deverão atender as normas elétricas aplicáveis. Contudo, em aplicações onde o grupo gerador de emergência alimenta cargas críticas para a segurança à vida, como em hospitais ou grandes edifícios, deve ser dada maior prioridade à manutenção da continuidade da energia do que à proteção do sistema de emergência. Por exemplo, seria mais apropriado apenas uma indicação de alarme de sobrecarga ou de falha de terra do que abrir um disjuntor para proteger o equipamento se o resultado fosse a perda da energia de emergência para cargas críticas de segurança à vida.

Para fins de coordenação, a corrente de curto-circuito disponível nos primeiros ciclos de um grupo gerador é importante. Ela independe do sistema de excitação e depende somente das características magnéticas e elétricas do gerador. A corrente máxima no primeiro ciclo trifásico de curto-circuito simétrico (Isc) disponível de um gerador em seus terminais é:

Ou, considerando-se uma unidade:

ECA é a voltagem do circuito aberto e X”d é a reatância subtransiente direta por unidade do eixo do gerador. O valor X”d para um grupo gerador típico de mercado fornecerá 8 a12 vezes sua corrente nominal em uma falha trifásica, independentemente do tipo de sistema de excitação. (Consulte as especificações do grupo gerador e os dados do alternador para obter os valores de X”d). As reatâncias do gerador são indicadas por unidade para a classificação básica específica de um alternador. Todavia, os grupos geradores possuem várias classificações básicas. Conseqüentemente, para converter reatâncias em unidades a partir de um alternador básico para o grupo gerador básico, utilize a seguinte fórmula:

Exemplo de Cálculo: Calcule X”d (reatância subtransiente do alternador) para o grupo gerador a diesel classificado para 288 kVA em 277/480 VCA. A folha de dados deste grupo gerador indica que X”d = 0,13 para o alternador no ponto de classificação de plena carga de 499 kVA e 277/480 VCA (125º C de elevação de temperatura). Substituindo-se estes valores na equação anterior:
 

Recomendações sobre a Localização do Equipamento: Para um estudo de seletividade, recomenda-se que as chaves de transferência estejam localizados no lado de carga do dispositivo de sobrecorrente do circuito de ramificação, onde for possível no lado da linha de um painel de comando do circuito de ramificação. Com a chave de transferência no lado da carga do dispositivo de sobrecorrente do circuito de ramificação, as falhas no lado da carga da chave de transferência não resultarão na transferência das ramificações sem falha do sistema de emergência para o gerador juntamente com a ramificação com falha.
Esta recomendação é consistente com as recomendações de confiabilidade geral para a instalação de chaves de transferência o mais próximo possível do equipamento de carga, e para dividir as cargas do sistema de emergência nos menores circuitos possíveis utilizando-se várias chaves de transferência.
Uma segunda recomendação é usar um gerador de sustentação (excitação PMG) para liberar positivamente os disjuntores de ramificação de carcaça moldada. Um gerador de sustentação pode oferecer uma vantagem na liberação dos disjuntores de carcaça moldada de mesma classificação de corrente, porém características de tempo corrente diferentes.

Considerações sobre o Local de Instalação do Grupo Gerador

Uma das primeiras decisões no projeto deve ser determinar se o grupo gerador ficará localizado dentro ou fora do edifício, em um abrigo ou uma carenagem.
O custo total e a facilidade de instalação do sistema de energia elétrica dependem do arranjo e da localização física de todos os elementos do sistema - grupo gerador, chaves comutadoras, tanques de combustível, dutos e defletores de ventilação, acessórios, etc. Os seguintes aspectos devem ser considerados tanto para a localização interna quanto externa:

• Montagem do grupo gerador.
• Localização do quadro de distribuição e das chaves de transferência (QTAs).
• Ramificações dos circuitos para aquecedores de líquido de arrefecimento, carregador de bateria, etc.
• Segurança contra inundação, incêndio, formação de gelo e vandalismo.
• Contenção de derramamento acidental ou vazamento de combustível ou de líquido de arrefecimento.
• Possibilidade de danos simultâneos nos serviços da fonte normal e de emergência.
• Acesso para manutenção e inspeções gerais.
• Acesso e espaço de trabalho para grandes serviços como revisões ou remoção/substituição de peças.

Considerações sobre o Local Externo

• Emissão e atenuação dos níveis de ruídos.
• Tipos de carenagens - Grupos geradores de até 500 kW aproximadamente são fornecidos com carenagens ‘compactas’. Entretanto, manter uma temperatura ambiente mínima de 4ºC para atender os requisitos de certas normas pode ser difícil em uma carenagem externa ‘compacta’. Existem carenagens com cobertura para a maioria dos grupos geradores. Se forem incluídos recursos de atenuação de ruídos, o tamanho da carenagem aumentará consideravelmente.
• O acesso para grandes reparos, substituição de componentes (tais como radiador ou alternador) ou recondicionamento devem ser considerados no projeto da carenagem e na instalação de grupos geradores próximos a outros equipamentos ou estruturas. Se for necessário um grande serviço devido ao número de horas de operação ou dano/falha de grandes componentes, as entradas de acesso se tornarão críticas. Essas entradas incluem tampas de acesso, paredes removíveis da carenagem, distância adequada de estruturas próximas e acesso aos equipamentos de suporte necessários.
• Cercas de proteção e barreiras visuais.
• Distâncias dos limites da propriedade.
• O escape do motor deve ser direcionado para longe de ventilações e aberturas do edifício.
• Aterramento - Eletrodos ou anéis de aterramento podem ser necessários para aterramento separado ou derivado do sistema e/ou do equipamento.
• Proteção contra raios.

Considerações sobre o Local Interno

• Sala exclusiva para o gerador – Para sistemas de energia elétrica de emergência, certas normas podem exigir que a sala do gerador seja utilizada somente para acomodá-lo. Considere também o efeito que um grande fluxo de ar da ventilação poderia ter sobre outros equipamentos na mesma sala, tais como equipamentos de aquecimento do edifício.
• Classificação contra incêndio na construção da sala – As normas geralmente especificam uma capacidade mínima de resistência contra incêndio de 1 ou 2 horas. Consulte as autoridades locais para obter os requisitos aplicáveis.
• Área de trabalho – A área de trabalho ao redor de equipamentos elétricos normalmente é especificada por normas. Na prática, deve haver pelo menos 1 metro de espaço livre em torno de cada grupo gerador. A substituição do alternador deve ser feita sem a necessidade de remoção de todo o conjunto ou qualquer acessório. Além disso, o projeto da instalação deverá prever o acesso para grandes trabalhos (como recondicionamento ou substituição de componentes, como um radiador, p. ex.).
• Tipo do sistema de arrefecimento – Recomenda-se um radiador original de fábrica, mas o ventilador do radiador pode criar uma pressão negativa significativa na sala. As portas de acesso devem, portanto, abrir para dentro da sala ou serem protegidas por anteparos – de maneira que possam ser abertas quando o grupo gerador está funcionando.
• A ventilação envolve grandes volumes de ar. Num projeto ideal de sala, o ar é sugado diretamente do exterior e expelido para fora pela parede oposta. Para configurações opcionais de arrefecimento de grupos geradores que envolvam trocadores de calor ou radiadores remotos, serão necessários ventiladores para a ventilação da sala.
• Escape do motor – A saída de escape do motor deverá ser tão alta quanto a prática permitir no lado descendente dos ventos dominantes e voltada diretamente para fora da ventilação e aberturas do edifício.
• Armazenamento e tubulação de combustível – As normas locais podem especificar métodos de armazenamento de combustível dentro de edifícios e restringir as quantidades armazenadas. Uma consulta prévia com o comando local do Corpo de Bombeiros é recomendável. Será necessário acesso para o reabastecimento dos tanques de armazenamento. 
• Recomenda-se que sejam incluídos recursos no sistema de distribuição elétrica para a conexão de um banco de carga temporário do grupo gerador. 
• A localização dentro de um edifício dever permitir o acesso para a entrega e instalação do produto e posteriormente para serviços e manutenção. A localização lógica para um grupo gerador num edifício com base nestas considerações é no andar térreo, próximo a um estacionamento ou pista de acesso, ou na rampa de um estacionamento aberto. Sabendo que estas são áreas nobres de um edifício, se for necessário um outro local, lembre-se que podem ser necessários equipamentos pesados para a instalação e grandes serviços na unidade. Além disso, as entregas de combustível, líquido de arrefecimento, óleo, etc., são necessárias em vários intervalos. Um sistema de combustível provavelmente será projetado com tanques de suprimento, bombas, linhas, tanques diários, etc., mas as trocas de óleo lubrificante e de líquido de arrefecimento poderão ser dificultadas se os materiais tiverem que ser transportados manualmente em barris ou baldes.
• As instalações sobre lajes, embora comuns, requerem um planejamento complementar e considerações sobre o projeto estrutural. As vibrações e o armazenamento/entrega do combustível podem ser problemáticos em instalações deste tipo. 
• Locais internos geralmente requerem uma sala exclusiva com estruturas contra fogo. Fornecer fluxo de ar para o interior da sala pode ser um problema. Geralmente, não são permitidos abafadores de incêndio em dutos para o interior das salas. O ideal é que a sala tenha duas paredes externas opostas entre si de forma que o fluxo do ar de entrada flua sobre o grupo gerador e seja levado para fora através da parede oposta, no lado do radiador da unidade.