Como instalar um gerador trifásico para uso industrial

A instalação de um gerador trifásico industrial é uma tarefa complexa que exige alta precisão, profissionalismo e um profundo conhecimento das complexidades da instalação elétrica. Seja para aprimorar o sistema de energia de reserva da planta ou para implementar um novo sistema capaz de atender a operações de alta demanda, um gerador trifásico bem instalado é essencial para a distribuição adequada de energia. Este manual abordará os requisitos para a instalação segura e eficiente de um sistema de alimentação trifásico, incluindo todas as etapas necessárias antes da instalação, restrições relevantes e melhorias de desempenho. Ao adquirir este artigo, você terá acesso a informações detalhadas para uma instalação tranquila e eficaz, que atenda às suas necessidades industriais.

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Compreendendo geradores trifásicos

Um gerador trifásico é um dispositivo elétrico que gera três tensões separadas, porém iguais em fase, com uma defasagem de 120 graus entre cada fase. Devido à estabilidade e constância da energia gerada, o gerador é ideal para diversas aplicações industriais e de grande porte. A energia gerada pelo gerador consiste na conversão de energia mecânica, geralmente proveniente de um motor ou roda metálica, em energia elétrica por meio do eletromagnetismo. Por fim, unidades confiáveis ​​e de alta potência são extremamente eficazes para diversas aplicações, como alimentar motores, condicionadores de ar e outras máquinas pesadas em aplicações comerciais.

Benefícios da energia trifásica

1. 01

   Densidade de potência mais alta

   Existem razões práticas para a utilização de sistemas trifásicos em vez de monofásicos. Eles também permitem a transmissão de mais energia com menos material. Comparativamente, os sistemas trifásicos são cerca de 1.5 vezes mais eficientes do que os sistemas monofásicos (utilizando o mesmo condutor de cobre ou alumínio) na transmissão da mesma tensão, reduzindo drasticamente os custos de instalação para aplicações de alta potência.

2. 02

   Fornecimento de energia consistente

   Ao contrário de um sistema monofásico que sofre variações de potência, a energia trifásica permanece constante e contínua em seu fornecimento. Essa alimentação constante é essencial para a operação e manutenção de máquinas delicadas, bem como de qualquer equipamento sensível a flutuações.

3. 03

   Melhoria da eficiência dos motores

   O desempenho mecânico dos motores de indução trifásicos é superior em todos os aspectos quando comparado aos seus equivalentes monofásicos. Além disso, esses motores oferecem uma partida mais potente e maior segurança durante a operação, tornando-os preferíveis para uso em indústrias com altas exigências de desempenho e confiabilidade.

4. 04

   Distribuição de carga balanceada

   A utilização de um motor trifásico resulta na divisão da corrente em três fases ao longo do sistema. Isso ajuda a evitar situações de corrente excessiva por unidade de área, distribuindo-a entre três condutores. Consequentemente, a tensão se estabiliza e a corrente flui de forma normal/estável, aumentando a segurança da operação.

5. 05

   Transmissão de longa distância econômica

   A transmissão trifásica oferece vantagens sobre os sistemas monofásicos em termos de distância a ser percorrida pela energia. Graças à menor perda de energia e à possibilidade de utilizar condutores mais finos e menos densos para a mesma potência máxima, os sistemas reduzem os custos de infraestrutura e operacionais, limitando os investimentos em infraestrutura que as concessionárias de energia precisam realizar.

6. 06

   Escalabilidade para atender às crescentes necessidades de energia

   Os sistemas trifásicos são, em regra, sistemas modulares, o que implica que são discretos e seu desempenho pode ser alterado facilmente. Além disso, são capazes de acomodar o aumento do consumo de energia sem a necessidade de trocar a maioria de seus componentes, tornando-os muito práticos para setores e aplicações em expansão.

Aplicações de geradores trifásicos na indústria

Diferenças entre geradores trifásicos e outros geradores

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Escolhendo o tamanho certo do gerador

A seleção eficiente do tamanho de um gerador sempre exige maior atenção à quantidade de potência que a solução exigirá. Para isso, é necessário primeiro determinar a potência (em watts) produzida por cada equipamento e elemento que o gerador deverá alimentar. Na instalação de motores, é preciso documentar tanto a potência contínua quanto a potência de partida desses equipamentos. Também é importante considerar condições como picos de carga e a necessidade de mais potência do que a mínima disponível.

Para aplicações menos críticas, como em casa, um gerador de 5,000 a 7,500 watts pode ser usado para fornecer energia a alguns itens selecionados, como geladeiras, bombas de esgoto e iluminação. Por outro lado, geradores maiores, com potência nominal acima de 20,000 watts, são usados ​​em áreas industriais ou comerciais para operar diversas máquinas pesadas, bem como outros equipamentos. Sempre consulte o manual do usuário e verifique a potência nominal exata especificada pelo fabricante; caso não consiga, é recomendável contratar os serviços de profissionais da área.

Cálculo dos Requisitos de Energia (kVA)

Para determinar a potência nominal em quilovolt-ampères (kVA), é importante compreender como a potência aparente (kVA) reage à potência real (quilowatts ou kW) por meio do fator de potência (FP). O fator de potência (FP) é a proporção da potência total que é utilizada para realizar trabalho útil, enquanto a parte restante é perdida devido a transientes na rede ou potência reativa.

A potência real, no entanto, é a carga ou potência efetivamente absorvida pelo equipamento, em unidades de quilowatt (kW). O fator de potência, por outro lado, representa a eficiência do sistema elétrico, tipicamente em forma numérica, variando entre 0 e 1. Para cargas resistivas, como circuitos de iluminação ou aquecimento, o fator de potência costuma ser bastante próximo de 1. Já para cargas indutivas, como motores ou transformadores, o fator de potência tende a ser menor, geralmente estimado em torno de 0.8.

Além disso, quando há vários dispositivos no sistema, as potências individuais em kW de todos os aparelhos conectados devem ser calculadas em média e a soma dos kW individuais dividida pelo fator de potência médio deve ser multiplicada para encontrar o kVA total. O cálculo correto do kVA é essencial para a operação segura da máquina e, adicionalmente, é necessário um bom gerenciamento do sistema para evitar a sobrecarga dos geradores ou a ultrapassagem dos valores nominais dos circuitos elétricos.

Avaliação dos tipos de carga: monofásica vs. trifásica

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Fatores que influenciam a seleção do gerador

1. 01.

   Requisitos de saída de energia

   É importante que os geradores atendam aos requisitos da carga prevista, considerando as condições críticas da demanda máxima e as possíveis expansões futuras da carga. No caso de usuários domésticos, geradores monofásicos de menor capacidade podem ser suficientes, enquanto para aplicações industriais, geralmente são necessários geradores trifásicos capazes de operar com equipamentos elétricos de grande porte.

2. 02.

   Tipo e disponibilidade de combustível

   É evidente que diesel, gasolina, gás natural e GLP (ou propano) são opções de combustível importantes nesse contexto. Na maioria dos casos, geradores a diesel são utilizados em condições extremas devido à sua grande potência e capacidade. No entanto, a dinâmica do mercado externo também influencia significativamente os motivos que justificam essa escolha de gerador.

3. 03.

   Tempo de execução e eficiência de combustível

   Os geradores a diesel e a gasolina mais antigos diferem no consumo de combustível e na autonomia. Recomenda-se que o gerador seja construído para atender aos critérios de operação por longos períodos com alto consumo de energia. Um gerador com maior eficiência de combustível não só reduz os custos operacionais, como também garante que os usuários não precisem passar longas horas reabastecendo.

4. 04.

   Nível de ruído e impacto ambiental

   Em áreas residenciais e urbanas, a preocupação com o ruído, medido em decibéis (dB), ganha importância substancial. Em situações sensíveis ao ruído, isso significará uma utilização mais ampla de geradores silenciosos. Além disso, será necessário abordar todas as questões relacionadas à conformidade dos grupos geradores com as normas e regulamentações quando os grupos geradores a diesel forem a principal fonte de energia.

5. 05.

   Sistemas e recursos de controle

   Os modelos mais recentes de geradores estão sendo equipados com sistemas de controle cada vez mais complexos, que incluem chaves de transferência automática, proteção contra sobrecarga e dispositivos de monitoramento digital. A menor possibilidade de confusão decorrente das especificidades da aplicação de um gerador projetado inadequadamente, aliada ao fato de que tais dispositivos criam perigos desnecessários para as pessoas, contribui para essa complexidade.

6. 06.

   Tamanho e Portabilidade

   Para aplicações móveis, o design deve ser o mais compacto possível e a portabilidade deve ser priorizada. Em contrapartida, para uso industrial ou em outras aplicações comerciais, um gerador fixo exigirá mais do que robustez; também precisará de uma instalação complexa.

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Considerações sobre o local para instalação de gerador

Localização e acessibilidade

Ao selecionar um local adequado para um gerador, é preciso considerar os requisitos de acesso para futuras manutenções e reparos. O local deve ser escolhido de forma a não exigir deslocamentos desnecessários para encontrar a localização de um técnico de serviço. Deve-se levar em conta a largura do caminho, a disponibilidade de veículos de serviço e o grau de portabilidade necessário para equipamentos e/ou peças de reposição.

A localização do gerador deve favorecer a circulação de ar para evitar o seu sobreaquecimento. Um local com boa ventilação é mais eficiente para o gerador e também reduz o impacto na saúde das pessoas, pois não haverá acúmulo de gases de escape com ruído desagradável. O local também deve estar livre de entulhos, lixo ou plantas que possam obstruir o acesso ou causar interrupções em caso de incêndio.

Por fim, o uso de tecnologia avançada auxilia e aprimora o planejamento de distâncias e layouts do local, minimizando riscos e proporcionando conforto. Essa tecnologia ajuda na elaboração de plantas do local, desde que características como distâncias sejam convertidas em medidas físicas e fatores intangíveis, como perigos ou outras deficiências, sejam levados em consideração para fins de segurança e viabilidade operacional do local escolhido.

Conexões elétricas e requisitos de aterramento

As conexões elétricas e seu aterramento adequado são cruciais para a segurança e a economia de todo o sistema, especialmente para aqueles que dependem de sistemas elétricos. É importante adquirir cabos, conectores e caixas de proteção de qualidade, recomendados no setor. Os produtos com alta classificação são os melhores, pois minimizam os riscos de curto-circuito, curto-circuito ou interferência. Por exemplo, é necessário utilizar equipamentos elétricos que atendam às normas vigentes em cada região, como os artigos relevantes do Código Elétrico Nacional (NEC) ou da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), no caso de exportações.

As instalações de aterramento, ou aterramento para fins elétricos, devem ser planejadas adequadamente para minimizar o impacto de correntes de curto-circuito e choques elétricos. Outra alternativa para atingir esse objetivo é a execução de um sistema de aterramento adequado, projetado com o enterramento de hastes, malhas ou placas condutoras a profundidades que garantam a eficácia do sistema. A resistividade do solo, seu teor de umidade e o grau de corrosão de cada estrutura também devem ser considerados antes de se elaborar o projeto de aterramento. Existem tecnologias inovadoras, como modelagem computacional e instrumentos de medição de resistência, para estudar a eficiência de um sistema de aterramento. Além disso, é fundamental que, com a aplicação de equipamentos de proteção contra surtos e um aterramento adequado, seja possível eliminar perdas graves e acidentes causados ​​por picos de tensão momentâneos.

Medidas de segurança e conformidade com as normas locais

Deve-se dar importância à segurança de todos os usuários, especialmente no que diz respeito ao aterramento e às superfícies de polímero instaladas, que também devem estar em conformidade com as normas locais. As diretrizes estabelecidas pelas normas locais, como o Código Elétrico Nacional dos EUA (NEC) ou as normas da IEC, do ponto de vista internacional, fornecem os procedimentos corretos para instalação, dimensionamento de condutores e especificação de materiais. Inspeções e verificações pontuais do sistema em intervalos regulares são necessárias para garantir que ele permaneça dentro dos padrões exigidos por um período adequado.

Para melhorias na segurança, recomenda-se também a manutenção regular dos componentes aterrados para verificar a degradação causada por intempéries ou corrosão. Para um desempenho superior como medida permanente, prevalece o uso de materiais de alta pureza, como cobre ou ligas especiais. Da mesma forma, zonas de segurança adequadas entre os condutores de aterramento e materiais combustíveis eliminam os riscos de rápida propagação de incêndios em caso de falhas nos sistemas elétricos.

Nos últimos tempos, os sistemas de monitoramento em tempo real têm se tornado mais comuns em áreas como saúde e segurança. A aderência do solo e sua verificação eficaz são questões abordadas no aprimoramento da segurança de máquinas e sistemas. O alto risco de não controlar totalmente os riscos é reconhecido como uma ameaça e é levado em consideração ao se planejar a aplicação do modelo desenvolvido.

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Procedimento de instalação passo a passo

1. 01

   Preparação do local

   Identifique e assegure uma base nivelada e resistente para o gerador, evitando quaisquer obstáculos ao seu redor e garantindo o cumprimento das normas locais de segurança e de localização. Limpe o local de trabalho e remova quaisquer detritos, se houver.

2. 02

   Avaliação de Carga Elétrica

   Calcule a soma das necessidades energéticas de todas as cargas a serem conectadas ao gerador e certifique-se de que a potência nominal do gerador seja compatível com a carga total. Marque os equipamentos necessários para que a alocação de energia seja feita do mais importante ao menos importante.

3. 03

   Posicionamento do gerador

   Leve o gerador para a posição nivelada e coloque-o lá, certificando-se de que esteja em um plano paralelo. Além disso, fixe o gerador para que não vibre durante o funcionamento.

4. 04

   Conexão a uma chave de transferência

   Instale um ATS (chave de transferência automática) para o circuito que será conectado ao gerador ou conecte o gerador manualmente dentro do circuito do painel de distribuição quando houver falha no fornecimento de energia da rede elétrica. Certifique-se de que o equipamento esteja em conformidade com os limites exigidos pelas normas elétricas.

5. 05

   Aterrando o gerador

   Siga as instruções do fabricante, bem como as normas nacionais de instalações elétricas, e conecte uma haste de aterramento ao gerador. É importante que seja fornecida uma ligação condutora de baixa impedância para mitigar os riscos de segurança decorrentes de acidentes elétricos.

6. 06

   Configuração do sistema de combustível

   Use uma mangueira flexível para conectar o tanque de gasolina ao carburador do gerador. Certifique-se de que todas as conexões estejam vedadas e sem vazamentos. No caso de um gerador movido a combustível como gasolina, verifique a capacidade do tanque e a qualidade do combustível.

7. 07

   Fiação elétrica

   Basta conectar os fios à saída do gerador e ligá-la a uma chave de transferência ou painel de carga. Verifique também se o nível de combustível do gerador a gasolina está correto ou se há excesso de enchimento. Devem ser tomadas precauções de segurança, especialmente durante a troca de geradores.

8. 08

   Inspeção Pré-Operação

   Verifique se o gerador apresenta peças danificadas, fiação solta e vazamentos de óleo ou outros componentes. Verifique os níveis de óleo, fluido refrigerante e combustível conforme as instruções do fabricante.

9. 09

   Teste inicial do sistema

   Inicie o gerador seguindo os procedimentos descritos no manual do usuário. Em seguida, aumente a carga gradualmente e observe os parâmetros de funcionamento do equipamento, como a tensão e a frequência da energia gerada.

10. 10

    Operação e manutenção finais

    Verifique se não há problemas óbvios com o gerador funcionando sob carga. Desenvolva um conjunto de atividades de manutenção que inclua revisões regulares, lubrificação adicional e testes dos componentes instalados para garantir a longevidade do gerador.

Preparando o local de instalação

A instalação do gerador exige que o local seja preparado de forma completa para a sua presença e para garantir o seu funcionamento contínuo. Primeiramente, deve-se determinar se é legalmente permitido erguer ou instalar a estrutura. O local deve ser plano, sem cavidades e com boa circulação de ar para evitar o acúmulo de umidade devido ao ar estagnado e à falta de espaço para a troca de ar. Mantenha o espaço ao redor do gerador livre para que, em caso de reparo ou manutenção, seja possível localizá-lo facilmente e evitar o superaquecimento.

Ao instalar o gerador em uma área externa, utilize uma base ou suporte robusto, feito de concreto ou outro material durável, adequado para suportar as características do gerador e minimizar a geração de ruído quando o sistema estiver em operação. Para proteger o espaço interno da contaminação por monóxido de carbono (CO), o gerador deve estar afastado de janelas, portas e entradas de ar. Além disso, será necessário um revestimento resistente à água para protegê-lo da umidade, da neve e das baixas temperaturas externas. É fundamental que haja um sistema de aterramento, pois isso é crucial em caso de emergências relacionadas a choques elétricos, e o gerador deve ser protegido por um fusível.

Devem ser envidados todos os esforços para garantir que a ligação elétrica esteja ao alcance do fornecimento de eletricidade e combustível. É ainda mais importante ter um suprimento adequado de combustível, seja diesel, propano ou gás natural, bem como dispositivos de segurança para evitar vazamentos ou sabotagem da ligação. Além disso, deve-se dar a devida atenção à conformidade de todas as instalações elétricas com as normas aplicáveis, o que inclui o uso de chaves de transferência automática ou outros dispositivos de proteção.

Montagem do gerador e do ATS (Chave de Transferência Automática)

A correta instalação do gerador e do ATS determina o grau de eficiência e a vida útil de todo o sistema. O gerador precisa de uma plataforma de montagem que seja resistente, mas que não cause vibrações. De fato, uma base de concreto é comumente usada para esse fim, pois é durável, nivelada e resistente a fatores externos. Para instalações externas, são necessárias estruturas de proteção contra intempéries, detritos e impactos, que também garantem a conformidade com as normas NEMA ou outras especificadas para o local.

Será essencial instalar o pré-amplificador verticalmente na parede para facilitar o acesso às conexões da fiação. O aparelho deve ser posicionado próximo ao quadro de distribuição principal para reduzir o comprimento dos cabos e, consequentemente, de quaisquer derivações de mistura. Todas as conexões entre o gerador, o ATS e a rede elétrica do edifício devem estar em conformidade com o Código Elétrico Nacional (NEC) ou com o código de prática aplicável. O tipo de isolamento dos cabos, o diâmetro dos eletrodutos e as extremidades do sistema de aterramento devem atender aos princípios das normas mencionadas acima para garantir o fluxo adequado de corrente e o funcionamento dos dispositivos de proteção contra falhas. Além disso, deve haver espaço suficiente para a movimentação do gerador e do ATS para fins de reparo e dissipação de calor.

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Verificações e testes finais

Verificando as conexões elétricas

A necessidade de testes e inspeções minuciosas em todas as conexões elétricas é crucial para evitar ineficiências operacionais e situações perigosas. Isso inclui verificar cada conexão e terminal em busca de defeitos, como isolamento rachado, solto ou ausente; sinais de corrosão; ou encaixe frouxo ou apertado. É importante usar um multímetro digital calibrado para verificar a resistência à passagem de corrente elétrica nas seções onde deveria haver corrente, pois isso é típico de terminais soltos ou mal encaixados. Todos os sistemas trifásicos devem ser submetidos a testes de continuidade para confirmar a conexão adequada e proteger os contatos contra falhas de isolamento.

Além disso, as falhas resistivas também podem levar ao aumento da temperatura dos pontos de contato e, portanto, podem ser observadas por meio de monitoramento termográfico, o que geralmente não é simples durante a fase de comissionamento. Utilize condutores com diâmetro suficiente para suportar as perdas no condutor de silício-ferro sob condições operacionais ideais, sem o risco de superaquecimento e deterioração do sistema de isolamento em caso de falha. Todos os testes realizados devem ser documentados com todos os dados e ações tomadas para solucionar o problema em caso de falha; caso contrário, a equipe de manutenção não realizará as alterações necessárias de acordo com as normas.

Funcionalidade do gerador de testes

Para garantir o desempenho confiável de um gerador, é fundamental submetê-lo, em primeiro lugar, aos testes funcionais necessários. Isso inclui testá-lo sob diferentes condições de carga. Comece verificando a facilidade de partida e, em seguida, teste a transição suave para a velocidade de operação, sem ruídos ou atrasos perceptíveis. Certifique-se de obter as leituras de tensão e frequência tanto em vazio quanto em plena carga, para confirmar se as medições foram realizadas dentro das configurações normais. Além disso, verifique e registre a potência de saída e quaisquer alterações nela, o que também ajudará a verificar o funcionamento mecânico e elétrico da máquina e a diagnosticar possíveis causas de acidentes, como desalinhamento e desgaste.

Os métodos avançados de teste incluem o uso de ferramentas de aquisição de dados em tempo real, que permitem o estudo do conteúdo harmônico, do fator de potência, bem como dos perfis de temperatura ao longo de um longo período. A avaliação do aquecimento do sistema de combustível, da carga de refrigeração, do óleo lubrificante e o uso de mecanismos especiais são necessários para evitar danos ao motor ou eficiência do gerador A simulação da reação do gerador à perda de energia e o funcionamento de sistemas de desligamento automático da rede elétrica também podem ser incluídos. Isso possibilita a avaliação adequada de todos os componentes do grupo gerador sem demora, tornando-a ainda mais eficaz em situações de contingência.

Fontes de Referência

• Filtro de potência ativo shunt alimentado por energia solar usando uma topologia de inversor ZSI avançada: uma análise — Ieeexplore.ieee.org

• Interação otimizada entre TSO e DSO em redes desequilibradas por meio de clusters de veículos elétricos com resposta de frequência em usinas virtuais — ietresearch.onlinelibrary.wiley.com