Instituto Politécnico de Coimbra
Instituto Superior de Engenharia de Coimbra
Departamento
de Engenharia Eletrotécnica
Caracterização dos Arranques da Central
Termoelétrica de Lares
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em
Automação e Comunicações em Sistemas de Energia
Coimbra
Dezembro 2012
Instituto Politécnico de Coimbra
Instituto Superior de Engenharia de Coimbra
Departamento
de Engenharia Eletrotécnica
Caracterização dos Arranques da Central
Termoelétrica de Lares
Orientadores: Professor Adelino Pereira, ISEC
Professora Rita Pereira, ISEC
Supervisores: Eng.º António Oliveira, EDP
Eng.º Bruno Tereso, EDP
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Relatório de Estágio para obtenção do Grau de Mestre em
Automação e Comunicações em Sistemas de Energia
Coimbra
Dezembro 2012
Agradecimentos
Um agradecimento particular à minha família pelo apoio prestado ao longo da minha vida
e, essencialmente, nesta fase. De igual modo, agradeço às pessoas que me ajudaram na
elaboração deste relatório e que me acompanharam ao longo destes últimos tempos apoiandome nos momentos mais difíceis.
O meu agradecimento aos meus supervisores de estágio na Central Termoelétrica de Lares,
Eng.º António Oliveira e Eng.º Bruno Tereso, pelos documentos facultados e pelos
esclarecimentos prestados às questões mais pertinentes colocadas no decorrer do estágio.
Agradeço aos meus orientadores de estágio, Eng.º Adelino Pereira e Eng.ª Rita Pereira por
me terem proporcionado este estágio num centro electroprodutor do grupo Energias de
Portugal (EDP) e pelas sucessivas orientações e revisões ao longo do progresso do meu
relatório.
O meu agradecimento aos colaboradores da Central de Ciclo Combinado de Lares pelo
bom acolhimento e pela disponibilidade demonstrada na partilha de informação que enriqueceu a
minha aprendizagem e possibilitou o esclarecimento das minhas dúvidas que surgiram no
decorrer do estágio.
i
Resumo
A energia elétrica detém, atualmente, uma importância extrema para a sociedade, uma vez
que representa uma necessidade imprescindível para o bem-estar comum das pessoas e para o
desenvolvimento socioeconómico de um país. A energia elétrica é produzida em centros
electroprodutores específicos que garantem a sua produção em função do seu consumo.
No presente relatório, é efetuada uma abordagem ao conceito de energia e aos vários tipos
de centrais elétricas existentes. No caso específico das centrais termoelétricas é feita uma
introdução aos ciclos termodinâmicos que as caraterizam.
Devido à complexidade do processo de conversão de energia em centrais termoelétricas de
ciclo combinado é efetuada uma apresentação descritiva dos principais sistemas e
equipamentos existentes na Central Termoelétrica de Lares afetos à produção de energia
elétrica. Faz-se igualmente referência à estrutura organizacional deste centro electroprodutor e
às políticas energéticas do grupo EDP.
Numa fase inicial do estágio foi possível acompanhar as tarefas efetuadas pelos
colaboradores da Central Termoelétrica de Lares no âmbito de manutenção preventiva e
corretiva, sendo que algumas se encontram descritas no presente relatório. Com o decorrer do
estágio, foram propostos temas e tarefas a desenvolver, tais como, o estudo da caracterização
dos arranques efetuados na Central Termoelétrica de Ciclo Combinado de Lares, o estudo das
proteções existentes nos transformadores de potência e o desenvolvimento de um programa
suscetível de monitorizar os tempos de arranque de uns motores de corrente contínua com
recurso a um autómato da Siemens.
Este estágio, ao ser realizado num dos centros electroprodutores do grupo EDP, permitiu a
minha integração num contexto real de trabalho e possibilitou o aprofundamento e
consolidação dos conhecimentos adquiridos em contexto académico.
Palavras-chave: Central termoelétrica, Central de ciclo combinado, Caracterização de
arranques, Turbina a gás, Turbina a vapor, Produção energia elétrica.
iii
Abstract
At present, electric power is of utmost importance to society, since it represents an
essential requirement for the common well-being of populations and the socioeconomic
development of countries. Electric power is generated in specific electricity generating power
stations that guarantee its generation in accordance with its consumption.
In this report, an approach is made to the concept of energy and the various types of
existing electric power stations. In the specific case of thermoelectric power stations, an
introduction is made to the thermodynamic cycles that characterize them.
Due to the complexity of the process of generation of electric power in combined cycle
power stations, this report describes the main existing systems and equipment at the Lares
Thermoelectric Power Station linked to the generation of electric power. Reference is also
made to the organizational structure of this electricity generating power station and the energy
policies of the EDP group.
In an early stage of the internship, I was able to follow the tasks performed by the staff
members of the Power Station within the framework of preventive and corrective
maintenance, and some of these tasks are described in the present report. As the internship
progressed, several themes and tasks were proposed to be developed, such as, the study of the
characterization of the startups that took place at the Lares Combined Cycle Thermoelectric
Power Station, the study of the existing protections in the power transformers and the
development of a software capable of monitoring the startup times of some DC motors, with
use of a Siemens automaton.
This internship, taking place at one of the electricity generating power stations of the EDP
group, allowed for my integration in a real work context, as well as for the development and
consolidation of the knowledge acquired in an academic context.
Keywords: Thermoelectric power station, Combined cycle power station, Characterization of
startups, Gas turbine, Steam turbine, Electric power generation.
v
Índice
Agradecimentos ......................................................................................................................... i
Resumo ..................................................................................................................................... iii
Abstrat ....................................................................................................................................... v
Índice ....................................................................................................................................... vii
Índice de Figuras ..................................................................................................................... ix
Índice de Quadros .................................................................................................................. xii
Simbologia e Abreviaturas ................................................................................................... xiii
Lista de Abreviaturas ...........................................................................................................xiii
Unidades .............................................................................................................................. xiv
Capítulo 1 – Introdução ........................................................................................................... 1
1.1 – Enquadramento .............................................................................................................. 1
1.2 – Objetivo do Estágio........................................................................................................ 2
1.3 – Estrutura do Relatório .................................................................................................... 3
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica............................................................................ 5
2.1 – Considerações de Energia .............................................................................................. 5
2.1.1 – Definição de Energia Potencial ............................................................................. 5
2.1.2 – Definição de Energia Cinética .............................................................................. 5
2.1.3 – Princípio da Conservação da Energia ................................................................... 6
2.2 – Tipos de Centrais Elétricas ............................................................................................ 7
2.3 – Diferença entre Centrais Térmicas Clássicas e de Ciclo Combinado ............................ 9
2.4 – Princípios Termodinâmicos ......................................................................................... 10
2.4.1 – Descrição do Ciclo de Rankine ........................................................................... 11
2.4.2 – Descrição do Ciclo de Brayton ........................................................................... 12
2.4.3 – Termodinâmica em Centrais de Ciclo Combinado ............................................. 13
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares ........................................ 15
3.1 – Organização das Pessoas.............................................................................................. 16
3.2 – Política Energética ....................................................................................................... 17
3.3 – Descrição da Central Termoelétrica de Lares .............................................................. 17
3.4 – Descrição dos Sistemas da Central .............................................................................. 19
3.4.1 – Sistema de Queima e Produção de Vapor ........................................................... 19
3.4.2 – Caldeira Recuperativa ......................................................................................... 21
3.4.3 – Caldeira Auxiliar ................................................................................................. 23
3.4.5 – Condensador........................................................................................................ 24
3.4.6 – ITA - Instalações de Tratamento de Águas ......................................................... 27
3.4.7 – Sistema de Combate a Incêndios......................................................................... 28
3.4.8 – Sistema de Ar Comprimido................................................................................. 29
3.4.9 – Abastecimento de Gás ......................................................................................... 30
3.4.10 – Performance Heater........................................................................................... 30
3.4.11 – Sala de Comando............................................................................................... 32
3.4.12 – Sistema de Conversão de Energia ..................................................................... 33
3.4.13 – LCI – Load Commutated Inverter ..................................................................... 44
vii
3.4.14 – Disjuntor de Grupo ............................................................................................45
3.4.15 – Transformadores ................................................................................................46
3.4.16 – Parque de Linhas ...............................................................................................49
3.4.17 – Esquema Elétrico Unifilar da Central ................................................................50
3.4.18 – Sistemas de Emergência de Energia Elétrica ....................................................51
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas ............................................................................................53
4.1 – Programação de um Autómato da Siemens ................................................................. 53
4.2 – Estudo das Proteções dos Transformadores ................................................................ 59
4.3 – Reparação de uma Gaveta de Comando ...................................................................... 67
4.4 – Teste a um Transformador de Corrente ....................................................................... 71
4.5 – Barramento de Média Tensão...................................................................................... 75
4.6 – Sobreaquecedor Elétrico.............................................................................................. 81
4.7 – Teste às Escovas de Terra do Alternador .................................................................... 84
4.8 – Substituição dos Filtros de Sílicas do Analisador de Hidrogénio ............................... 90
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica..............................................................93
5.1 – Influência do Mercado Energético nos Arranques ...................................................... 93
5.2 – Caracterização dos Arranques ..................................................................................... 97
5.2.1 – Procedimento de Caracterização dos Arranques .................................................98
5.2.2 – Considerações Sobre as Curvas Características ................................................100
5.2.3 – Descrição da Caracterização dos Arranques Através do PI ..............................101
5.2.4 – Descrição da Caracterização dos Arranques Através do PI ProcessBook.........104
5.3 – Estudo Prático da Caracterização dos Arranques ...................................................... 106
5.3.1 – Metodologia de Cálculo.....................................................................................107
5.3.2 – Informações Sobre a Curva de Potência ............................................................108
5.3.3 – Caracterização dos Arranques a Quente ............................................................109
5.3.4 – Caracterização dos Arranques a Morno.............................................................111
5.3.5 – Caracterização dos Arranques a Frio .................................................................115
5.3.6 – Comparação das Curvas Características com as Curvas de Referência ............119
5.4 – Conclusão do Estudo Prático dos Arranques ............................................................ 122
Capítulo 6 – Conclusão .........................................................................................................125
Capitulo 7 – Bibliografia ......................................................................................................127
Anexo A ..................................................................................................................................129
Anexo B ..................................................................................................................................133
Anexo C ..................................................................................................................................139
Anexo D ..................................................................................................................................143
Anexo E ..................................................................................................................................155
Anexo F ..................................................................................................................................159
Anexo G .................................................................................................................................165
Anexo H .................................................................................................................................169
Anexo I ...................................................................................................................................173
Anexo J ...................................................................................................................................177
Anexo K .................................................................................................................................191
viii
Índice de Figuras
Fig. 1.1 – Evolução do consumo elétrico em TWh .................................................................... 1
Fig. 2.1 – Barragem da Aguieira; Parque eólico do Cadafaz………………………………………….7
Fig. 2.2 – Central de Setúbal - Fuelóleo; Central de Sines - Carvão; Central do Ribatejo - CCTG . 8
Fig. 2.3 – Ciclo de transformação da água vapor ..................................................................... 11
Fig. 2.4 – Diagrama T-S ideal do ciclo Rankine com um nível de reaquecimento .................. 11
Fig. 2.5 – Processos de transformação numa TG ..................................................................... 12
Fig. 2.6 – Diagrama T-S ideal do ciclo de Brayton .................................................................. 12
Fig. 2.7 – Ciclos termodinâmicos em condições ideias de uma central de ciclo combinado
com três níveis de reaquecimento de vapor ............................................................ 13
Fig. 2.8 – Esquema descritivo do funcionamento de uma Central de Ciclo Combinado ......... 13
Fig. 3.1 – Localização da Central de Ciclo Combinado de Lares………………….……………….15
Fig. 3.2 – Modelo organizacional da Central Termoelétrica de Lares ..................................... 15
Fig. 3.3 – Disposição geral da Central Termoelétrica de Lares ............................................... 18
Fig. 3.4 – Tomada de ar, vista exterior; Filtros cilíndricos no interior da tomada de ar .......... 19
Fig. 3.5 – Mímico de monitorização do cone de exaustão TG; Cone de exaustão TG ............ 20
Fig. 3.6 – Queimador da TG ..................................................................................................... 20
Fig. 3.7 – Visão geral da caldeira recuperativa ........................................................................ 21
Fig. 3.8 – Tubulares com alhetas; Tubulares com discos ......................................................... 21
Fig. 3.9 – Interior do barrilete de alta pressão; Barrilete de alta e baixa pressão; Bomba de
abastecimento do barrilete AP ................................................................................. 22
Fig. 3.10 – Mímico de monitorização e controlo dos barriletes ............................................... 22
Fig. 3.11 – Visão geral da caldeira auxiliar .............................................................................. 23
Fig. 3.12 – Queimadores da caldeira auxiliar ........................................................................... 23
Fig. 3.13 – Percurso dos gases de exaustão ; Tubulares de circulação dos gases de escape .... 24
Fig. 3.14 – Sobreaquecedor eléctrico ....................................................................................... 24
Fig. 3.15 – Condensador; Cone de exaustão da TV de baixa pressão ...................................... 24
Fig. 3.16 – Interior do condensador; Tubular da água de refrigeração .................................... 25
Fig. 3.17 – Torre de refrigeração. Vista geral; Vista ao nível dos ventiladores; Ventilador .... 25
Fig. 3.18 – Filtros de areia ou monopack; Bacia de água filtrada ............................................ 26
Fig. 3.19 – Bacia de captação do rio; Chegada aos filtros de areia; Visão geral dos filtros de areia ..... 26
Fig 3.20 – Misturador estático .................................................................................................. 27
Fig. 3.21 – Visão geral da ITA; Cadeias de produção; Desgaseificador .................................. 28
Fig. 3.22 – Sistema de combate a incêndios ............................................................................. 29
Fig. 3.23 – Sistema de ar comprimido Compressor; Secadores; Armazenamento................... 29
Fig. 3.24 – Posto de chegada do gás; Interior do posto de chegada do gás .............................. 30
Fig. 3.25 – Visão geral do Performance Heater....................................................................... 30
Fig. 3.26 – Mímico do sistema de tratamento de gás; Mímico de controlo e monitorização de gás ..... 31
Fig. 3.27 – Filtro coalescentes; Tanque de drenagem; Purificador e aquecedor de gás ........... 31
Fig. 3.28 – Sala de comando..................................................................................................... 32
Fig. 3.29 – Esquema geral do processo de produção de energia elétrica em Centrais de Ciclo
Combinado...........………………………………………………………………………33
Fig. 3.30 – Balanço energético da Central de Ciclo Combinado de Lares ............................... 33
Fig. 3.31 – Corte longitudinal de uma turbina a gás................................................................. 34
Fig. 3.32– Representação simplificada de uma turbina a gás ................................................... 34
Fig. 3.33 – Compressor radial; Compressor axial .................................................................... 35
Fig. 3.34 – Câmara de combustão ............................................................................................ 35
ix
Fig. 3.35 – Esquema de uma câmara de combustão ................................................................ 35
Fig. 3.36 – Identificação dos principais sistemas de uma TG.................................................. 36
Fig. 3.37 – Pás móveis da TG; Pás fixas da TG....................................................................... 36
Fig. 3.38 – Turbina a vapor (vista de cima) ............................................................................. 37
Fig. 3.39 – Unidade de Pressão Hidráulica; Válvula hidráulica AP, Vista inferior e superior.37
Fig. 3.40 – Turbina de impulsão; Turbina de reação ............................................................... 38
Fig. 3.41 – Pás móveis da turbina AP; Pás fixas da turbina AP; Pás móveis turbina BP e MP..... 38
Fig. 3.42 – Sentido do fluxo de vapor ...................................................................................... 39
Fig. 3.43 – Diafragmas ente estágios da turbina a vapor alta pressão ..................................... 39
Fig. 3.44 – Anéis de vedação da turbina AP; Labirintos; Labirinto em relação ao eixo ......... 39
Fig. 3.45 – Chumaceira. Parte superior; Parte inferior ............................................................ 40
Fig. 3.46 – Vista geral do alternador........................................................................................ 40
Fig. 3.47 – Esquema de um alternador simplificado; Onda de tensão alternada monofásica. . 41
Fig. 3.48 – Alternador lado TG; Carro telcomandado; Ligação do alternador ao barramento 41
Fig. 3.49 – Ventilador para promover a ventilação forçada do hidrogénio. ............................ 42
Fig. 3.50 – Sistema de selagem ................................................................................................ 42
Fig. 3.51 – Anéis de selagem ................................................................................................... 43
Fig. 3.52 – Sistema de escovas de excitação (A); Suporte das escovas ................................... 43
Fig. 3.53 – Evolução da potência ativa produzida ................................................................... 44
Fig. 3.54 – Diagrama simplificado do sistema LCI ................................................................. 44
Fig. 3.55 – Módulos do LCI; Sistema de refrigeração ............................................................. 45
Fig. 3.56 – Visão geral do disjuntor de grupo; Painel de monitorização do disjuntor. ............ 45
Fig. 3.57 – Transformador auxiliar e principal de grupo ......................................................... 46
Fig. 3.58 – Descrição geral do transformador principal .......................................................... 47
Fig. 3.59 – Resistência do neutro. ............................................................................................ 47
Fig. 3.60 – Sistema de arrefecimento do óleo transformador principal. .................................. 48
Fig. 3.61 – Filtro de Sílica; Instrução para substituir as sílicas ............................................... 48
Fig. 3.62 – Visão geral do parque de linhas (Subestação); Quadro disjuntor. ......................... 49
Fig. 3.63 – Vista geral dos equipamentos de medida, proteção e das baterias de emergência. 49
Fig. 3.64 – Esquema elétrico simplificado da Central Termoelétrica de Lares ....................... 50
Fig. 3.65 – Quadros de média tensão; Quadros de baixa tensão .............................................. 50
Fig. 3.66 – Edifício elétrico de serviços comuns e auxiliares da Central Termoelétrica. ........ 51
Fig. 3.67 – Sistema de emergência. Banco de baterias; Gerador de emergência..................... 51
Fig. 4.1 – Placa de montagem do autómato LOGO! 24RC……………...………………………..54
Fig. 4.2 – Esquema de montagem das entradas/saídas do autómato e montagem de bancada. ......54
Fig. 4.3 – Verificação dos tempos indicados pelo LOGO! através de um osciloscópio. ......... 55
Fig. 4.4 – Verificação do tempo de saída da resistência R1 (IA). ........................................... 55
Fig. 4.5 – Verificação do tempo de saída da resistência R2 (IAx). ......................................... 55
Fig. 4.6 – Sequência e tempo de arranque do motor DC. ....................................................... 56
Fig. 4.7 – Diagrama de funcionamento do programa de monitorização .................................. 56
Fig. 4.8 – Diagrama temporal de transição de pulso. ............................................................... 58
Fig. 4.9 – Teclas de transição entre mensagens. ...................................................................... 58
Fig. 4.10 – Parte frontal da gaveta; Retaguarda da gaveta. ...................................................... 67
Fig. 4.11 – Esquema simplificado de um contator electromagnético ...................................... 68
Fig. 4.12 – Campo magnético (H) gerado por uma bobine...................................................... 68
Fig. 4.13 – Diagrama esquemático do contator ....................................................................... 68
Fig. 4.14 – Força de atração em funçao da corrente que percorre a espira. ............................. 69
x
Fig. 4.15 – Diagrama esquemático do contator AC com detalhe do anel de cobre .................. 70
Fig. 4.16 – Estado do contator avariado. .................................................................................. 70
Fig. 4.17 – Lei de Ampere - Regra da mão direita. .................................................................. 71
Fig. 4.18 – Esquema de montagem do amperímetro. ............................................................... 72
Fig. 4.19 – Disposição do TI para efetuar o ensaio .................................................................. 73
Fig. 4.20 – Esquema geral do ensaio. ....................................................................................... 73
Fig. 4.21 – Ligações do TI após efetuar a intervenção. ............................................................ 74
Fig. 4.22 – Quadros alimentados pelo barramento 11BBA11 de 6,6 kV ................................. 75
Fig. 4.23 – Cela de medida do 11BBA11; Interior da cela de medida. .................................... 76
Fig. 4.24 – Esquema unifilar da cela de medida do 11BBA11. ............................................... 76
Fig. 4.25 – Esquema unifilar do barramento 230 V da cela da bomba LAC10. ...................... 78
Fig. 4.26 – Disjuntores da cela da bomba LAC10; Barramento de comando, serviços
auxiliares e medida. ............................................................................................ 79
Fig. 4.27 – Disposição dos barramentos. .................................................................................. 80
Fig. 4.28 – Esquema unifilar dos barramentos de média e baixa tensão do grupo I ................ 80
Fig. 4.29 – Comparação de corrente de fuga ............................................................................ 81
Fig. 4.30 – Desmontagem do sobreaquecedor elétrico no local. .............................................. 82
Fig. 4.31 – Dedo de luva (bainha de proteção da sonda de temperatura)................................. 82
Fig. 4.32 – Remoção do bloco de resistências. ......................................................................... 82
Fig. 4.33 – Resistências de aquecimento do vapor. .................................................................. 83
Fig. 4.34 – Quadro de comando; Módulo de tiristores removidos. .......................................... 83
Fig. 4.35 – Eixo do lado da turbina a vapor. ............................................................................ 84
Fig. 4.36 – Escovas de terra lado TG e lado TV. ..................................................................... 84
Fig. 4.37 – Sistema de terra; Esquema de ligação das escovas. ............................................... 85
Fig. 4.38 – Proteção do eixo lado TG; Suporte das escovas de terra. ...................................... 86
Fig. 4.39 – Escovas lado turbina a vapor. ................................................................................. 87
Fig. 4.40 – Micro-ohmímetro (Chauvin Arnoux CA6240); Valor da resistência em mΩ ....... 87
Fig. 4.41 – Interior do armário de controlo da TG; Carta de monitorização de correntes parasitas ...... 88
Fig. 4.42 – Bancada de teste e equipamentos. .......................................................................... 88
Fig. 4.43 – Mímico de monitorização das tensões/correntes parasitas no eixo. ....................... 89
Fig. 4.44 – Analisador de hidrogénio. ...................................................................................... 90
Fig. 4.45 – Colunas de sílicas; Indicador do estado da coluna de sílica................................... 91
Fig. 4.46 – Esquema de válvulas do analisador de H2 e indicação das válvulas a fechar ...................... 91
Fig. 4.47 – Desmontagem dos filtros de H2 .............................................................................. 92
Fig. 4.48 – Compartimento de sílicas substituídos. .................................................................. 92
Fig. 5.1 – Exemplificação do encontro entre oferta e procura de energia elétrica no mercado diário 94
Fig. 5.2 – Equilíbrio do SEE. ..................................................................................................... 95
Fig. 5.3 – Folha de cálculo considerada na caraterização dos arranques. ..................................... 98
Fig. 5.4 – Seleção da localização das células de data-hora, intervalo de tempo e variável a estudar. ... 99
Fig. 5.5 – Curva de potência do arranque de 98 horas considerado para exemplo. ............... 101
Fig. 5.6 – Coluna Rampa do quadro 5.4. ................................................................................ 102
Fig. 5.7 – Curva de potência em oscilação de carga (A); Curva de potência otimizada (B). . 103
Fig. 5.8 – Análise de um arranque através do PI ProcessBoock (método gráfico) ................ 104
Fig. 5.9 – Iniciação o PI ProcessBook. Criar novo projecto (A); Seleção das variáveis (B). 105
Fig. 5.10 – Janela de seleção das variáveis; Seleção de tempo e amostragem da velocidade do
rotor. .................................................................................................................... 105
Fig. 5.11 – Exemplo ilustrativo de uma curva características ................................................ 108
Fig. 5.12 – Curva característica de arranque a quente. ........................................................... 110
xi
Fig. 5.13 – Curva característica de arranque a morno com temperatura do metal da TV AP
superior a 400 ºC. ............................................................................................... 112
Fig. 5.14 – Curva característica de arranque a morno com temperatura do metal da TV AP
inferior a 400 ºC. ................................................................................................ 114
Fig. 5.15 – Curva característica de arranque a frio com temperatura do metal da TV AP
superior a 204 ºC. .............................................................................................. 116
Fig. 5.16 – Curva característica de arranque a frio com temperatura do metal da TV AP
inferior a 204 ºC. ............................................................................................... 118
Fig. 5.17 – Curva característica a quente resultante do estudo prático. ................................. 119
Fig. 5.18 – Curva de referência da General Electric dos arranques a quente. ....................... 119
Fig. 5.19 – Curva característica a morno resultante do estudo com temperatura do metal da
TV AP superior a 400 ºC. ................................................................................... 120
Fig. 5.20 – Curva característica a morno resultante do estudo com temperatura do metal da
TV AP inferior a 400 ºC..................................................................................... 120
Fig. 5.21 – Curva de referência da General Electric dos arranques a morno......................... 120
Fig. 5.22 – Curva característica a frio resultante do estudo com temperatura do metal da TV
AP superior a 204 ºC. .......................................................................................... 121
Fig. 5.23 – Curva característica a frio resultante do estudo com temperatura do metal da TV
AP inferior 204 ºC............................................................................................... 121
Fig. 5.24 – Curva de referência da General Electric dos arranques a frio ............................. 121
Índice de Quadros
Quadro 3.1 – Caudal nominal de vapor em função do nível de pressão. ................................. 37
Quadro 3.2 – Característica do alternador. .............................................................................. 40
Quadro 5.1 – Classificação dos arranques da Central de Ciclo Combinado de Lares ………..97
Quadro 5.2 – Quadro com indicação das variáveis consideradas. ........................................... 99
Quadro 5.3 – Tabela resumida do arranque. .......................................................................... 101
Quadro 5.4 – Tabela de caracterização do arranque. ............................................................. 101
Quadro 5.5 – Legenda das cores do PI ProcessBook. ............................................................ 104
Quadro 5.6 – Classificação dos arranques para efeitos de estudo das curvas características. 106
Quadro 5.7 – Resumo dos arranques a quente. ...................................................................... 109
Quadro 5.8 – Energia média produzida na sequência de arranque a quente.......................... 110
Quadro 5.9 – Resumo dos arranques a morno com temperatura do metal da TV AP superior a
400 ºC. ............................................................................................................. 111
Quadro 5.10 – Energia média produzida no arranque a morno. Temperatura do metal da TV
superior a 400 ºC. .......................................................................................... 112
Quadro 5.11 – Resumo dos arranques a morno com temperatura do metal da TV AP
inferior a 400 ºC ......................................................................................... 113
Quadro 5.12 – Energia média produzida no arranque a morno. Temperatura do metal
da TV AP inferior a 400 ºC. ....................................................................... 114
Quadro 5.13 – Resumo dos arranques a frio com temperatura do metal da TV AP
superior a 204 ºC. ....................................................................................... 115
Quadro 5.14 – Energia média produzida no arranque a frio. Temperatura do metal da
TV superior 204 ºC. .................................................................................... 116
Quadro 5.15 – Resumo dos arranques a frio com temperatura do metal da TV inferior a 204 ºC 117
Quadro 5.16 – Energia média produzida no arranque a frio com a temperatura do metal
inferior a 204 ºC. .......................................................................................... 118
xii
Simbologia e Abreviaturas
Lista de Abreviaturas
AC
ANSI
AP (HP)
AT
BAC
11BBA11
BOP
BP (LP)
BT
CCTG
CO2
DC
DCS
DLN
ETEL
FSNL
GE
GN
H2
HMI
HPU
HRSG
I
ID
ITA
KKS
LAC 10
LCI
Mn
MP
MT
NOx
P
PCH
Pmec
PRE
R
REN
RSU
SEE
Seg
Temp
TG
TI
TT
TV
Corrente Alternada
American Nacional Standart Institute
Alta Pressão (High Pressure)
Alta Tensão
Nome de KKS do Disjuntor de Grupo
KKS do barramento de média tensão do grupo I
Balance Of Plant
Baixa pressão (Low Pressure)
Baixa tensão
Central de Ciclo Combinado com uma Turbina a Gás
Dióxido de carbono
Corrente Contínua
Distibut Control System (Sala de comando)
Dry Low NOx (Queimador com baixo teor de NOx)
Estação de Tratamento de Efluentes Líquidos
Full Speed no Load (Velocidade máxima sem carga)
General Electric
Gás natural
Hidrogénio
Human Machine Interface
Hidraulic Power Unit (Unidade de pressão hidráulica)
Nome de KKS da caldeira recuperativa
Corrente elétrica ou Intensidade em Amperes
Instrução de despacho
Instalação de Tratamento da Água
Sistema de identificação de equipamentos para centrais elétricas
KKS de um motor de média tensão
Load commuted Inverter
Minuto
Média Pressão (Medium Pressure)
Média Tensão
Óxidos de azoto
Potência ativa [W]
Pequenas Centrais Hídricas
Potência mecânica
Produção em Regime Especial
Resistência [Ω]
Redes Energéticas Nacionais
Resíduos Sólidos Urbanos
Sistema de Energia Elétrica
Segundo
Temperatura em graus Celsius
Turbina a Gás
Transformador de Corrente
Transformador de Tensão
Turbina a Vapor
xiii
Unidades
µ
µS
A
Cal/g
cc/min
cm
Hz
J
kg
kg/h
kg/s
kV
m
mbar
ms
m/s
m/s2
m3/s
MW
MWh
MΩ
Nm3
RPM
S
t/h
TWh
V
W
xiv
micro (10-6)
microSiemens
Ampere
Caloria/grama
Centímetro cúbico por minuto
Centímetro
Hertz
Joule
Quilograma
Quilograma hora
Quilograma segundo
Kilovolts
metro
Milibar
Milissegundo
Metro por segundo
Metro por segundo ao quadrado
Metro cúbico por segundo
Mega Watt
MWh – Mega Watt-hora
Mega-ohm (106)
Normais metros cúbicos
Rotações Por Minuto
Siemens [Ω-1]
Tonelada por hora
Terra Watt-hora
Tensão elétrica
Potência (Watt)
Capítulo 1 – Introdução
Capítulo 1 – Introdução
1.1 – Enquadramento
A energia elétrica representa, atualmente, um bem essencial e indispensável para o bemestar da população, uma vez que esta se apresenta como uma das fontes mais recorrentes de
energia. A figura 1.1 ilustra a evolução do seu consumo entre 2001 e 2010 em função da fonte
primária de energia usada na sua produção.
Saldo Importado
Hídrica
Fuelóleo
Gás Natural
Carvão
PRE Eólica
PRE Outros
Consumo
Fig. 1.1 – Evolução do consumo elétrico em TWh [1].
A energia elétrica é produzida em centrais electroprodutoras e é posteriormente distribuída
até ao consumidor final. Em Portugal, a energia elétrica é transportada e distribuída,
geralmente, através de linhas aéreas caracterizadas pelos níveis de tensão, sendo estas as
linhas de Muito Alta Tensão (MAT) (400 kV, 220 kV, 150 kV), Alta Tensão (AT) (100 kV,
60 kV), Média Tensão (MT) (30 kV, 15kV, 6 kV) e Baixa Tensão (BT) (400 V/230 V). As
linhas MAT estão associadas ao transporte, sendo as linhas AT, MT e BT associadas a
distribuição.
As centrais electroprodutoras diferenciam-se pela energia primária que utilizam na
produção de energia elétrica. A evolução tecnológica proporcionou, ao longo destas últimas
duas décadas, o aumento dos rendimentos e das potências disponibilizadas nos centros
electroprodutores. A dependência e as reservas finitas de combustíveis fósseis levaram a
sociedade a repensar novos métodos para gerar energia elétrica. O aproveitamento de energias
renováveis, tais como, a energia eólica, hídrica e solar, tem vindo a revelar-se, cada vez mais,
uma excelente aposta para satisfazer as nossas necessidades energéticas. Em Portugal, o
aproveitamento de energias renováveis assumiu, nos últimos anos, um papel importante na
diversificação energética do país, nomeadamente através do aumento da potência instalada em
parques eólicos. Apesar das inúmeras vantagens da utilização de energias renováveis na
produção de energia elétrica, as centrais termoelétricas que utilizam, tipicamente,
combustíveis fósseis (carvão, GN, fuelóleo) na produção de eletricidade continuam a ser
preponderantes, uma vez que os centros electroprodutores que dependem de energias
renováveis não permitem garantir uma produção contínua e controlável de energia elétrica.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
1
Capítulo 1 – Introdução
1.2 – Objetivo do Estágio
O principal objetivo do estágio efetuado num dos centros electroprodutores do grupo EDP
foi a minha integração num contexto real de trabalho de forma a aprofundar e consolidar os
conhecimentos académicos. Ao longo do estágio foi possível acompanhar diversas tarefas
efetuadas pelos colaboradores da Central Termoelétrica de Ciclo Combinado de Lares, sendo
que algumas dessas tarefas encontram-se relatadas.
De forma a realizar o presente documento, os supervisores de estágio propuseram o
desenvolvimento dos seguintes temas:
 Acompanhamento de trabalhos de manutenção preventiva e corretiva realizados na
Central Termoelétrica de Lares;
 O estudo das proteções dos transformadores;
 Um estudo referente à caracterização dos arranques efetuados na Central Termoelétrica
de Lares de forma a identificar as curvas características de cada tipo de arranque;
Estes temas foram desenvolvidos e encontram-se descritos nos capítulos 4 e 5 do presente
documento. O capítulo 4 encontra-se dividido em subcapítulos, sendo que cada um destes faz
referência a uma determinada atividade. As atividades encontram-se organizadas pela
seguinte ordem:
 Subcapítulo 4.1 – Programação de um autómato da Siemens;
 Subcapítulo 4.2 – Estudo das Proteções dos Transformadores;
 Subcapítulo 4.3 – Reparação de uma Gaveta de Comando;
 Subcapítulo 4.4 – Teste a um Transformador de Corrente;
 Subcapítulo 4.5 – Barramento de Média Tensão;
 Subcapítulo 4.6 – Sobreaquecedor Elétrico;
 Subcapítulo 4.7 – Teste às Escovas de Terra do Alternador;
 Subcapítulo 4.8 – Substituição dos Filtros de Sílicas do Analisador de Hidrogénio;
2
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 1 – Introdução
1.3 – Estrutura do Relatório
O presente relatório de estágio encontra-se repartido em seis capítulos organizados pela
seguinte ordem e abordando os seguintes temas:
Capítulo 1 – Neste capítulo é efetuada uma introdução à importância da energia elétrica na
sociedade atual evidenciando-se as suas tendências de consumo no decorrer
dos últimos anos. São, de igual modo, apresentados os objetivos do estágio
assim como a estrutura do presente relatório.
Capítulo 2 – Neste capítulo são descritos os principais métodos usados na produção da
energia elétrica, atribuindo-se enfâse às vantagens e desvantagens das centrais
electroprodutoras baseadas na utilização de recursos renováveis e não
renováveis. É também traçada uma introdução às noções de energia,
efetuando-se uma breve descrição dos ciclos termodinâmicos que definem o
tipo de central termoelétrica onde eles são empregues.
Capítulo 3 – Neste capítulo são descritos os principais sistemas e equipamentos existentes na
Central Termoelétrica de Ciclo Combinado de Lares, destacando-se a sua
importância e função na exploração da Central. Descreve-se, ainda, a
organização e a estrutura interna da Central Termoelétrica de Lares.
Capítulo 4 – Neste capítulo é feita a apresentação das tarefas acompanhadas e efetuadas ao
longo do período de estágio. As tarefas descritas no subcapítulo 4.1 e 4.2 foram
tarefas propostas no decorrer do estágio.
Capítulo 5 – Neste capítulo é efetuada uma introdução que visa descrever a caraterização dos
arranques, assim como a sua influência no Sistema de Energia Elétrica (SEE).
São, ainda, descritos os procedimentos necessários à caracterização dos
arranques através do PI e do PI ProcessBook e são apresentados os resultados
relativos ao estudo da caracterização dos arranques.
Capítulo 6 – São apresentadas as conclusões do relatório de estágio, ressalvando-se a
importância e o contributo do estágio na minha formação académica.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
3
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
2.1 – Considerações de Energia
Devido à sua natureza abstrata, a definição de energia é complexa. A energia apresenta-se
de diversas formas, tais como: calor, luz, mecânica, elétrica, cinética, elástica, potencial,
química entre outras. De forma genérica, o conceito de energia pode ser definido como sendo
a capacidade de gerar trabalho (movimento, luz, calor, força motriz). É possível classificar a
energia em várias categorias das quais se destacam duas categorias associadas ao movimento,
energia potencial (geralmente esta energia encontra-se armazenada) e energia cinética
(geralmente contida num corpo em movimento).
2.1.1 – Definição de Energia Potencial
A energia potencial é a energia que está disponível em qualquer instante, tal como a
energia química armazenada em baterias (energia potencial elétrica), a energia contida numa
mola comprimida (energia potencial elástica) ou a energia associada a uma queda de água (as
centrais hidroelétricas utilizam a energia potencial gravítica da água como meio de gerar
energia mecânica que será posteriormente convertida em energia elétrica). Assim, é possível
entender que a quantificação da energia potencial gravítica seja representada através da
expressão (2.1):
Energia Potencial (J) = massa (kg) * aceleração gravítica (m/s2) * altura (m)
(2.1)
2.1.2 – Definição de Energia Cinética
A energia cinética é a energia contida ou armazenada num corpo em movimento e pode ser
determinada através da expressão (2.2):
Energia Cinética =
(
)
(
)
(2.2)
A energia total resultante do movimento de um corpo ou substância resulta da soma da
energia potencial com a energia cinética. O valor dessa energia pode ser obtido através da
expressão (2.3) [2].
(2.3)
Onde:
m – massa (kg);
g- aceleração gravítica (m/s2);
h – Altura (m);
v – velocidade (m/s).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
5
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
2.1.3 – Princípio da Conservação da Energia
O princípio da conservação da energia indica que a energia é convertida ou transformada
de uma forma para a outra (por exemplo, transformar energia química em energia calorífica
ou transformar energia cinética em energia mecânica). Este princípio advém da
impossibilidade de criar uma máquina que gere energia a partir do nada. O princípio da
conservação de energia elucida que a energia nunca é criada, nunca é destruída, mas sim
transformada noutro tipo de energia.
Analisando o exemplo típico de um moinho convencional, é possível entender o princípio
da conservação da energia. Um moinho é um exemplo adequado para descrever a
transformação de energia cinética em energia mecânica. A energia cinética contida no vento
(designada por energia primária) é captada pelas pás de uma hélice que se encontra fixa a um
eixo. O vento, ao passar pela hélice, força-a a rodar. Como o eixo é solitário à hélice, este vai
acompanhar o movimento circular da hélice gerando, deste modo, energia cinética rotacional.
A energia rotacional contida no eixo é de seguida convertida em energia mecânica (designada
por energia final). A energia mecânica é disponibilizada através do movimento rotativo do
eixo.
Como a transformação de energia tende a ter um rendimento inferior à unidade, a energia
primária tende a ser superior à energia final. Esta condição verifica-se uma vez que nem toda
a energia primária disponibilizada no processo de transformação é convertida na energia final,
podendo esta ser transformada noutra forma de energia que não a pretendida.
Este conceito é facilmente compreendido analisando, como exemplo, o rendimento de uma
central termoelétrica convencional. Neste exemplo em particular, o rendimento da central
termoelétrica foi considerado em 35%. O rendimento apresentado indica que por cada 100
unidades de energia primária consumida pela central (por exemplo carvão), apenas 35
unidades são convertidas em eletricidade (energia final). As restantes unidades da energia
primária são convertidas noutra forma de energia que não se torna útil ao processo de
produção de energia elétrica, tal como, a energia térmica que é libertada para a atmosfera
através da chaminé.
6
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
2.2 – Tipos de Centrais Elétricas
As centrais electroprodutoras são classificadas pela energia primária que utilizam para
produzir energia elétrica. Atualmente existem inúmeros recursos energéticos que podem ser
empregues na produção de energia elétrica. O petróleo, o carvão, o gás natural (GN), a
biomassa, a energia hídrica, eólica e solar são alguns dos recursos energéticos usados para
fornecer energia primária as centrais electroprodutoras. As fontes de energia primária,
consequentemente, são classificadas quanto à sua origem, respetivamente em energias
renováveis e não renováveis.
As energias renováveis têm a sua origem em recursos naturais, tais como o vento, a água e
o sol. Este tipo de energia apresenta-se como sendo uma energia inesgotável, pois, esta é
renovada continuamente na natureza. A figura 2.1 apresenta centrais elétricas baseadas na
utilização de recursos naturais para a sua atividade. Por seu turno, as energias não renováveis
é a designação atribuída aos recursos naturais que quando utilizados não podem ser repostos
pela mão humana ou pela natureza num período de tempo útil. Estes recursos são conhecidos
como combustíveis fósseis e apresentam reservas finitas.
Ambos os tipos de energia são utilizados na produção de energia elétrica. O processo de
conversão assenta numa filosofia em que a energia primária é transformada em energia
mecânica. Por sua vez, a energia mecânica é transmitida a um alternador através de um eixo
ou veio com o intuito de converter a energia mecânica em energia elétrica. A complexidade
dos processos de conversão energética difere em função da fonte primária que lhe deu origem.
As centrais de fontes renováveis, por usarem energia proveniente da natureza, tais como o
vento, o sol, ou a energia potencial gravítica da água, são centrais que não garantem uma
produção constante e controlável, uma vez que estão diretamente dependentes da
disponibilidade dos recursos naturais.
B
A
Fig. 2.1 – Barragem da Aguieira (A); Parque eólico do Cadafaz (B) [3, 4].
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
7
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
As centrais que produzem energia elétrica a partir da transformação da energia química
contida nos combustíveis em energia térmica e cinética são designadas por centrais
termoelétricas. Estas centrais utilizam a energia química dos combustíveis como meio de
gerar energia térmica que será usada na produção de vapor. O vapor gerado é empregue na
produção de energia mecânica através de uma turbina a vapor. Este tipo de central obtém a
sua fonte de calor através de processos de combustão de combustíveis que podem ser fósseis
(carvão, GN, fuelóleo) ou renováveis (biomassa). Existem ainda centrais termoelétricas que
geram calor sem recorrer a processos de combustão, nomeadamente as centrais nucleares.
Estas centrais termoelétricas obtêm a sua fonte de calor a partir de materiais radioativos, tais
como o urânio. A principal vantagem das centrais termoelétricas carateriza-se pela
possibilidade de manter uma produção constante e controlável de energia elétrica.
Tipo de centrais termoelétricas de combustíveis fósseis: - Centrais a carvão;
- Centrais de fuelóleo;
- Centrais a gás natural;
- Centrais de ciclo combinado;
- Centrais nucleares.
A
B
C
Fig. 2.2 – Central de Setúbal – Fuelóleo (A); Central de Sines – Carvão (B); Central do Ribatejo – CCTG (C) [5, 6, 7].
As vantagens das centrais electroprodutoras que usam energias renováveis sem recorrer a
processos de combustão advêm do facto de estas não produzirem emissões gasosas poluentes
tais como dióxido de carbono (CO2) e o custo da fonte primária é gratuito e abundante. Este
tipo de central apresenta arranques rápidos, podendo injetar energia para a rede elétrica em
poucos minutos. Como desvantagem apresentam uma produção intermitente, custos elevados
ao nível da sua implementação (barragens) e impacto visual e sonoro (eólicas).
As centrais termoelétricas que usam combustíveis fósseis apresentam desvantagens tais
como a produção de emissões gasosas poluentes (CO2, NOx), o preço do combustível depende
diretamente do preço do petróleo em mercado, operam a partir de uma fonte de energia
primária finita e apresentam tempos de arranque complexos e demorosos. Como vantagens,
permitem uma produção constante e controlável, uma vez que a sua exploração não depende
de energias endógenas1, a tecnologia é conhecida e o tempo de montagem é reduzido.
1
Energias renováveis tais como: eólica, Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), biogás, biomassa, fotovoltaica e
Pequenas Centrais Hídricas (PCH).
8
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
2.3 – Diferença entre Centrais Térmicas Clássicas e de Ciclo Combinado
As centrais térmicas utilizam combustíveis de fontes renováveis ou não renováveis como
meio de gerar calor. O calor resultante do processo de combustão é utilizado para produzir
vapor de água com temperatura e pressão adequadas de forma a este ser expandido num corpo
de uma turbina a vapor (TV).
As centrais térmicas convencionais são formadas na sua constituição mais simples por
quatro elementos essenciais, respetivamente, caldeira recuperativa, turbina a vapor, alternador
e condensador. Este tipo de central funciona com base num único ciclo termodinâmico (ciclo
de Rankine).
O vapor expandido na TV gera energia mecânica que é posteriormente transformada em
energia elétrica através de um eixo acoplado ao rotor de um alternador. Do mesmo modo, é
possível encontrar centrais térmicas que operam a partir de uma turbina de potência ou turbina
a gás (TG). Neste tipo de central não existe produção de vapor, sendo a turbina de potência a
responsável pela transmissão de energia mecânica ao eixo/alternador. Este tipo de central
opera, também, a partir de um único ciclo termodinâmico (ciclo de Brayton).
As centrais de ciclo combinado distinguem-se das centrais térmicas convencionais pelo
facto de estas utilizarem em conjunto dois ciclos termodinâmicos, respetivamente, ciclo de
Rankine e ciclo de Brayton. A turbina principal ou de potência é acionada através da
combustão da mistura entre o ar e o combustível (geralmente gás natural). Os gases
resultantes da combustão que possuem uma temperatura elevada são, deste modo, enviados
para o interior de uma caldeira recuperativa onde são recuperados de forma a gerar vapor de
água. O vapor proveniente da caldeira recuperativa é, então, expandido no corpo da turbina a
vapor.
A TG e a TV podem ser usadas em topologias de eixo único, onde ambas as turbinas estão
ligadas a um eixo comum que aciona um alternador (Centrais de Ciclo combinado de Lares e
do Ribatejo). É igualmente possível, encontrar topologias de centrais de ciclo combinado em
que cada turbina aciona um alternador acoplado a elas.
As centrais de ciclo combinado operam, assim, com base em dois ciclos termodinâmicos, o
ciclo de Brayton para as turbinas a gás (TG´s) e ciclo de Rankine para as turbinas a vapor. A
combinação dos dois ciclos oferece um rendimento superior se comparado ao rendimento
verificado em centrais termoelétricas convencionais que apenas fazem uso de um único ciclo
termodinâmico.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
9
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
2.4 – Princípios Termodinâmicos
O presente estudo não pretende efetuar uma análise exaustiva dos processos
termodinâmicos existentes numa central termoelétrica. O principal objetivo é introduzir
conceitos básicos da termodinâmica com a finalidade de tornar mais percetível o seu conceito
aplicado a centrais termoelétricas.
A termodinâmica é um ramo da física que estuda as leis que descrevem a transformação de
energia calorífica em trabalho/movimento. As centrais termoelétricas operam segundo
princípios termodinâmicos uma vez que estas recorrem a processos de combustão ou de
reação nuclear de forma a gerar calor.
O calor gerado é, por sua vez, transformado em energia cinética e potencial (qualquer
substância é constituída por moléculas que se movem mais ou menos depressa consoante se
lhes adiciona ou se lhes retira calor) [2]. A energia cinética e a potencial poderão, deste modo,
ser convertidas em energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica
através do rotor de um gerador ou de um alternador.
As leis da termodinâmica têm em conta fatores que se verificam na mudança do estado do
fluido de trabalho, nomeadamente, a pressão, a temperatura ou o volume. Consequentemente,
existem as seguintes transformações associadas aos fluídos de trabalho:
 Transformação Isotérmica → Transformação que ocorre com temperatura constante;
 Transformação Isócora
→ Transformação que ocorre com volume constante;
 Transformação Isobárica
→ Transformação que ocorre com pressão constante;
 Transformação Adiabática → Transformação que não engloba troca de calor;
 Transformação Isentrópica → Transformação que ocorre com entropia2 constante.
2
Entropia é uma combinação entre o fluxo de energia e temperatura. Esta propriedade caracteriza o grau de
desordem das partículas ou moléculas num sistema. A água no estado sólido (gelo) tem uma entropia baixa. O
vapor, por sua vez, apresenta uma entropia elevada (maior liberdade de movimento das moléculas da a água).
O aumento de entropia também pode ser relacionado com o aumento de pressão se a temperatura se mantiver
constante.
10
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
2.4.1 – Descrição do Ciclo de Rankine
Uma central termoelétrica convencional a vapor baseia-se apenas no ciclo termodinâmico
de Rankine3. Este ciclo apresenta quatro processos que alteram as propriedades do fluido de
trabalho (neste caso considera-se água). A figura 2.4 faz referência a um diagrama ideal de
Temperatura (T) – Entropia (S) do ciclo de Rankine com um nível de pressão e de
reaquecimento.
Vapor
saturado
T
3
Vapor
superaquecido
3
Caldeira
Água
Turbina a vapor
2
4
2
1
Bomba
Condensador
Fig. 2.3 – Ciclo de transformação da água vapor [8].
1
4
S
Fig. 2.4 – Diagrama T-S ideal do ciclo Rankine com um
nível de reaquecimento [8].
1 - 2 → Processo de bombeamento (aumento da pressão).
2 - 3 → Transferência de calor a pressão constante na caldeira.
3 - 4 → Expansão do vapor na turbina.
4 - 1 → Transferência de calor a pressão constante no condensador.
A água no estado líquido é pressurizada através de uma bomba e é forçada a entrar para a
caldeira recuperativa. No interior da caldeira, esta é aquecida a pressão constante até se tornar
vapor superaquecido. Por sua vez, o vapor superaquecido é expandido nas pás de uma turbina
de forma a gerar trabalho (energia mecânica). No decurso do processo de expansão, a
temperatura e a pressão do vapor tendem a diminuir. O vapor entra no condensador e é
arrefecido até voltar ao estado líquido. A água no estado líquido é novamente bombeada
repetindo o ciclo.
A água apresenta ótimas propriedades para ser usada como fluido de trabalho. Contudo, o
seu uso em máquinas térmicas requer que esta seja transformada em vapor. O vapor, por seu
turno, pode ser classificado em vapor saturado e superaquecido.
O vapor saturado é composto por uma mistura de água com vapor cuja temperatura se
mantém constante em relação à pressão. Este tipo de vapor é usado em aplicações industriais
que não requerem isenção de humidade ou elevadas temperaturas do vapor.
3
Ciclo termodinâmico que descreve a obtenção de trabalho/movimento a partir de uma máquina ou turbina a
vapor. A designação advém do físico/matemático escocês William John Macquorn Rankine.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
11
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
O vapor superaquecido possui uma temperatura mais elevada em comparação com a
temperatura do vapor saturado. O vapor superaquecido é obtido adicionando calor ao vapor
saturado, mantendo constante a sua pressão. O vapor passa ao estado superaquecido quando
ultrapassa a temperatura de saturação. O vapor superaquecido é isento de humidade e
comporta-se, deste modo, como um gás.
Devido a estas propriedades, o vapor superaquecido é ideal para ser usado em aplicações
tais como a produção de energia elétrica através de turbinas de vapor. A isenção de humidade
é fulcral de modo a não deteriorar os componentes das turbinas a vapor aumentando deste
modo a vida útil das mesmas.
2.4.2 – Descrição do Ciclo de Brayton
O ciclo termodinâmico de Brayton é um ciclo que descreve o aproveitamento da energia
química contida num combustível para gerar energia mecânica através de uma turbina de
potência. A eficiência do ciclo aumenta em função do aumento da temperatura. Contudo, esta
situação só é possível de ser mantida se determinados componentes da turbina forem
refrigerados. De forma a garantir a refrigeração desses componentes utiliza-se ar proveniente
do compressor (linha a tracejado na figura 2.5) [2]. A figura 2.6 faz referência a um diagrama
ideal de Temperatura (T) – Entropia (S) do ciclo de Brayton.
Ar
1
2
Compressor
Câmara de
Combustão
Veio comum
3
Gases de
exaustão
4
Adição de
combustível
T
3
2
Turbina de
Potência
4
1
Fig. 2.5 – Processos de transformação numa TG.
1
S
Fig. 2.6 – Diagrama T-S ideal do ciclo de Brayton.
→ Entrada do ar no compressor com pressão e temperatura ambiente;
1 - 2 → Compressão do ar (a temperatura e a pressão aumentam);
2 - 3 → Combustão da mistura ar/combustível (a temperatura e a pressão aumentam);
3 - 4 → Expansão dos gases na turbina (a temperatura e a pressão diminuem);
4 - 1 → Pressão e temperatura do ar a saída da turbina de potência.
O ar aspirado pelo compressor sofre uma compressão antes de transitar par o sistema de
combustão. Nas câmaras de combustão, o ar comprimido é expandido e misturado com o
combustível onde é efetuada a queima. Os gases resultantes da combustão possuem
temperaturas e pressões elevadas. Estes, ao serem expandidos nas pás da turbina realizam
trabalho (transformação de energia cinética em energia cinética rotacional no eixo que será
convertida em energia mecânica). Os gases, ao serem expandidos tendem a diminuir a sua
temperatura e pressão.
12
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 2 – Produção de Energia Elétrica
2.4.3 – Termodinâmica em Centrais de Ciclo Combinado
As centrais de ciclo combinado são baseadas na utilização de ambos os ciclos
termodinâmicos descritos nos subcapítulos 2.4.1 e 2.4.2, pois são constituídas por uma turbina
a gás e uma turbina a vapor. A energia elétrica produzida resulta da soma da conversão da
energia mecânica produzida por ambas as turbinas. Em centrais de ciclo combinado, os gases
à saída da TG, resultantes da combustão do combustível com ar, são enviados para uma
caldeira recuperativa onde a energia calorífica contida nos mesmos é recuperada. A energia
contida nos gases de exaustão da turbina de potência é, deste modo, usada para gerar vapor
que será expandido numa turbina a vapor.
A utilização de ambos os ciclos permite obter rendimentos superiores aos verificados em
centrais termoelétricas que apenas usem o ciclo termodinâmico de Rankine ou de Brayton.
T
Ciclo de
Brayton
Ciclo de Rankine
com 3 níveis de
reaquecimento
Alta Pressão
Média Pressão
Baixa Pressão
S
Fig. 2.7 – Ciclos termodinâmicos em condições ideias de uma central de ciclo combinado com três níveis de
reaquecimento de vapor.
Gases de
exaustão
Gases de
exaustão
Caldeira Recuperativa
Vapor
Turbina a Gás
Alternador
Turbina a Vapor
Energia elétrica
Fig. 2.8 – Esquema descritivo do funcionamento de uma Central de Ciclo Combinado.
A energia elétrica total resulta, deste modo, da expressão (2.4):
(
))
(2.4)
Os ciclos ideias de Rankine e de Brayton apresentados no subcapítulo 2.5 diferem dos
ciclos reais uma vez que estes não contemplam as perdas ocorridas entre processos.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
13
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
A Central de Ciclo Combinado de Lares encontra-se localizada junto à margem direita do
rio Mondego, nas proximidades de Lares, freguesia de Vila Verde (Figueira da Foz) como
ilustrado na figura 3.1.
Fig. 3.1 – Localização da Central de Ciclo Combinado de Lares [9].
A construção da Central de Ciclo Combinado de Lares foi finalizada em 2009, tendo sido
efetuado o primeiro sincronismo com a rede elétrica nacional em Junho de 2009 (grupo I). A
sua inauguração foi realizada no dia 25 de Novembro de 2009.
A responsabilidade pela exploração da Central de Ciclo Combinado de Lares é,
atualmente, atribuída à Tergen, S.A, empresa detida pela EDP Produção que tem como
finalidade a operação e manutenção de centrais termoelétricas.
O organograma da Central Termoelétrica de Lares está representado na figura 3.2.
Direção
Centro de Produção
Condução
Gestão
Controlo técnico
e de Gestão
Manutenção
Supervisão
Análise de
exploração
Equipas de
condução
Elétrica e
C&I
Técnicos
Planeamento
Mecânica
Prevenção
e
segurança
Ambiente
e Química
Lab.
Químico
Apoio de
Gestão.
Fig. 3.2 – Modelo organizacional da Central Termoelétrica de Lares [1].
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
15
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.1 – Organização das Pessoas
Os colaboradores da Central encontram-se repartidos em três áreas como ilustrado na
figura 3.2, respetivamente, área de condução, área de manutenção e área de controlo técnico e
de gestão. Estas três áreas são repartidas em pequenas equipas de atuação. Deste modo, a área
de condução divide-se em equipas de condução e equipa de análise de exploração. As equipas
de condução são formadas por três membros (1 supervisor e 2 técnicos) que operam em
regime de turnos rotativos e que têm como principal função a operacionalidade da Central
Termoelétrica. A área de análise de exploração tem como função a análise de indicadores, tais
como consumos de combustível e produção de energia elétrica.
A área de manutenção é constituída por três subáreas, respetivamente, manutenção elétrica,
planeamento e manutenção mecânica. As equipas de manutenção operam em regime normal
de horário e são formadas por supervisores e técnicos. Têm como missão manter os
equipamentos e as instalações em bom estado de operacionalidade efetuando ações de
manutenção corretiva e preventiva.
A área de controlo técnico, por sua vez, está dividida, de igual modo, em três subáreas,
respetivamente, área de segurança, ambiente e química e apoio de gestão.
As áreas de condução e manutenção operam em regime de rotatividade, isto é, as equipas
constituintes de cada área vão alternando as suas funções e a sua área de atuação. Deste modo,
os membros de ambas as equipas adquirem conhecimentos na área de manutenção e condução
promovendo, desta forma, a aptidão para desenvolverem novas tarefas. Os colaboradores da
Central de Ciclo Combinado de Lares são ainda auxiliados através de empresas externas que
funcionam como empresas prestadoras de serviços.
Os gestores de cada área apoiam as equipas afetas à sua área. A responsabilidade máxima
da Central Termoelétrica de Lares é atribuída ao diretor da mesma.
Ao longo do estágio, foi possível observar que a segurança é um fator chave para reduzir
as sinistralidades na Central Termoelétrica de Lares. Foi possível observar que as pessoas
externas à Central Termoelétrica que tivessem de efetuar trabalhos no interior do recinto
estavam sujeitas a induções de segurança.
16
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.2 – Política Energética
O investimento na Central Termoelétrica de Lares insere-se no âmbito do plano estratégico
e das políticas ambientais do Grupo EDP. A construção desta central contribui para o reforço
de segurança do sistema elétrico em Portugal, complementando a produção a partir de fontes
renováveis tais como centrais hídricas e eólicas minimizando os impacto ambientais. A EDP
promove a exploração dos centros de produção de acordo com critérios de operacionalidade e
fiabilidade estabelecidos, maximizando resultados visando o desempenho ambiental e a
diversidade quanto ao tipo de centrais térmicas.
Desde 2007 que todas as instalações termoelétricas da direção de produção térmica da EDP
(EDP Produção) dispõem de um Sistema Integrado de Gestão do Ambiente e Segurança
(SIGAS4), certificado pela norma NP EN ISSO 14001:2004. A Central Termoelétrica de
Lares é a central mais recente da EDP e obteve a certificação a 24 de Setembro de 2010. Na
sequência da constante preocupação com o desempenho ambiental das suas instalações, a
EDP Produção decidiu, em finais de 2007, definir como objetivo para algumas das suas
instalações, o registo no Sistema de Eco-gestão e Auditoria da União Europeia (EMAS5). O
EMAS apresenta-se como sendo uma ferramenta de gestão para empresas e organizações
avaliarem, reportarem e melhorarem o seu desempenho ambiental. A participação é
totalmente voluntária e qualquer organização pública ou privada pertencente à União
Europeia e Espaço Económico Europeu (EEA) pode participar.
3.3 – Descrição da Central Termoelétrica de Lares
As centrais termoelétricas dividem-se, de modo geral, em “Ilha de potência” e Balance Of
Plant, (BOP). A ilha de potência é essencialmente constituída por uma turbina gás, uma
turbina a vapor, um alternador, uma caldeira recuperativa, um condensador, um transformador
principal e um auxiliar. O BOP, por sua vez, é o conjunto de todos os equipamentos auxiliares
afetos à exploração da Central, tais como motores alimentados a partir da média ou baixa
tensão para bombear água ou acionar ventiladores, sistema de iluminação, sistema de
telecomunicação, sistema de deteção e extinção de incêndios e sistema de controlo e proteção.
A Central de Ciclo Combinado de Lares é constituída por dois grupos electroprodutores
independentes com uma potência unitária de 441 MW. Cada grupo é constituído por uma TG,
uma TV, um alternador, um transformador principal, um transformador auxiliar, uma caldeira
recuperativa horizontal, sistema elétrico, um condensador, um sistema de bypass de vapor e
um sistema de arrefecimento em circuito aberto e fechado.
4
O SIGAS permite a uma organização alcançar e controlar de forma sistemática o seu desempenho ambiental e
de segurança.
5
O EMAS está disponível para a participação de empresas desde de 1995, originalmente estava restrito a
empresas do sector industrial. Só a partir de 2011 o EMAS abriu portas a todos os sectores económicos.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
17
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Existem, ainda, alguns sistemas comuns aos dois grupos, tais como sistema de ar
comprimido (produção, armazenamento e distribuição), sistema de vapor auxiliar, sistema de
água (captação, armazenamento e distribuição), Instalação de Tratamento da Água (ITA),
Estação de Tratamento de Efluentes Líquidos (ETEL) e posto de chegada e redução de
pressão do gás. A figura 3.3 ilustra a disposição dos principais edifícios da Central.
4
3
16
15
8
7
5
6
9
14
10
18
1
2
11
13
12
17
Fig. 3.3 – Disposição geral da Central Termoelétrica de Lares [9].
Legenda:
1 – Grupo Turboalternador nº 1;
2 – Grupo Turboalternador nº 2;
3 – Armazenamento de água desmineralizada;
4 – Posto de chegada e redução de pressão do gás natural;
5 – Armazenamento de água de serviço;
6 – Armazenamento de água de combate a incêndios;
7 – Central de ar comprimido e central de bombagem de água de combate a incêndios;
8 – Caldeira Auxiliar;
9 – ITA/ETEL;
10 – Filtros gravíticos ou monopack;
11 – Torre de refrigeração (circuito de arrefecimento aberto);
12 – Subestação elétrica de muita alta tensão (MAT);
13 – Armazenamento de gasóleo bruto e tratado;
14 – Edifício administrativo e de controlo;
15 – Oficina elétrica e mecânica;
16 – Armazém multiusos;
17 – Parque de resíduos;
18 – Edifício elétrico dos serviços comuns e auxiliares.
18
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4 – Descrição dos Sistemas da Central
A Central está equipada com 2 grupos electroprodutores independentes. Cada grupo tem
uma potência unitária instalada de 441 MW. O rendimento global de cada grupo é de 57,8%
quando se encontra à carga máxima [10]. O rendimento próximo de 58% deve-se ao facto de
existir uma caldeira recuperativa horizontal que recicla os gases de exaustão resultantes da
combustão do gás natural (ou gasóleo) pela TG. Através da temperatura elevada contida nos
gases resultante da combustão (aproximadamente 649 ºC), a água que circula no interior da
caldeira recuperativa é transformada em vapor com 3 níveis de pressão, respetivamente, alta
pressão (160 Bar), média pressão (25 Bar) e baixa pressão (4 Bar). O vapor expandido na
turbina de alta e média pressão possui uma temperatura média de 560 ºC. Por sua vez, a
temperatura do vapor expandido na turbina de baixa pressão corresponde, em média, a
300 ºC. Estima-se que o consumo anual de gás é de 720 milhões Nm3/ano, sendo a produção
anual de eletricidade de 4000 GWh. A Central de Ciclo Combinado de Lares apresenta uma
disponibilidade superior a 96% [10]. De forma a manter uma disponibilidade elevada, contase com diversos sistemas e equipamentos como descrito nos próximos subcapítulos.
3.4.1 – Sistema de Queima e Produção de Vapor
Para efetuar a queima do combustível na TG é necessário captar ar e guiá-lo para o interior
do compressor de forma a este ser comprimido antes de ser misturado com o combustível. O
sistema de captação de ar é constituído por filtros de modo a reter partículas existentes no ar
(figura 3.4). Os filtros garantem que o ar que entra no compressor não contém impurezas que
possam reduzir o rendimento global do grupo e danificar o compressor e/ou a TG.
A
B
Fig. 3.4 – Tomada de ar, vista exterior (A); Filtros cilíndricos no interior da tomada de ar (B).
A tomada de ar possui dois níveis de filtragem. O primeiro nível é constituído por filtros
junto à admissão de ar (contacto direto com o meio ambiente). Estes são responsáveis por
captar as partículas de maiores dimensões (figura 3.4 (A)). No interior da tomada de ar existe
o segundo nível de filtros. Neste nível, existem cerca de 756 filtros cilíndricos que garantem a
retenção das partículas mais finas. A disposição dos filtros está ilustrada na figura 3.4 (B).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
19
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Os filtros possuem um sistema de limpeza automático que injeta ar comprimido em sentido
inverso ao sentido normal da passagem de ar. Este processo garante o despoeiramento dos
filtros. A poeira resultante da atuação do sistema é removida automaticamente para o exterior.
O ar filtrado é encaminhado para o compressor onde ocorre a compressão do mesmo com
uma taxa de 18,5:1 através de 18 andares de compressão. O ar, após comprimido, é repartido.
Uma parte do ar é encaminhada para o sistema de arrefecimento de forma a promover o
arrefecimento da TG. O restante ar é misturado com o combustível e é queimado nas câmaras
de combustão. O modelo das turbinas a gás da Central Termoelétrica de Lares é PG9371FB
da General Electric (GE). Estas turbinas a gás possuem 18 queimadores individuais do tipo
Dry Low NOx (DLN). A figura 3.5 (A) ilustra o mímico de monitorização da temperatura na
exaustão da TG. É de realçar a uniformidade da temperatura dos gases de exaustão ao longo
da secção transversal do difusor. Esta uniformidade deve-se ao facto dos queimadores que
constituem o anel de queima formarem um aro contínuo de chamas, garantindo assim a
eliminação de pontos quentes e frios no cone de exaustão da TG.
A
B
Fig. 3.5 – Mímico de monitorização do cone de exaustão da TG (A); Cone de exaustão TG (B).
O gás natural é o combustível primário das turbinas a gás, contudo, estas estão preparadas
para queimar gasóleo na falta de gás natural. Os queimadores (figura 3.6) possuem seis bocais
que permitem efetuar diferentes modos de queima permitindo deste modo a ajustar a queima
as necessidades da TG (Anexo B). Os queimadores possuem ainda um sistema de injeção de
água que permite controlar os compostos das emissões gasosas, tais como os NOx.
.
20
Fig. 3.6 – Queimador da TG.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.2 – Caldeira Recuperativa
A caldeira recuperativa é responsável pela produção do vapor necessário ao funcionamento
da TV (figura 3.7). No interior da caldeira, a água circula de forma natural através de
tubulares.
Fig. 3.7 – Visão geral da caldeira recuperativa [11].
Os tubulares são os responsáveis pelo transporte da água e pela permuta de calor entre a
água e os gases de exaustão enquanto esta circula no interior da caldeira recuperativa. De
forma a aumentar a taxa de transferência de calor, os tubulares são constituídos por alhetas ou
discos. Este tipo de construção permite aumentar a área dos tubos em contacto com os gases
de exaustão (figura 3.8). A disposição das alhetas e dos discos permite criar um percurso
helicoidal à passagem dos gases de forma a otimizar a transferência de calor entre os gases de
exaustão e os tubulares. A água após passar ao estado de vapor flui de forma natural para o
barrilete correspondente ao circuito que ela efetua na caldeira recuperativa.
A
B
Fig. 3.8 – Tubulares com alhetas (A); Tubulares com discos (B).
A caldeira recuperativa é dividida em secções devido às diferentes temperaturas e pressões
necessárias no ciclo água/vapor. Os barriletes localizados no topo da caldeira recuperativa têm
como função abastecer as secções do evaporador (secção da caldeira onde a água passa do
estado líquido para o estado gasoso) e efetuar a separação da água no estado líquido do gasoso
(figura 3.9 (A)). Na figura 3.10 é possível visualizar o mímico de monitorização da caldeira
recuperativa, assim como o ciclo água/vapor para cada nível de pressão.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
21
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
B
A
C
Fig. 3.9 – Interior do barrilete AP (A); Barrilete de AP e MP (B); Bomba de abastecimento do barrilete AP (C).
O barrilete é projetado de modo a que apenas a água no estado líquido possa regressar aos
tubulares do evaporador. O vapor, quando livre de gotículas de água, é encaminhado para a
secção da caldeira recuperativa onde se localiza o sobreaquecedor de vapor. Este último
garante a temperatura e a pressão necessária do vapor antes de este ser expandido no corpo da
TV. A função do barrilete, para além de efetuar a separação da água no estado líquido do
gasoso, é abastecer as várias secções da caldeira recuperativa com água. Os barriletes
permitem igualmente efetuar tratamentos químicos à água que eles armazenam. O tratamento
químico é efetuado com o intuito de obter vapor com a qualidade necessária para garantir o
bom funcionamento da TV. Estes permitem, igualmente, efetuar purgas contínuas de forma a
remover partículas contaminantes da água. Na figura 3.9 (C) é possível visualizar um das duas
bombas que abastecem com água o barrilete de AP.
Fig. 3.10 – Mímico de monitorização e controlo dos barriletes.
Quando se efetua um novo arranque é necessário realizar o enchimento e a ventilação da
caldeira. Este procedimento é efetuado para repor os níveis de água nos barriletes e eliminar
possíveis bolsas de ar acumuladas nos tubulares. A caldeira recuperativa está equipada com
um sistema de bypass. Este sistema apresenta-se como caminho alternativo ao vapor
proveniente da caldeira recuperativa e é usado em situações em que a TV não consegue
efetuar admissão de vapor ou quando é necessário canalizar vapor de média pressão para o
sistema de vapor auxiliar.
22
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.3 – Caldeira Auxiliar
A caldeira auxiliar é comum aos dois grupos e tem como função fornecer vapor auxiliar
aos grupos electroprodutores na fase de arranque (figura 3.11). O vapor auxiliar é usado para:
 Efetuar a selagem da turbina a vapor;
 Fornecer vapor de arrefecimento com uma temperatura média de 200 ºC ao corpo da TV
de baixa pressão no arranque dos grupos de forma a eliminar oscilações e turbulência
nas pás da turbina;
 Fornecer vapor ao desaerador do condensador de forma a eliminar os gases não
condensáveis e o oxigénio contido na água condensada antes de esta regressar à caldeira
recuperativa prevenindo, deste modo, a corrosão e a formação de ferrugem.
Fig. 3.11 – Visão geral da caldeira auxiliar.
A caldeira deve manter-se disponível durante o funcionamento dos grupos, de modo a
fornecer rapidamente vapor aos consumidores de vapor auxiliar (sistema de selagem da TV ou
desaerador do condensador) caso ocorra uma rejeição de carga ou um disparo6 dos grupos. Os
queimadores da caldeira auxiliar estão preparados para queimar GN ou gasóleo (figura 3.12).
Fig. 3.12 – Queimadores da caldeira auxiliar.
Os gases de exaustão que resultam da queima do combustível atravessam a caldeira através
de tubulares envolvidos por água. Este sistema permite gerar vapor com uma temperatura
média de 200 ºC a uma pressão máxima de 12 bar. Na figura 3.13 (A) é possível visualizar o
percurso dos gases resultantes da queima no interior da caldeira auxiliar. Os gases de exaustão
efetuam o percurso 1, em seguida regressam por 2 e, antes de ser evacuado, volta a atravessar
à caldeira pelo percurso 3.
6
Termo técnico que indica a saída de uma central electroprodutora do SEE devido à existência de uma anomalia.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
23
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
A
B
Fig. 3.13 – Percurso dos gases de exaustão (A); Tubulares de circulação dos gases de escape (B) [12].
O vapor produzido na caldeira auxiliar deve, ainda, passar pelo sobreaquecedor elétrico
antes de ser usado como meio de selagem da TV. A função do sobreaquecedor (figura 3.14) é
aumentar a pressão e a temperatura do vapor de acordo com as necessidades da TV. O vapor
de selagem tem, em média, uma temperatura de 357 ºC.
Resistências de
aquecimento
Fig. 3.14 – Sobreaquecedor elétrico.
3.4.5 – Condensador
O condensador de vapor é essencialmente um permutador de calor (figura 3.15). Neste, o
vapor proveniente da TV de baixa pressão é condensado, voltando ao estado líquido. A
passagem para o estado líquido é essencial de forma à água retornar novamente à caldeira
recuperativa onde o ciclo água/vapor se reinicia (circuito fechado).
Cone de
exaustão
A
B
Fig. 3.15 – Condensador (A); Cone de exaustão da TV de baixa pressão (B).
24
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
O vapor é condensado de forma a:
 Retornar para a caldeira recuperativa e abastecer os barriletes;
 Retirar oxigénio da água antes de retornar para a caldeira (desgaseificação);
É possível aumentar o rendimento térmico da TV de baixa pressão. Para tal torna-se
necessário prolongar o mais possível a expansão do vapor no interior do condensador. A
temperatura de condensação do vapor é tanto menor quanto menor for a pressão a que está
sujeito. O sistema de vácuo existente no condensador é responsável pela remoção dos gases
não condensáveis contidos no interior do condensador. Este sistema garante que a pressão no
interior do condensador se mantém abaixo da pressão atmosférica.
Para condensar aproximadamente 390 t/h de vapor, o condensador necessita de uma fonte
fria. Esta é garantida pela água de refrigeração que circula pelo condensador com um caudal
médio de 6,40 m3/s. A água de refrigeração após atravessar o condensador sofre um aumento
de temperatura que corresponde em média a 9.2 ºC [2]. O condensador é formado por duas
câmaras individuais por onde circula o vapor condensado e a água de refrigeração. Na figura
3.16 (A) é possível observar o interior do condensador onde se visualiza os tubulares do
circuito de refrigeração e a câmara onde o vapor condensado é mantido antes de ser
bombeado para o barrilete de baixa pressão de forma a reiniciar o ciclo água/vapor.
A
B
Fig. 3.16 – Interior do condensador (A); Tubular da água de refrigeração (B).
A água de refrigeração, após passar pelo condensador através de tubulares específicos
(figura 3.16 (B)), retorna a torre de refrigeração (figura 3.17) onde é arrefecida e armazenada
na bacia de forma a ser filtrada e bombeada novamente para o condensador (circuito aberto).
A
B
C
Fig. 3.17 – Torre de refrigeração. Vista geral (A); Vista ao nível dos ventiladores (B); Ventilador (C).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
25
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
A torre de refrigeração possui 16 ventiladores (8 por grupo) de forma a promover uma
ventilação forçada. A água de refrigeração é captada no rio Mondego e é filtrada através de 4
filtros de areia gravíticos (figura 3.18). Estes foram dimensionados para a operação
simultânea dos dois grupos. A limpeza dos filtros de areia é efetuada de forma automática
através da passagem de água pré-filtrada em contracorrente.
A
A
A
B
Fig. 3.18 – Filtros de areia ou monopack (A); Bacia de água filtrada (B).
B
C
Fig. 3.19 – Bacia de captação do rio (A); Chegada aos filtros de areia (B); Visão geral dos filtros de areia (C).
A água captada do rio mondego e do canal é retida em bacias distintas de forma a receber
um pré-tratamento químico com hipoclorito de sódio que visa a redução do teor de matéria
orgânica e a eliminação de microrganismos. Deste modo, a água captada do rio é filtrada nos
monopacks (figura 3.18 e 3.19 (C)) e é usada no circuito aberto de refrigeração de ambos os
grupos. A água captada do canal é usada no ciclo água/vapor. Esta, após receber tratamento
químico na bacia de captação, é encaminhada para as instalações da ITA. No total, existem 5
tipos de água na Central Termoelétrica de Lares, respetivamente:
 Água potável – Obtida da rede pública (Usada nas instalações sanitárias, laboratório de
química, chuveiros e lava-olhos.);
 Água de refrigeração – Obtida no rio mondego (Compensação às torres de refrigeração);
 Água bruta – Obtida no canal de Lares (Usada na instalação de pré-tratamento de águas);
 Água de serviço – Obtida através da água bruta (Abastece os sistemas de: combate a
incêndios; desmineralização de água; vapor auxiliar; lavagem dos compressores das TG’s);
 Água pré-tratada – Usada no ciclo água/vapor após tratamento efetuado na ITA.
26
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.6 – ITA - Instalações de Tratamento de Águas
A água utilizada para a produção de vapor deve ser tratada de forma a não conter
impurezas que possam deteriorar a caldeira recuperativa ou a turbina a vapor. Deste modo a
água é sujeita a um processo de desmineralização na ITA (figura 3.21). Como referido no
subcapítulo 3.4.5, a água captada sofre um pré-tratamento químico e uma filtragem na bacia
de captação. Após este procedimento, a água é encaminhada para um misturador estático
(figura 3.20) onde é misturada com hipoclorito de sódio e com um composto floculante.
Fig. 3.20 – Misturador estático.
O floculante é injetado no misturador estático de forma a garantir a sua correta diluição na
água. Este composto químico é usado como um elemento aglutinante de forma a melhorar o
processo de filtragem. A água, após ser misturada com o floculante, é encaminhada para
filtros de areia-antracite. Estes filtros estão colocados nas instalações da ITA e devem garantir
que as partículas sólidas existentes na água fiquem retidas na areia (os filtros de areiaantracite possuem um sistema de lavagem em contracorrente com água pré-tratada e ar
comprimido). Após este processo a água fica apta para iniciar o processo de desmineralização.
O processo de desmineralização contempla diversas fases, respetivamente, filtragem por
carvão ativo, passagem em permutadores catiónicos e aniónicos, e desgaseificador. O
processo de desmineralização é finalizado com a passagem da água por um permutador misto
que garante a qualidade final da água desmineralizada. A água, após passar pelos filtros do
carvão que retém o cloro contido na água, sujeita-se ao processo de desmineralização através
da permuta iónica. O permutador catiónico tem como função permitir uma permuta iónica
entre a água e as resinas catiónicas. As resinas têm como função reter os catiões contidos na
água. Após este processo, a água é encaminhada para o desgaseificador de forma a eliminar
vestígios de dióxido de carbono (CO2) contido na mesma. Finalizado o processo de
desgaseificação, a água é encaminhada para o permutador aniónico. O permutador aniónico
por sua vez contém resinas aniónicas que retém os aniões contido na água. O processo é
concluído com a passagem da água pelo permutador de leito misto. Este é constituído por
resinas aniónicas e catiónicas. A água, após sofrer o processo de desmineralização, é
armazenada em dois tanques com uma capacidade cada de 5500 m3. A água armazenada é
monitorizada em contínuo de forma a verificar valores de PH e de condutividades.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
27
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Cadeias de
produção
A
B
C
Fig. 3.21 – Visão geral da ITA; Cadeias de produção (A e B); Desgaseificador (C).
As permutas iónicas são efetuadas por resinas e têm como objetivo absorver os catiões e os
aniões contidos na água (partículas com carga elétrica positiva e negativa). Quando as resinas
saturam é necessário procederem à sua regeneração. A regeneração destas é efetuada através
da passagem de reagentes químicos por elas. Os reagentes são misturados com água
desmineralizada de forma a reduzir as suas concentrações para valores adequados. A
regeneração das resinas catiónicas é efetuada com a passagem de ácido clorídrico com uma
concentração de 33%. As resinas aniónicas são regeneradas através da passagem de hidróxido
de sódio com uma concentração de 50%. Os efluentes resultantes da regeneração das resinas
são enviados para uma bacia de neutralização (ETEL). Esta bacia garante um tratamento
adequado à água antes de esta ser libertada novamente para o meio ambiente.
A ITA é constituída por duas cadeias independentes de produção de água desmineralizada.
Deste modo, quando uma das cadeias é sujeita ao processo de regeneração das resinas ou é
posta fora de serviço, a produção de água desmineralizada é encaminhada para a cadeia
similar.
3.4.7 – Sistema de Combate a Incêndios
A proteção contra incêndios das instalações referentes à Central Termoelétrica é
assegurada através de um sistema de deteção e extinção (água, espuma, CO2) de atuação
manual ou automática (figura 3.22). Os sistemas de deteção de incêndios informam sobre a
localização do incêndio e, se possível, acionam os meios de extinção automáticos. O sistema
principal de combate a incêndios é constituído por uma central de bombagem de água (bomba
elétrica e bomba Diesel (figura 3.22 E e F)) que é abastecida a partir do tanque de água de
combate a incêndios (figura 3.22 (A)). Este sistema está permanentemente ativo e abastece os
chuveiros contra incêndio (figura 3.22 (D)) e carretéis espalhados por toda a Central. Como
complemento deste sistema, estão colocados de forma estratégica, extintores portáteis
devidamente selecionados quanto ao fluido e à capacidade. A seleção do tipo de extintor é
efetuada em função da classe de fogo mais provável de eclodir na zona onde este é colocado.
28
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
A
B
D
C
E
F
Fig. 3.22 – Sistema de combate a incêndios.
Legenda da figura 3.22:
A – Tanque de água de combate a incêndios;
B – Boca-de-incêndio com um esguicho de água orientável;
C – Armazenamento de CO2 para extinção de incêndios em quadros elétricos;
D – Chuveiro de combate a incêndios;
E – Bomba de combate a incêndios elétrica;
F – Bomba de combate a incêndios Diesel.
3.4.8 – Sistema de Ar Comprimido
O sistema de ar comprimido da Central Termoelétrica de Lares é constituído por
equipamentos de produção (compressores), de condicionamento (secadores e filtros) e de
armazenamento do ar. O ar comprimido é distribuído por toda a Central Termoelétrica até aos
seus consumíveis, tais como, bombas pneumáticas, sistema de lavagem dos filtros de areias da
ITA e dos filtros da tomada de ar.
1
2
2
3
3
Fig. 3.23 – Sistema de ar comprimido. Compressor (1); Secadores (2); Armazenamento (3).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
29
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.9 – Abastecimento de Gás
O abastecimento de gás é assegurado através de contratos de gás Take-or-Pay (mesmo que
não se consuma o valor previsto, paga-se a quantidade mínima acordada) com diferentes
comercializadoras conforme o grupo 1 ou 2. A nível do transporte de gás, este é garantido
pela REN Gasodutos, sendo que o gás chega à Central Termoelétrica através de um gasoduto
subterrâneo com proveniência na derivação do Carriço da rede de alta pressão (Anexo C). O
acesso ao posto de chegada e redução de pressão do gás é restrito à REN (figura 3.24). Devido
à existência de diferentes comercializadoras e tipos de contratos de gás, o preço do gás é
diferente para o grupo I e grupo II. O grupo I tem um contrato com a Sonatrach e o grupo II
em conjunto com dois grupos da Central do Ribatejo tem um contrato com a Galp Gás.
.A
B
Fig. 3.24 – Posto de chegada do gás (A); Interior do posto de chegada do gás (B).
3.4.10 – Performance Heater
O Performance Heater permite filtrar e aquecer o gás antes de este ser pulverizado nas
câmaras de combustão da turbina a gás (figura 3.25). Cada grupo electroprodutor possui um
Performance Heater.
Purificador
de gás
Aquecedor de gás com
água do circuito de MP
Filtros
coalescentes
Aquecedor de
gás elétrico
Tanque de drenagem
Fig. 3.25 – Visão geral do Performance Heater.
30
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
O aquecimento do combustível proporciona um rendimento superior à TG, na medida em
que a necessidade de combustível torna-se inferior para elevar a temperatura dos gases de
exaustão à temperatura adequada de funcionamento [13]. De forma a efetuar o aquecimento
do gás, utilizam-se aquecedores específicos para esse efeito.
Na sequência de arranque, o gás é aquecido através de um aquecedor elétrico. Quando a
água do circuito de média pressão da caldeira recuperativa apresenta temperatura adequada, o
aquecedor elétrico é desligado. O gás passa então a ser aquecido através da água do circuito
de MP com uma temperatura média de 216 ºC (figura 3.26 (B)). O aquecimento do gás com
água do circuito de MP melhora a eficácia do ciclo combinado em cerca de 0,6% [13]. A
água, após passar pelo aquecedor de gás, retorna para o condensador com uma temperatura
média de 38 ºC (figura 3.26 (B)).
A
B
Fig. 3.26 – Mímico do sistema de tratamento do gás (A); Mímico de controlo e monitorização do gás (B).
A filtragem é efetuada através de filtros coalescentes que garantem a retenção de partículas
sólidas e líquidos resultantes da condensação do gás. Estes filtros possuem um depósito de
retenção de líquidos que quando cheio efetua uma drenagem através de um sistema de
escoamento automático para o tanque de drenagens do Performance Heater (figura 3.27).
Purificador de gás
Aquecedor de
gás elétrico
A
B
C
Fig. 3.27 – Filtro coalescentes (A); Tanque de drenagem (B); Purificador e aquecedor de gás (C).
O gás após ser filtrado e aquecido com uma temperatura média de 168 ºC (figura 3.26 (B))
é encaminhado para o purificador de gás. Este último garante a qualidade final do gás antes de
este ser pulverizado nos queimadores da turbina a gás.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
31
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.11 – Sala de Comando
A sala de comando da Central Termoelétrica acomoda todos os sistemas de controlo e
operação dos grupos (figura 3.28). Nesta, é possível encontrar o sistema de videovigilância, o
sistema de comando e monitorização dos grupos electroprodutores e dos serviços auxiliares.
A monitorização e o controlo da Central Termoelétrica são assegurados através de um sistema
gráfico Human Machine Interface (HMI) pertencente a GE. É de referir que os mímicos
(HMI) apresentados ao longo do presente documento foram retirados da sala de comando da
Central Termoelétrica de Ciclo Combinado de Lares.
O sistema de supervisão da Central Termoelétrica permite, deste modo, comandar e
supervisionar os vários equipamentos e instalações da Central, assim como armazenar num
servidor central toda a informação relevante recolhida durante a exploração da Central.
Fig. 3.28 - Sala de comando [1].
Os sistemas de controlo e instrumentação asseguram a operacionalidade da Central
conforme as instruções dos operadores. Os comandos necessários para a realização de
manobras tais como, arranque, paragem e/ou alteração de carga serão desencadeados de forma
automática a partir do sistema automático de controlo. Deste modo, o operador deve assegurar
as seguintes funções: informar o sistema de controlo sobre as manobras de operação
pretendidas, assegurar o comando de situações mais críticas e menos rotineiras e efetuar uma
vigilância constante das condições de operação da Central Termoelétrica.
Para além de assegurar a produção de energia elétrica em condições de segurança, os
sistemas de controlo e instrumentação devem contribuir para minimizar efeitos negativos
sobre o meio ambiente, aumentar a eficiência dos processos visando sempre prolongar a vida
útil das máquinas e equipamentos afetos a exploração da Central Termoelétrica. Os dados
relativos à exploração da Central Termoelétrica são recolhidos para quadros de comunicação
dedicados e transmitidos para a sala de comando. Devido à elevada quantidade de informação
que é necessário transmitir em tempo real, a transmissão de dados é assegurada através de
cabos de fibra ótica. O sistema de comunicação apresenta redundância dupla ou tripla
(depende do tipo de dados transmitidos) de forma a aumentar a sua fiabilidade.
32
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.12 – Sistema de Conversão de Energia.
A produção de energia elétrica é obtida através de duas fases de transformações. A
primeira fase advém da transformação química contida no combustível em energia mecânica
pela turbina a gás. A energia mecânica transmitida ao eixo pela turbina a gás é usada para
acionar o compressor axial e o eixo comum à TG, TV e ao alternador. A segunda
transformação de energia ocorre na turbina a vapor onde o vapor gerado na caldeira
recuperativa é expandido. A expansão do vapor nas pás da TV corresponde a um incremento
de energia mecânica que é transmitida ao alternador através do eixo comum à TV e à TG. A
figura 3.29 ilustra de forma simplificada o processo de produção de eletricidade em centrais
de ciclo combinado com turbina a gás.
Fig. 3.29 - Esquema geral do processo de produção de energia
elétrica em Centrais de Ciclo Combinado [1].
Fig. 3.30 – Balanço energético da Central Ciclo
Combinado de Lares [1].
A combinação de dois ciclos termodinâmicos (ciclo de Brayton e de Rankine) permite
atingir um rendimento energético superior ao obtido se ambos os ciclos fossem usados
isoladamente. No conjunto turbina a gás e turbina a vapor, aproximadamente 2/3 da potência
elétrica (294 MW) são produzidos pela TG, pertencendo à TV a produção de 1/3 da potência
total do grupo electroprodutor (147 MW).
Da figura 3.30 constata-se que na primeira fase de transformação 37,4% da energia
primária disponibilizada pela transformação química do combustível é convertida em energia
mecânica pela TG. Nesta fase, estima-se que as perdas sejam equivalentes a 1,1%. Os
restantes 61,5% da energia primária são convertidos em energia calorífica que é empregue na
segunda fase de transformação. Na produção de vapor apenas 53,9% da energia calorífica
inicialmente disponibilizada à caldeira recuperativa (61,5%) são empregues na produção de
vapor. Neste processo estima-se que o somatório das perdas na caldeira recuperativa e na
chaminé é equivalente a 7,6%. Da energia calorífica disponibilizada à produção de vapor
(53,9%), verifica-se que apenas 20,9% é convertida em energia mecânica pela TV, sendo que
os restantes 33,2% de energia térmica resultam em perdas no condensador e na TV.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
33
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.12.1 – Turbina a Gás
A TG é um dos elementos mais importantes de uma central de ciclo combinado. A sua
constituição é essencialmente baseada em três elementos, respetivamente, compressor, câmara
de combustão e turbina de potência (figura 3.31).
Câmara de
combustão
Turbina de
potência
Compressor
Fig. 3.31 – Corte longitudinal de uma turbina a gás [11].
Na figura 3.32 pode observar-se uma representação simplificada dos principais elementos
de uma TG.
Entrada de ar com
temperatura e
pressão ambiente
Entrada de ar aquecido
e comprimido para a
câmara de combustão
Compressor
IGV's
Eixo
Expansão dos gases
resultantes da combustão
para as pás da TG
Câmara de
combustão
Eixo
Turbina de
Potência
Gases de exaustão
Adição de
combustível
Fig. 3.32– Representação simplificada de uma turbina a gás.
O ar, ao passar pelo compressor, sofre uma compressão de 18,5:1 ao longo de 18 andares
de compressão. Devido às forças centrífugas, o ar é aquecido com uma temperatura que pode
variar entre 260 ºC a 450 ºC sem adição de calor consoante o modelo da TG e das condições
ambientais [14, 13]. Na Central Termoelétrica de Lares, a temperatura do ar à saída do
compressor é, em média, 420 ºC. Atualmente existem dois tipos de compressores associados
às turbinas a gás, o compressor axial e o radial. O compressor radial é empregue em sistemas
que requerem baixos níveis de compressão (figura 3.33 (A)). O compressor da Central de
Lares é do tipo axial (figura 3.33 (B)). Este tipo de compressor é usado quando são exigidas
elevadas razões de pressão e rendimentos elevados. A razão de pressão é determinada pela
expressão (3.1)
(3.1)
O compressor axial é constituído por vários andares, sendo que cada andar é constituído
por uma fiada de pás ligada ao eixo (pás móveis) e outra ligada a carcaça da turbina a gás (pás
fixas).
34
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
A
B
Fig. 3.33 - Compressor radial (A); Compressor axial (B) [15, 16].
A primeira fiada ou fileira de pás à entrada do compressor é designada por pás guias de
admissão (IGV’s). Este sistema permite orientar o ângulo da primeira fiada de pás em função
das necessidades da turbina a gás. O controlo do ângulo permite, deste modo, controlar o
fluxo de ar em situação de arranques, paragem, ou quando a turbina está a funcionar em
cargas parciais mantendo constante a temperatura dos gases resultantes da combustão. O
ajuste do ângulo é efetuado de forma automática e é regulado em função da temperatura
ambiente e da velocidade do eixo. Este sistema permite, ainda, efetuar o controlo sobre as
emissões gasosas que fluem para a atmosfera, tal como os óxidos de azoto.
A câmara de combustão é o local onde ocorre a queima da mistura ar/combustível (figura
3.34). O ar comprimido quando chega à câmara de combustão vem com uma velocidade
demasiado elevada para se efetuar a queima e manter a chama. A câmara de combustão é
projetada de forma a reduzir a velocidade do ar através de um difusor (figura 3.35).
1º Estágio de pás da
turbina de potência
Zona de
combustão
Fig. 3.34 – Câmara de combustão [1].
Fig. 3.35 – Esquema de uma câmara de combustão [17].
Da análise da figura 3.35 consta-se que existem três zonas que constituem a câmara de
combustão. A zona primária corresponde ao local onde ocorre a mistura do ar com o
combustível. Esta zona deve ser projetada de forma a permitir uma mistura turbulenta e
adequada entre o ar e o combustível. Esta zona absorve, aproximadamente, 1/3 do caudal total
de ar que provém do compressor para cada queimador. Como a maior parte da combustão
ocorre nesta zona, esta, está sujeita a temperaturas elevadas (aproximadamente 1900 ºC) [2].
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
35
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
De forma a reduzir a temperatura dos gases resultantes da combustão é injetado ar
proveniente do compressor na zona intermediária e de diluição. Deste modo utilizam-se os 2/3
restantes do caudal de ar proveniente do compressor. A temperatura deve ser diminuída até
uma temperatura que permita o contacto dos gases de exaustão com as pás da turbina de
potência sem correr o risco de as deteriorar. Esta temperatura varia consoante o material
utilizado na produção das turbinas. Prevê-se que um aumento de 30 ºC em relação à
temperatura máxima que a turbina de potência suporta pode reduzir a vida útil da mesma em
30% [2]. Os gases resultantes da combustão são, deste modo, arrefecidos para temperaturas na
ordem dos 1370 ºC antes de serem expandidos nas pás da turbina a gás [18].
Compressor
axial
Expansão dos gases
nas pás da TG
Câmara de
combustão
Exaustão dos gases para
a caldeira recuperativa
Queimadores
Fig. 3.36 – Identificação dos principais sistemas de uma TG [19].
Quando ocorre a expansão dos gases resultantes da combustão nas pás da turbina dá-se a
conversão de energia térmica em energia mecânica. Na realidade, esta transformação de
energia ocorre em duas etapas. Numa primeira etapa, a energia térmica é convertida em
energia cinética. A segunda etapa ocorre quando a energia cinética embate nas pás da turbina
gerando movimento através das pás giratórias e móveis da turbina (figura 3.37). Estima-se
que cerca de 50% do trabalho desenvolvido pela TG é usado para acionar o compressor
axial [13].
A
B
Fig. 3.37 – Pás móveis da TG (A); Pás fixas da TG (B).
36
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.12.2 – Turbina a Vapor
A turbina a vapor é um mecanismo que aproveita a energia calorífica do vapor para gerar
energia mecânica. A energia mecânica gerada pela turbina a vapor é transmitida ao eixo de
forma a acionar o alternador em conjunto com a turbina a gás. A TV da Central de Ciclo
Combinado de Lares é constituída por três corpos de pressão, respetivamente alta, média e
baixa pressão (figura 3.38).
Fig. 3.38 – Turbina a vapor.
O controlo de admissão de vapor na TV é efetuado através de válvulas hidráulicas. Estas
válvulas são acionadas através do sistema hidráulico HPU (Hidraulic Power Unit) (figura
3.39 (A)). Este sistema opera através de óleo hidráulico.
A
C
B
Fig. 3.39 – Unidade de Pressão Hidráulica (A); Válvula hidráulica AP, Vista inferior (B) e superior (C).
Além da válvula de admissão de vapor Alta Pressão (AP), existem mais duas válvulas
idênticas para a Média e Baixa Pressão. Estas válvulas incorporam sistemas de admissão de
vapor distintos. Um dos sistemas funciona como abertura e fecho (ON e OFF), o outro
sistema permite regular o caudal de vapor conforme as necessidades da turbina a vapor. O
caudal nominal e a pressão de vapor de cada corpo da turbina a vapor estão descritos no
quadro 3.1.
Quadro 3.1 – Caudal nominal de vapor em função do nível de pressão [20].
Corpo de Pressão
Alta Pressão (AP)
Média Pressão (MP)
Baixa Pressão (BP)
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Pressão
160 Bar
25 Bar
4 Bar
Caudal Nominal
313,88 ton/h
345,97 ton/h
390,78 ton/h
37
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
As turbinas de vapor diferenciam-se quanto ao modo como o vapor é expandido no seu
interior. O processo de expansão pode ser efetuado tendo como base os princípios de
impulsão, de reação ou ambos. O princípio utilizado difere em função da pressão associada a
turbina a vapor. Deste modo, a turbina AP é uma turbina de impulso com 30 estágios (figura
3.41 (A) e 3.41 (B)). A turbina de MP é uma turbina de reação com 11 estágios (figura 3.41
(C) (2)). Por fim, a turbina de BP é de impulsão-reação e é constituída por 6 estágios (figura
3.41 (C) (1)). A TV é constituída por pás fixas (presas à carcaça) e pás móveis (presas ao
eixo). As pás fixas orientam o fluxo de vapor de modo a que este, ao passar pelas pás móveis
da TV, transmita energia que possibilite movimentar o eixo.
As turbinas de impulso alteram a direção do fluxo de vapor. O impulso resultante faz girar
a turbina, deixando o fluxo de vapor com uma energia cinética menor. Nas turbinas de
impulso, a queda de pressão ocorre nas lâminas fixas da turbina (conhecidas como agulhetas)
(figura 3.40 (A)).
Nas turbinas de reação o binário é desenvolvido por meio da reação entre a turbina e a
massa do vapor. A pressão do vapor altera-se à medida que este passa através das pás móveis
da turbina (figura 3.40 (B)).
A
B
Fig. 3.40 – Turbina de impulsão (A); Turbina de reação (B) [21].
1
2
A
B
C
Fig. 3.41 - Pás móveis da turbina AP (A); Pás fixas da turbina AP (B); Pás móveis turbina BP (1) e MP (2) (C).
De forma a evitar deslocamentos axiais da turbina devido ao impacto do vapor nas pás da
turbina, o fluxo de vapor da turbina de alta pressão circula em sentido oposto ao fluxo de
vapor da turbina de média e baixa pressão como ilustrado na figura 3.42.
38
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Fig. 3.42 – Sentido do fluxo de vapor [22].
A TV é constituída por diversos estágios. Entre cada estágio existem diafragmas. Estes são
fixados na carcaça da turbina e abraçam o eixo sem o tocarem. Entre o eixo e o diafragma
existe um conjunto de anéis de vedação que minimizam as fugas de vapor de um estágio para
o outro de forma a garantir que todo o vapor é turbinado. Este tipo de vedação é chamada
vedação interna. Na figura 3.43 é possível visualizar ligeiras saliências (anéis), assinaladas
por um círculo, que efetuam a selagem interna.
Fig. 3.43 – Diafragmas ente estágios da turbina a vapor alta pressão.
Nas extremidades da turbina a vapor onde o eixo sai do interior da turbina estão colocados
labirintos (figura 3.44). A função dos labirintos é a eliminação de possíveis fugas de vapor
para o exterior da TV. Nestes labirintos é injetado o vapor de selagem de fora para dentro da
TV. Este processo garante a estanquicidade do vapor turbinado no interior da turbina.
A
B
C
Fig. 3.44 – Anéis de vedação da turbina AP (Labirintos) (A); Labirintos (B); Labirinto em relação ao eixo [23].
O vapor de selagem é obtido a partir da caldeira auxiliar durante o arranque dos grupos e é
sobreaquecido no sobreaquecedor elétrico do respetivo grupo. O reaquecimento garante a
temperatura e pressão adequada à selagem. Após efetuar o arranque dos grupos, o vapor de
selagem advém da caldeira recuperativa do circuito de média pressão. Esta selagem é
chamada de selagem externa.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
39
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.12.3 – Eixo
O eixo é o responsável pela transmissão de energia mecânica ao alternador. A topologia
deste, na Central Termoelétrica de Lares, corresponde a um eixo comum à TG, alternador e
TV. Esta topologia tem como vantagem a inexistência de uma embraiagem para efetuar a
junção da TV ao eixo comum. A principal desvantagem deste sistema relaciona-se com os
tempos de arranque devido à imprevisibilidade do comportamento da TV. O eixo é apoiado
em chumaceiras colocadas ao longo do mesmo (figura 3.45). De forma a reduzir fricções
entre as chumaceiras e o eixo, existe um sistema de lubrificação e levantamento. Este sistema
consiste num caudal constante de óleo pressurizado que é injetado entre as chumaceiras e o
eixo minimizando o contacto e o desgaste entre ambos. Ao longo do eixo existem sensores de
excentricidade colocados estrategicamente de forma a monitorizar vibrações. Por normas de
segurança, na ocorrência de vibrações elevadas os grupos são desativados automaticamente.
B
A
Fig. 3.45 – Chumaceira. Parte superior (A); Parte inferior (B).
3.4.12.4 – Alternador
O alternador é o responsável pela conversão da energia mecânica desenvolvida pela TG e
pela TV em energia elétrica (figura 3.46). A energia elétrica produzida é transferida para o
transformador principal do grupo respetivo através de barramentos blindados. As principais
características do alternador da Central Termoelétrica de Lares estão descritas no quadro 3.2.
Quadro 3.2 - Característica do alternador.
Fabricante / Modelo
General Electric / 450H
Velocidade / Frequência / nº Pólos 3000 rpm
/ 50 Hz / 2
Electric
Potência aparente
530
MVA
Pólos
Tensão nominal
19 kV
Fator de Potência
0,85
Fig. 3.46 – Vista geral do alternador.
40
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Vmax
(2)
0V
(1)
Vmin
B 0º
A
60º
120º
180º
240º
300º
360º
Fig. 3.47 – Esquema de um alternador simplificado (A); Onda de tensão alternada monofásica (B) [24].
O alternador recorre a processos eletromagnéticos de forma a gerar energia elétrica. Na
figura 3.47 (A) está representado um esquema simplificado de um alternador. Para facilitar o
estudo do princípio de funcionamento considera-se uma espira (1) imersa num campo
magnético (2). A energia mecânica é empregue para acionar o movimento rotativo da espira.
O princípio básico de funcionamento está associado à posição relativa entre a espira e as
linhas do campo magnético (lei de Lenz-Faraday). Deste modo, quando a espira forma um
ângulo de 90º em relação às linhas do campo magnético, a tensão é máxima. Quando a espira
forma um ângulo de 0º (figura 3.47) a tensão é zero. Deste modo, consoante a orientação da
espira face às linhas do campo magnético, obtém-se a tensão alternada (figura 3.47 (B)).
Os terminais da espira são ligados ao circuito externo onde se encontra a carga ou
barramento (figura 3.48 (c)). Este exemplo ilustra o funcionamento de um alternador
monofásico, contudo, as centrais electroprodutoras utilizam alternadores trifásicos. O
princípio de funcionamento destes é, em todo, semelhante ao ilustrado na figura 3.47 (A),
sendo que a principal diferença reside no número de espiras existentes no rotor uma vez que
estes alternadores possuem três espiras isoladas e distanciadas entre si 120º.
O alternador de eixo horizontal está diretamente acoplado ao veio da TG e TV estando
disposto entre ela. Devido a existências de perdas internas por efeito de Joule no alternador,
este está sujeito a elevadas temperaturas que devem ser dissipadas de forma a prevenir a
destruição dos isolamentos. Na sequência da paragem programada do grupo I, foi possível
acompanhar os trabalhos de inspeção no interior do alternador (figura 3.48 (A)). A inspeção
foi efetuada através de um carro equipado com câmaras como ilustrado na figura 3.48 (B).
Estator
Rotor
A
B
C
Fig. 3.48 – Alternador lado TG (A); Carro telcomandado (B); Ligação do alternador ao barramento(C).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
41
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
O alternador é arrefecido através de hidrogénio que circula no seu interior. Este gás é
indicado para efetuar a refrigeração devido às suas propriedades de variação térmica ou de
calor especifico7. De forma a promover uma circulação uniforme do hidrogénio em todos os
constituintes do alternador, o hidrogénio é impulsionado através de dois ventiladores de pás
fixas instaladas e presas às extremidades do rotor (figura 3.49).
Fig. 3.49 – Ventilador para promover a ventilação forçada do hidrogénio.
O hidrogénio é um gás extremamente inflamável quando se encontra misturado com o ar,
tipicamente, com uma concentração de 4% a 75% [25]. De forma a evitar entrada de ar para o
interior do alternador, o hidrogénio é pressurizado com uma pressão superior à pressão
atmosférica (aproximadamente 4 bar). Contudo, devido à diferença de pressão, o hidrogénio
teria tendência a sair para o exterior do alternador. De forma a eliminar possíveis fugas, o
alternador possui um sistema de selagem. A selagem é efetuada através de anéis instalados em
torno do rotor onde é injetado um caudal constante de óleo pressurizado (figura 3.50).
Fig. 3.50 – Sistema de selagem [25].
Os anéis são comprimidos contra o eixo através de uma mola criando, desta forma, uma
camada de óleo que impede a saída de hidrogénio (figura 3.50 e 3.51). O óleo resultante da
barreira escorre, tanto para o interior, como para o exterior do alternador. Sistemas dedicados
efetuam a recolha e a limpeza do óleo em ambos os lados do anel de vedação. O óleo é limpo
de modo a remover partículas de hidrogénio arrastadas pelo mesmo. Após efetuada a limpeza
do óleo, este é bombeado para um coletor onde será novamente injetado nos anéis de selagem.
7
Calor específico consiste na quantidade de calor que é necessário fornecer a 1 grama de uma substância para
elevar a sua temperatura em 1 grau Celsius. O calor específico da água é 1 cal/g.°C. Por sua vez, o calor
específico do hidrogénio é 3.4 cal/g.°C. Quanto maior o calor específico, mais energia térmica é necessária
para elevar a sua temperatura. Deste modo, o hidrogénio é um ótimo absorvente térmico.
42
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Fig. 3.51 – Anéis de selagem [25].
O hidrogénio aporta outros benefícios enquanto gás de arrefecimento num alternador.
Deste modo, ele minimiza o aparecimento de descargas parciais e reduz o efeito de corona no
interior do alternador. O hidrogénio, após percorrer os componentes constituintes do
alternador, é encaminhado para permutadores de calor onde é arrefecido.
Num gerador síncrono, o campo magnético de rotação necessário para induzir tensão nos
enrolamentos do estator é assegurado pelo sistema de excitação. Este sistema consiste no
fornecimento de uma tensão DC ao enrolamento indutor localizado no eixo de forma a
estabelecer a tensão interna do alternador, em consequência, este sistema é responsável pela
tensão a saída do alternador e pelo fator de potência. O sistema de excitação é operado
automaticamente pelo controlador de regulação de tensão que atua na excitatriz de forma que
a potência reativa e a tensão a saída do alternador variem da forma pretendida (figura 3.52).
De modo a ajustar a produção de energia elétrica às necessidades do SEE, o regulador
automático de velocidade acompanha as variações de velocidade do alternador em função da
potência solicitada pelo SEE. A variação de velocidade do alternador interfere diretamente na
estabilidade da frequência. Nesse sentido, o regulador automático de velocidade atua na
admissão de vapor e de combustível de forma a manter o alternador a velocidade de
sincronismo. Este controlo tem como objetivo aumentar ou diminuir a potência mecânica
(Pmec) de forma a manter a velocidade (3000 rpm) e a frequência (50 Hz) no seu valor
nominal. Resumidamente, o controlo na admissão de vapor e de combustível é efetuado da
seguinte forma:
 O alternador acelera – Redução de fluxo de vapor à TV e de combustível à TG. Pmec ↓
 O alternador aninha – Aumento de fluxo de vapor à TV e de combustível à TG. Pmec ↑
A
B
Fig. 3.52 – Sistema de escovas de excitação (A); Suporte das escovas (B).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
43
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
É possível visualizar graficamente a evolução da potência gerada em função do fluxo de
vapor e de gás consumido. Quando se pretende elevar a potência ativa gerada é necessário
elevar a potência mecânica disponibilizada ao eixo pela TG e TV. Por seu turno, quando se
pretende diminuir a potência ativa, reduz-se a potência mecânica transmitida ao eixo. A
variação do fluxo de combustível, do fluxo de vapor e da potência reativa no
acompanhamento na curva da potência ativa de um arranque tipo podem ser visualizados na
figura 3.53. A figura 3.53 foi obtida através do PI ProcessBook, e nela constata-se que o fluxo
de gás e de vapor acompanham, invariavelmente, a curva de potência ativa do alternador.
450 18 350
Potência Ativa (MW)
Fluxo de gás (kg/s)
Fluxo de vapor AP (t/h)
-50 0 0
Fig. 3.53 – Evolução da curva de potência ativa produzida.
3.4.13 – LCI - Load Commutated Inverter
Na sequência de arranque, o alternador funciona como motor através do LCI. O LCI é um
sistema de inversão de frequência ajustável. Este, utiliza um software específico baseado em
microprocessadores de forma a controlar a velocidade do alternador enquanto motor. O seu
princípio assenta numa topologia de retificação e inversão da onda de tensão (figura 3.54).
O retificador é constituído por um banco de tirístores que, através de uma comutação
controlável e ajustável, convertem uma tensão AC em DC. O indutor DC elimina os picos de
corrente, tornando a tensão contínua durante o funcionamento do sistema. A tensão retificada
pelo retificador é, então, encaminhada para um inversor que converte a tensão DC em AC
novamente com uma frequência variável. O transformador de isolamento isola o LCI do
barramento de média tensão e fornece a tensão adequada aos terminais do retificador [26].
Este sistema permite, deste modo, converter o alternador em motor de forma acionar a TG até
à velocidade de autossustentação (aproximadamente 95% da velocidade nominal (2850 rpm)).
Fig. 3.54 – Diagrama simplificado do sistema LCI [26].
44
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
O benefício deste sistema reside no facto de não existir a necessidade de associar um motor
de arranque à TG. Na Central Termoelétrica de Lares, existe um LCI por grupo, no entanto,
um único LCI pode efetuar o arranque da turbina a gás de ambos os grupos através da
interligação entre barramentos. O LCI possui um sistema de refrigeração de forma a arrefecer
os tirístores de comutação. A refrigeração do LCI é efetuada através de um circuito fechado
de água. Segundo recomendações da GE e para o coreto funcionamento do LCI, a água devem
estar num nível de pureza elevada [26]. A sua desmineralização é garantida através de um
filtro de carvão e um desionizador (figura 3.55).
Reservatório
de água
Retificadores
Bomba de
circulação 1
Módulos de tirístores
Sistema de
refrigeração
Módulos de tirístores
A
Desionizador
Filtro de
carvão
Regulador de
temperatura
Bomba de
circulação 2
B
Fig. 3.55 – Módulos do LCI (A); Sistema de refrigeração (B).
3.4.14 – Disjuntor de Grupo
De forma a separar o alternador do SEE existe um disjuntor de grupo (figura 3.56). Este
disjuntor encontra-se entre o alternador e o transformador principal do respetivo grupo. Em
caso de ocorrências de anomalias no SEE (fora da central) ou anomalias internas (dentro da
central) o disjuntor interrompe o circuito de forma garantir o isolamento do alternador.
A
B
Fig. 3.56 – Visão geral do disjuntor de grupo (A); Painel de monitorização do disjuntor (B).
No painel de controlo do disjuntor de grupo é possível visualizar o estado dos seccionadores
(Branco – Circuito Aberto, Verde – Circuito Fechado). Quando o grupo se encontra a injetar
energia para rede elétrica o aspeto do quadro é o da figura 3.56 (B). Após se verificar o
sincronismo entre o alternador e o SEE, na sequência de arranques, este disjuntor fecha
interligando o alternador com o SEE. O sincronismo verifica-se quando os valores da tensão,
da sequência de fases e da frequência são iguais do lado do alternador e do SEE.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
45
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.15 – Transformadores
A Central Termoelétrica de Lares possui um transformador principal e um auxiliar por
grupo (figura 3.57). O transformador principal tem como função elevar a tensão de geração de
19 kV para 400 kV de forma a transferir a energia elétrica produzida para o SEE onde se
efetua o respetivo transporte. Quando os grupos não se encontram a produzir, o transformador
principal tem como função reduzir a tensão vinda do SEE de 400 kV para 19 kV a fim de
abastecer os serviços auxiliares da Central Termoelétrica através do transformador auxiliar do
respetivo grupo. O transformador auxiliar converte a tensão de 19 kV para 6,6 kV de modo a
alimentar o barramento de média tensão do respetivo grupo ou do grupo similar através de
uma interligação entre barramentos.
Fig. 3.57 – Transformador auxiliar (1) e principal (2) de grupo.
A razão pela qual o valor da tensão de geração é elevado antes de se efetuar o respetivo
transporte deriva da necessidade de reduzir as perdas por efeito de joule nas linhas de
transmissão durante o transporte da energia elétrica. As perdas por efeito de joule variam em
função do quadrado da intensidade (Perdasjoule=[I]2*[R]). Tendo em atenção que os
transformadores têm a capacidade de transformar tensões mantendo o princípio da
conservação da energia (Potênciaprimário=Potênciasecundário) deduz-se, deste modo, que elevando
a tensão do primário para o secundário, a corrente será mais baixa no lado do secundário.
Tendo em conta que a energia dissipada por efeito de joule varia em função do quadrado
da intensidade, pode-se diminuir as perdas diminuído a corrente que flui pelas linhas de
transporte. Pelo princípio de conservação de energia (Potênciaprimário=Potênciasecundário), deduzse que elevando a tensão e mantendo a potência inalterada a corrente será mais baixa tal como
descrito na equação (3.2).
[ ] []
46
[]
ê
[ ]
ê
.
(3.2)
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Assim, à saída do alternador, coloca-se um transformador elevador de tensão
([V]secundário > [V]primário) de modo a reduzir a corrente no secundário ([I]secundário < [I]primário)
mantendo a potência inalterada ([P]primário = [P]secundário). No destino, será colocado um
transformador redutor de modo a inverter o efeito do transformador principal da Central
Termoelétrica. Com isto, pretende-se baixar a tensão e elevar a corrente. As vantagens de
elevar a tensão reduzindo a corrente na fase de transporte prendem-se igualmente com a
possibilidade de reduzir a secção dos cabos que efetuam o transporte da energia elétrica. Na
figura 3.58 é efetuada uma apresentação dos principais componentes do transformador
principal.
6
1
4
3
5
2
2
2
Fig. 3.58 – Descrição geral do transformador principal.
Legenda: 1 – Chegada da fase W, V, U do alternador;
2 – Permutador de calor fase W, V e U (sistema de refrigeração);
3 – Isolador de proteção contra sobretensões;
4 – Terminal transformador lado MAT 400 kV (fase W);
5 – Quadro de comando dos ventiladores e de serviços auxiliares;
6– Reservatório de óleo de refrigeração.
Os transformadores auxiliares estão equipados com uma resistência de neutro. Esta permite
reduzir as correntes de defeito à terra em situações de curto-circuito fase-terra (figura 3.59).
Deste modo, ela tem como função diminuir a intensidade das correntes de defeito à terra.
Fig. 3.59 – Resistência do neutro.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
47
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Dada a existência de perdas por efeito joule nos enrolamentos do transformador, estes irão
estar sujeitos a aumentos de temperatura significativas. A temperatura resultante das perdas
deve ser dissipada de forma a não deteriorar o isolamento dos enrolamentos. No caso do
transformador de baixa potência, o arrefecimento é efetuado através de dissipação natural. Em
transformadores de média potência, a dissipação é realizada mergulhando os enrolamentos em
óleo mineral o que, para além de melhorar o fator de dissipação, permite aumentar o
isolamento elétrico. Em transformadores de grande potência, o arrefecimento é efetuado com
ventilação forçada. Esta solução contempla a instalação de ventiladores de forma a promover
a passagem do ar nos permutadores onde o óleo de refrigeração é arrefecido (figura 3.60).
Fig. 3.60 – Sistema de arrefecimento do óleo transformador principal.
O óleo de refrigeração é armazenado no interior do transformador. Devido a possíveis
fugas de óleo e à expansão do mesmo com o aumento da temperatura, existe um reservatório
(figura 3.58 (6)) que garante o nível de óleo do transformador e permite a expansão do mesmo
quando necessário. O reservatório do óleo é isolado do ar exterior de modo a não deteriorar a
qualidade do mesmo. Contudo, existem entradas de ar que permitem a ventilação do mesmo
quando ocorre uma situação de enchimento do reservatório ou quando este descarrega óleo
para a cuba do transformador. O ar, antes de entrar para o reservatório, é filtrado através de
uma coluna de sílica (figura 3.61 (A)) que garante a remoção de impurezas e humidades do ar.
A
B
Fig. 3.61 – Filtro de Sílica (A); Instrução para substituir as sílicas (B).
O filtro é constituído por módulos de sílica individuais. Quando estes se encontram
saturados é necessário proceder à substituição do módulo. A cor da sílica permite visualizar
quando é necessário proceder a substituição dos módulos de sílica (figura 3.61 (B)).
48
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.16 – Parque de Linhas
A subestação da Central Termoelétrica de Lares é responsável pela receção da energia
produzida pelos grupos electroprodutores e pelo envio da mesma para a subestação de Lavos.
Na figura 3.62 (A) podem observar-se os principais componentes da subestação. O sistema é
totalmente controlado remotamente a partir da sala de comando.
Os transformadores de corrente são usados como forma de medida, os seccionadores
permitem isolar a Central de Ciclo Combinado de Lares do SEE (não operam em carga). Os
disjuntores são equipamentos de corte que interrompem o circuito na deteção de anomalias
pelos sistemas de proteção (operam em carga).
Seccionador
de linha
Seccionador
de linha
Disjuntor
de linha
A
Transformador
de corrente
B
Fig. 3.62 – Visão geral do parque de linhas (Subestação) (A); Quadro disjuntor (B).
Os disjuntores necessitam de uma força elevada para atuar. Por conseguinte, estes
equipamentos operam a partir de um gás que é comprimido através de um êmbolo acionado
por um motor elétrico. Por baixo de cada disjuntor de linha existe um quadro que indica se o
disjuntor está armado ou não (Figura 3.62 (B)).
A subestação possui aparelhagem de medida e de proteção. Na ocorrência de uma falha de
energia elétrica, a alimentação dos equipamentos é assegurada através de baterias de
emergências (figura 3.63).
Fig. 3.63 – Vista geral dos equipamentos de medida, proteção e das baterias de emergência.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
49
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
3.4.17 – Esquema Elétrico Unifilar da Central
O esquema unifilar da Central Termoelétrica de Lares pode ser visualizado na figura 3.64.
A Central é constituída por dois barramentos de média tensão (6,6 kV), um por cada grupo.
Estes barramentos são alimentados diretamente através do transformador auxiliar do respetivo
grupo.
Subestação de Lavos 410 KV
Subestação de Lavos 410 KV
Linha 1
19 KV/400 KV
528 MVA
Linha 2
19 KV/400 KV
528 MVA
19 KV
19 KV
19 KV/6.6 KV
24 MVA
19 KV/6.6 KV
24 MVA
19 KV
530 MVA
6.6 KV
6.6 KV
6.6 KV/400 V
2.5 MVA
6.6 KV/400 V
2.5 MVA
6.6 KV/400 V
2.5 MVA
400 V
400 V
Diesel
Emergência
6.6 KV/400 V
2.5 MVA
400 V
400 V
MCCs
Grupo I
19 KV
530 MVA
125/250
Vdc
Serviços
Comuns
400 V
MCCs
125/250
Vdc
Diesel
Emergência
Grupo II
Fig. 3.64 - Esquema elétrico simplificado da Central Termoelétrica de Lares [1].
O barramento de média tensão deve alimentar os quadros de baixa tensão (400 / 230 V)
afetos aos serviços auxiliares tais como iluminação, ventiladores e motores de potência
elevada existentes nos respetivos grupos (figura 3.65). Em condições normais, os barramentos
de média tensão são alimentados a partir do transformador auxiliar do respetivo grupo. No
entanto, estes barramentos podem ser alimentados a partir do transformador auxiliar do grupo
similar através de uma interligação de barramentos. O sistema de interlocks permite efetuar a
interligação entre barramentos na ocorrência de uma anomalia no sistema de alimentação de
um determinado barramento. O sistema de interlocks ou de bi-alimentação encontra-se no
sistema de média e baixa tensão e opera segundo determinadas condições que atendem a
segurança do sistema elétrico da Central Termoelétrica.
A
50
B
Fig. 3.65 – Quadros de média tensão (A); Quadros de baixa tensão (B).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 3 – Apresentação da Central Termoelétrica de Lares
Os barramentos de média e de baixa tensão de cada grupo encontram-se na sala elétrica
existente no respetivo grupo (figura 3.65). Esta sala apenas tem os quadros de alimentação de
equipamentos afetos ao grupo.
Os quadros de alimentação dos serviços comuns e auxiliares da Central estão situados no
edifício afeto à alimentação dos serviços comuns (figura 3.66).
Fig. 3.66 – Edifício elétrico de serviços comuns e auxiliares da Central Termoelétrica.
3.4.18 – Sistemas de Emergência de Energia Elétrica
A Central Termoelétrica de Lares está equipada com um sistema de emergência de
fornecimento de energia elétrica. Este deve assegurar a paragem dos grupos em segurança e
garantir a alimentação de cargas essenciais quando, por avaria grave ou por falha no SEE, seja
imperativa a paragem dos grupos. Em caso de apagão, a alimentação das cargas essenciais é
salvaguardada por um banco de baterias e por um gerador Diesel de emergência que arranca
automaticamente fornecendo energia às cargas ligadas aos circuitos de emergência (figura
3.67). O esquema unifilar do gerador de emergência e das baterias pode ser visualizado na
figura 3.64 ou no Anexo H.
A
B
Fig. 3.67 – Sistema de emergência. Banco de baterias 125/250 Vdc (A); Gerador de emergência (B).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
51
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Durante o período de estágio foi possível acompanhar diversas tarefas de manutenção.
Neste capítulo serão descritos alguns desses trabalhos, sendo que os casos de estudo
apresentados no subcapítulo 4.1 e 4.2 foram propostos no decorrer do estágio de forma a
complementar o presente relatório.
4.1 – Programação de um Autómato da Siemens
Foi referido no subcapítulo 3.4.12.3 que o eixo comum ao alternador, à turbina a gás e à
turbina a vapor se encontra apoiado sobre chumaceiras. De forma a minimizar o desgaste
entre o eixo e as chumaceiras existe o sistema de lubrificação e levantamento do eixo. Este
sistema consiste na injeção de um caudal de óleo pressurizado entre o eixo e as chumaceiras
elevando o eixo alguns milímetros em relação as chumaceiras. De modo a manter um caudal
constante de óleo pressurizado, este sistema conta com 4 bombas (2 bombas principais e 2
bombas de emergência). Para o correto funcionamento do grupo electroprodutor, estas devem
estar sempre operacionais. As bombas principais são acionadas através de motores AC, na
ocorrência de uma falha de energia ou numa queda de pressão do óleo no sistema de
lubrificação e levantamento, as bombas de emergência são ativadas através de motores DC. A
alimentação destes motores é efetuada a partir de um banco de baterias de 250 Vdc. O
objetivo deste trabalho consistiu na programação de um autómato que monitorizasse os
tempos de arranques dos motores DC de forma a testar a fiabilidade do sistema de arranque.
O arranque dos motores DC é efetuado através de um sistema eletromecânico autónomo.
Para que os motores arranquem de forma suave minimizando os picos de corrente, existem
duas resistências no circuito de alimentação que devem ser retiradas de forma sequencial e
controlada. No Anexo D é possível visualizar o esquema de alimentação dos motores DC
onde se verifica a existência de dois contatos (1A e 2A). Estes contatos são responsáveis pela
saída das resistências (oferecem um caminho alternativo à corrente) efetuando um bypass às
resistências R1 e R2. Os contatos 1A e 2A são acionados através de contatores que terão
ligado a eles um contacto auxiliar. Os contatos auxiliares permitem indicar ao autómato as
manobras de abertura ou fecho do contator responsável pela atuação dos contatos 1A e 2A.
Deste modo, os contatos auxiliares são ligados às entradas do autómato (I3 e I4) de forma a
monitorizar os tempos de atuação dos contatores e determinar o tempo de saída das
resistências. A resistência R1 (representada no esquema de alimentação do motor, Anexo D)
terá como contacto auxiliar o 1A. Por seu turno, a resistência R2 terá como contacto auxiliar o
1Ax. 1A e 1Ax são as nomenclaturas usadas para referenciar o bypass às resistências R1 e R2.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
53
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Montagem em bancada do LOGO!:
Para efetuar programação do autómato da Siemens (LOGO!) foi necessário efetuar uma
montagem em bancada onde se pretendeu simular os inputs e outputs do autómato como se
este estivesse montado no quadro de controlo dos motores de corrente contínua (figura 4.1).
Fig. 4.1 – Placa de montagem do autómato LOGO! 24RC.
O esquema de ligações está ilustrado na figura 4.2. Neste é possível visualizar os principais
equipamentos necessários para efetuar a monitorização do tempo de saída das resistências.
Lista de componentes:
 Fonte de alimentação AC-DC 230V – 24Vdc (só para efetuar os testes em bancada);
 Contactos auxiliares (designados por Reset, Mx, IA e IAx);
 2 Lâmpadas (Alarmes visuais);
 1 Autómato da Siemens LOGO! 24RC;
 Relé de monitorização de sobrecorrente (Ref: DIB02C724150MV) [27].
Fig. 4.2 – Esquema de montagem das entradas/saídas do autómato e montagem de bancada.
A monitorização dos tempos de arranque dos motores de corrente contínua é efetuada
através de contadores colocados estrategicamente ao longo do programa. O valor obtido pela
contagem dos contadores é posteriormente convertido em tempo através de blocos
matemáticos existentes no software LogoSoft (cada centésimo de segundo corresponde as
duas contagens dos contadores). Com a finalidade de confirmar os tempos apresentados no
ecrã do LOGO!, efetuou-se um teste através de um osciloscópio (figura 4.3, 4.4 e 4.5).
54
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Fig. 4.3 – Verificação dos tempos indicados pelo LOGO! através de um osciloscópio.
Fig. 4.4 – Verificação do tempo de saída da resistência R1 (IA).
Na figura 4.4 pode visualizar-se o teste ao tempo de saída da resistência R1 (IA). As linhas
representadas no osciloscópio representam a mudança de estado dos contactos auxiliares em
função dos contatores a eles associados. A linha azul na figura 4.4 representa o instante em
que é dada ordem de arranque ao motor, por sua vez, a linha vermelha representa o tempo de
atuação do contator referente à resistência R1 (IA). Selecionando a opção “Cursor” no
osciloscópio foi possível visualizar o espaço de tempo entre a curva a azul e a vermelho.
Neste teste, o tempo de saída da resistência R1 (IA) foi efetuando em 0,48 segundos após a
ordem de arranque do motor como indicado na figura 4.4.
Fig. 4.5 – Verificação do tempo de saída da resistência R2 (IAx).
Testou-se, de igual modo, a secção do programa onde é efetuado o controlo do tempo
associado à resistência R2 (IAx) (figura 4.5). Neste teste, o tempo de saída da resistência R2
foi em 0,46 segundos (462,5 ms no osciloscópio). Com este teste, verificou-se que o autómato
estava a apresentar valores fidedigno no ecrã.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
55
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Funcionamento do Programa
Para que o arranque dos motores DC do sistema de lubrificação e levantamento do eixo
ocorra sem anomalias, o bypass das resistências deve ser efetuado nos tempos definidos. No
máximo, a sequência de arranque (correspondente as saída das resistências) pode demorar até
3 segundos. As condições de bypass às resistências estão representadas na figura 4.6.
0.5 seg.
3 Segundos no máximo
1 seg.
0.5 seg.
1 seg.
B
A
C
D
Fig. 4.6 – Sequência e tempo de arranque do motor DC.
A→ Representa o tempo de espera que o contator associado à saída da resistência R1 (IA)
deve aguardar após a ordem de arranque do motor (0,5 segundos no mínimo);
B→ Representa o tempo em que o contator associado à saída da resistência R1 (IA) deve atuar
de forma a retirar a resistência R1 do circuito de alimentação (1 segundo no máximo);
C→ Representa o tempo de espera que o contator associado à saída da resistência R2 (IAx)
deve aguardar após a saída da resistência R1 (0,5 segundos no mínimo);
D→ Representa o tempo em que o contator associado à saída da resistência R2 (IAx) deve atuar
de forma a retirar a resistência R2 do circuito de alimentação (1 segundo no máximo);
A figura 4.7 ilustra como é efetuado o controlo do alarme geral Q1 em função dos tempos
de saída das resistências (função principal do programa). O programa foi concebido de forma
a monitorizar todos os tipos de falhas enviando mensagens para o ecrã a informar o motivo do
alarme. No anexo D são descritos os vários blocos de instruções e as respetivas funções.
Início – Aguarda ordem
de arranque do motor
Sim
Mx é premido
Reset
efetuado
Ordem de arranque. Inicia a
contagem de tempo para R1 (IA)
Tempo
de saída
R1 saiu no R1
tempo definido
R1 não saiu no
tempo definido
Ativa
Alarme Q(1)
Alarme
Q1 ativo
Inicia a contagem de tempo
para R2 (IAX)
Tempo
de saída
R2
R2 não saiu no
tempo definido
Não
Não
Aguarda que o botão
Reset seja premido
Sim
Mx é libertado
Ativa
Alarme Q(1)
Aguarda ordem de
paragem do motor
R2 saiu no
tempo definido
Fig. 4.7 – Diagrama de funcionamento do programa de monitorização (programa principal).
56
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Entradas e saídas do autómato LOGO!:
Entradas/Input: I1
Reset
I2
Mx – Ordem de arranque
I3
1A – Contacto auxiliar da resistência R1
I4
1Ax – Contacto auxiliar da resistência R2
I5
Relé de sobrecorrente
Saídas/Output: Q1 Alarme geral
Q2 Alarme de sobrecorrente
Divisão do programa:
O programa foi repartido em secções de forma a tornar mais percetível a função de cada
bloco de instruções. O programa encontra-se estruturado da seguinte forma:
 Programa principal;
 Amostragem do tempo 1A e Amostragem do tempo 1Ax;
 Mensagem de alarme;
 Alarme de sobrecorrente;
 Alarme de falha nos contatores IA e/ou IAx após arranque;
 Saída Open Connector e Saídas;
 Contactos analógicos Blocos de Matemática IA e IAx;
 Contador de Arranque;
 Reset;
 Ecrã principal;
 Ligar luz;
 Histórico.
Cada bloco de instruções representa uma determinada ação/função do autómato e são
totalmente independentes entre si. Devido às limitações de endereçamento da memória interna
do LOGO!, foi necessário integrar, na programação, três blocos de temporizadores que
contabilizam exatamente os mesmos tempos, mas que são usados para fins distintos.
Deste modo, o primeiro bloco de temporizadores é atribuído à parte de controlo
(monitoriza os tempos de saída das resistências e envia alarme caso os tempos não sejam
cumpridos), o segundo bloco de temporizadores serve para indicar no ecrã do LOGO! os
tempos de saída das resistência R1 e R2. O terceiro bloco de temporizadores é usado para
manter em memória os tempos referentes ao último arranque (histórico). O programa foi
totalmente elaborado recorrendo a linguagem de programação Ladder.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
57
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Os tempos apresentados no ecrã são incrementados de dois em dois centésimos de segundo
(figura 4.8). Este incremento pode, por vezes, causar alarmes quando o tempo de atuação dos
contatores ocorre no limite do tempo definido para cada resistência (0,5 segundo no mínimo
ou 1,5 segundo no máximo). Isto ocorre porque foi usado um gerador de pulsos síncrono que
transita de estado a cada centésimo de segundo (0,01s). O contador apenas conta quando
existe uma transição de “0” lógico para “1” lógico. Deste modo, cada contagem ocorre a cada
2 centésimos de segundo (0,01 segundo a “0” + 0,01 segundo a “1”). O alarme será ativado,
ou não, conforme a transição ascendente ou descendente do pulso.
Fig. 4.8 – Diagrama temporal de transição de pulso.
As mensagens enviadas para o ecrã do LOGO! podem ser visualizadas pela sua ordem de
prioridade. Para tal, basta carregar nas setas para cima e para baixo existentes no módulo do
LOGO! (figura 4.9) para transitar entre as diversas mensagens ativas. No Anexo D do
presente documento é possivel consultar as mensagens visuais que o LOGO! emite, assim
como as parameterizaçoes iniciais dos temporizadores e contadores. A figura 4.9 indica
igulamente os botões (switch) usados de forma a simular os tempo de atuação dos contatores
associados aos contatos 1A (IA) e 2A (IAx).
A B C D
Fig. 4.9 – Teclas de transição entre mensagens.
Legendas da figura 4.9:
A → Efetua o Reset aos contadores e temporizadores existentes no programa;
B → Simula a ordem de arranque do motor (Mx);
C → Simula a saída da resistência R1 do circuito de alimentação (IA);
D → Simula a saída da resistência R2 do circuito de alimentação (IAx).
58
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
4.2 – Estudo das Proteções dos Transformadores
Os transformadores da Central Termoelétrica de Lares encontram-se protegidos com
aparelhagem que garante a sua retirada de operação em condições anómalas de exploração. O
rápido isolamento dos transformadores quando detetadas situações irregulares é importante
para não danificar os próprios transformadores e para não colocar em risco a vida de pessoas.
O sistema de proteção dos transformadores é essencialmente efetuado através de relés digitais.
Estes equipamentos são concebidos de forma a promover a retirada rápida de operação de
uma parte de um sistema elétrico a fim de isolar a parte do circuito que apresente condições
irregulares de operação. Estes relés são auxiliados por disjuntores que permitem a interrupção
de correntes elevadas. O sistema de proteção deve ter como função principal o diagnóstico
correto do problema, atuando de forma rápida e causando o menor distúrbio possível nos
transformadores. O sistema de proteção dos transformadores inclui as seguintes proteções:
 Proteção contra bloqueios;
 Proteção dos transformadores principais e auxiliares;
 Proteção interna dos transformadores principais e auxiliares;
Nos transformadores de potência podem surgir dois tipos de avarias, respetivamente,
internas ou externas. As avarias internas estão relacionadas exclusivamente com as avarias
afetas ao transformador, por exemplo, contacto entre dois enrolamentos, contacto entre um
enrolamento e a massa, curto-circuito entre enrolamentos ou entre terminais. Por seu turno, as
avarias externas são devidas a falhas exterior ao transformador tal como uma anomalia nas
linhas de transmissão (lado fora da central termoelétrica) ou no gerador (lado dentro da
central termoelétrica). As avarias externas são devidas por exemplo a sobrecargas ou a curto
circuitos externos aos transformadores.
Modo de proteções:
A proteção dos transformadores é assegurada por um relé digital multifunções baseado
num microprocessador do tipo T60 da série UR desenvolvido pela GE. Este relé apresenta-se
como sendo o elemento principal de proteção, tendo sido concebido especificamente para
proteger transformadores trifásicos. O esquema de proteção pode ser consultado no Anexo E
do presente documento. Estes distinguem-se pelo tipo de proteção oferecida, deste modo:
 A proteção contra bloqueios é efetuada através do relé digital T60U;
 A proteção do transformador principal é efetuada através do um relé digital T60B;
 A proteção do transformador auxiliar é efetuada através do relé digital T60C.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
59
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Tipo de proteção do relé digital T60:
As funções principais de proteção disponíveis neste relé digital da serie UR são as seguintes:

Diferencial percentual (função principal);

Diferencial instantâneo;

Diferencial de terra restrita;

Sobretensão retardada de fase;

Sobretensão instantânea de fase;

Sobretensão direcional de fase/neutro;

Subtensão de fase;

Sobretensão de fase/neutro/auxiliar;

Sobretensão de excitação;

Frequência alta/baixa.
Definição das principais proteções:

Diferencial percentual (função principal)
A metodologia de proteção diferencial em transformadores baseia-se na comparação das
correntes que fluem no primário e no secundário. Quando não existem defeitos internos no
transformador, o valor das correntes medidas pelos transformadores de correntes localizados
nos enrolamentos do primário e do secundário deveriam ser iguais tanto em amplitude como
em fase, contudo, devido às características construtivas dos transformadores e à presença de
correntes diferenciais em algumas condições de operações torna-se difícil verificar esta
condição na prática. De modo a contornar esta situação, utiliza-se a proteção diferencial
percentual, que se difere a proteção diferencial comum por possuir bobines de restrição.
Os relés diferenciais comuns, ao serem sensíveis às correntes transitórias de magnetização,
tornam-se desvantajosos na proteção diferencial em transformadores, pois estes poderiam
atuar indevidamente devido a defeitos externos ao transformador (este tipo de proteção é
ativada quando a corrente de operação ultrapassa um valor predefinido). Deste modo, o relé
utilizado na proteção diferencial percentual apenas deve atuar na ocorrência de um defeito
interno no transformador permanecendo bloqueado em condições especiais de operação. As
bobines de restrição usadas na proteção diferencial percentual são o fator de sensibilidade do
relé. A corrente que flui nessas bobines é designada por corrente de restrição. As proteções
são ativadas somente quando o relé diferencial percentual verificar que o valor resultante do
quociente entre a corrente de operação e a corrente de restrição for superior a um valor
predefinido em percentagem.
60
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas

Diferencial instantâneo
O relé de proteção diferencial instantâneo atua de forma instantânea na ocorrência de um
defeito que provoque uma diferença no valor das correntes que fluem entre o primário e o
secundário do transformador excedendo o valor predefinido.

Diferencial de terra restrita
A proteção diferencial de terra restrita é usada para detetar defeitos à terra através de um
curto-circuito fase-terra perto do neutro do transformador e averiguar se o defeito foi interno
ou externo ao transformador. A corrente de terra no neutro do transformador é usada como
referência e é comparada com a corrente de sequência-zero (componente homopolar). Só é
possível usar este tipo de proteção em transformadores com as ligações dos enrolamentos em
estrela e com o neutro ligado a terra.

Sobretensão retardada de fase
O relé de proteção temporizado contra sobretensões de fase efetua uma análise à tensão eficaz
do sistema e compara-a com a tensão previamente ajustada para a sua atuação (tensão de
referência). Se o valor medido for superior ao valor ajustado durante um determinado período
de tempo definido, o relé envia ordem de atuação às respetivas proteções do transformador.

Sobretensão instantânea de fase
O relé de proteção instantâneo contra sobretensões de fase efetua uma análise à tensão
eficaz do sistema e compara-a com a tensão previamente ajustada para a sua atuação (tensão
de referência). Se o valor medido for superior ao valor ajustado, este envia instantaneamente
ordem de atuação às respetivas proteções do transformador.

Sobretensão direcional
Os relés direcionais têm como função determinar o sentido do fluxo de energia. Esta
função é imprescindível em SEE onde exista grande número de consumidores e produtores.
Este relé é polarizado num determinado sentido de operação através dos ângulos da corrente e
da tensão. Quando é detetada a inversão do sentido do fluxo de energia e se o valor da tensão
do respetivo fluxo for superior ao predefinido, este envia ordem de atuação às respetivas
proteções do transformador.

Subtensão de fase
O relé de proteção contra subtensão de fase efetua a monitorização de forma permanente
das tensões nas três fases do transformador. Na ocorrência de uma diminuição de tensão em
qualquer uma das três fases, este envia ordem de atuação às respetivas proteções do
transformador.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
61
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas

Sobretensão de fase/neutro
A proteção de sobretensão de fase efetua a monitorização de forma permanente das
tensões nas três fases do transformador. Se qualquer uma das três fases superar um valor
predefinido de tensão, o relé que monitoriza as sobretensões de fase envia ordem de atuação
às respetivas proteções do transformador.
A proteção de sobretensão de neutro efetua uma monitorização à tensão residual no
secundário do transformador. Caso esta supere o valor predefinido, o relé que monitoriza as
sobretensões no neutro envia ordem de atuação às respetivas proteções do transformador.

Sobretensão de excitação
Este tipo de proteção é usado para proteger o transformador contra possíveis danos
provocados pela sobrexcitação do transformador. A sobrexcitação ocorre quando o núcleo
magnético do transformador fica saturado devido à diminuição da frequência ou à existência
de sobretensões. Tendencialmente, o efeito de sobrexcitação provoca um aquecimento que
pode ser prejudicial aos transformadores. Quando o valor de excitação do transformador
ultrapassar um valor predefinido, o sistema de proteção envia uma ordem que visa reduzir o
valor da tensão.

Frequência alta/baixa
Este tipo de proteção atua quando o valor predefinido da frequência é ultrapassado numa
determinada gama acima ou abaixo da frequência nominal. Este tipo de proteção é útil em
sistemas de produção de energia elétrica onde pode ocorrer uma perda parcial de produção
elétrica num SEE que pode originar uma subfrequência no SEE. Nesta situação, o SEE pode
exigir aos alternadores em serviço uma sobrecarga excessiva na geração que os pode
danificar. A operação com sobrefrequências pode indicar uma sobrevelocidade por parte do
alternador devido, por exemplo, a perda parcial de carga no SEE (consumidores).
As proteções dos transformadores da Central de Termoelétrica de Lares permitem que a
frequência oscile entre 95% e 108% em relação a frequência nominal. Deste modo, na
situação de subfrequência as proteções permitem que a frequência se mantenha no máximo
20 segundos com um valor mínimo de 47,5 Hz antes das proteções atuarem. Numa situação
de sobrefrequência, o valor máximo permissível é de 54 Hz, caso a frequência atinja tal valor,
as proteções atuam passado 1 segundo.
62
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Áreas de proteção:
 Proteção do transformador principal (T60B)
Este relé diferencial efetua leituras analógicas de correntes através de transformadores de
correntes localizados:

No parque de linhas de alta tensão;

No neutro do enrolamento de alta tensão do transformador principal;

Entre o disjuntor de grupo e o primário do transformador principal;

Entre o disjuntor de grupo e o primário do transformador auxiliar.
Este relé efetua, igualmente, medições da tensão do lado MAT (400 kV). Caso este relé
detete correntes diferenciais entre os vários pontos de medida, ele envia ordem de atuação às
respetivas proteções de forma a isolar o grupo.
 Proteção contra bloqueios (T60U)
Este relé diferencial efetua leituras analógicas das medições de correntes através de
transformadores de correntes colocados:

No parque de linhas;

No neutro do alternador e no neutro do transformador principal.
Caso este relé detete correntes de defeito entre estes três pontos de medida envia ordem de
atuação às respetivas proteções de forma a isolar o grupo. Este relé recebe igualmente sinais
de corte (proteção) de outros relés e atua sobre as respetivas proteções de forma a prevenir o
rearme automático das mesmas. Deste modo, os disjuntores ativados devido a ordem de corte
só serão rearmados após ser efetuados manualmente o reset ao relé de bloqueio.
 Proteção do transformador auxiliar (T60C)
Este relé diferencial efetua leituras analógicas das medições de correntes através de
transformadores de correntes colocados:

À chegada do barramento de média tensão (6,6 kV);

No primário do transformador auxiliar, lado da alta tensão (19 kV);

No neutro do secundário do transformador auxiliar, lado da média tensão (6,6 kV).
Caso este relé detete correntes de defeito entre estes três pontos de medida envia ordem de
atuação às respetivas proteções de forma a isolar o grupo.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
63
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Proteções internas dos transformadores:
Os transformadores possuem, de igual forma, proteções locais. Estas proteções não
dependem diretamente dos relés digitais T60 da GE, embora este último, efetue uma
monitorização contínua de algumas proteções através de sinais analógicos (4 a 20 mA). Deste
modo, as proteções locais/internas são as seguintes:

Relé Buchholz;

Indicador magnético de nível de óleo do transformador (baixo e alto);

Válvulas de redução automática da pressão do transformador;

Termómetro indicativo da temperatura do óleo do transformador que se encontra na
parte de cima da cuba, com sinal de alarme e de comando de disparo, comandos de
controlo para o arranque dos ventiladores, sinalização de disparos e saída analógica de
4-20 mA para monitorizar a temperatura do óleo a partir da sala de comando (DCS);

Termóstato de temperatura do óleo com alarme e comando de disparo;

Termómetro para indicar a temperatura dos enrolamentos do lado da alta tensão com
sinal de alarme, comando de disparo e comando de arranque para as duas unidades de
ventilação.
O relé T60 é um relé digital programável. Deste modo, é possível configurar as proteções
de forma mais adequada ao sistema que se pretende proteger. Neste capítulo pretende-se
apenas indicar as proteções que cada relé atende. Este, para além das entradas digitais, possui
entradas analógicas de modo a efetuar leituras de corrente e/ou tensões do transformador. No
Anexo F é descrito de forma pormenorizada a função de cada proteção segundo a tabela
ANSI.
Entradas digitais do relé T60B:
Tipo
50
50 Fase 1
51 Fase 1
50 Fase 3
51 Fase 3
51N
24
87
87 l
87 TN
64
Discrição
Relé de sobrecorrente instantâneo
Relé de sobrecorrente instantâneo
Relé de sobrecorrente temporizado
Relé de sobrecorrente instantâneo
Relé de sobrecorrente temporizado
Sobrecorrente temporizado de neutro
Relé de sobrexcitação
Relé de proteção diferencial
Relé de proteção diferencial de linha
Relé de proteção diferencial de neutro
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Entradas analógicas do T60B:
Entrada
M5-7
F8
M8
F1-4
M1-3
Descrição/Função
Leitura de um TI c/ uma relação de 2000 / 1 A localizado entre o
transformador principal e a subestação de 400 kV.
Leitura de um TT c/ uma relação
√
kV localizado entre o relé de
sincronismo (MKV) e a subestação de 400 kV.
Leitura de um TI c/ relação 1000 / 1 A localizado no neutro do enrolamento
de muita alta tensão de 400 kV no transformador principal. Este TI tem
como função detetar possíveis correntes que circulem pela malha de terra.
Leitura de um TI trifásico c/ relação 20000 / 1 A localizado entre o
disjuntor de grupo e transformador principal de cada grupo.
Leitura de um TI trifásico c/relação 20000 / 1 A localizado entre o disjuntor
de grupo e o transformador auxiliar de cada grupo.
Entradas digitais do relé T60U:
Tipo de proteção
Função
51N
Sobrecorrente temporizado de neutro.
87
Relé de proteção diferencial.
87l
Relé de proteção diferencial de linha.
Entradas analógicas do relé T60U:
Entrada
M5-7
MI-4
P7a
F1-4
F5-8
M8
Descrição/Função
Leitura de um TI trifásico c/ relação 2000 / 1 A localizado entre o
transformado principal de cada grupo e a subestação de 400 kV.
Entrada de reserva.
Leitura de oscilografia.
Leitura de um TI trifásico c/ relação 20000 / 1 A localizado no neutro do
transformador.
Leitura da aparelhagem de média tensão 6,6 kV. A aparelhagem de
medida está localizada entre o transformador auxiliar e o barramento de
média tensão de cada grupo (BBA11).
Leitura de um TI c/ relação 1000/1 A localizado no neutro do enrolamento
de alta tensão de 400 kV no transformador principal. O TI tem como
função detetar possíveis correntes que circulem pela malha de terra.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
65
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Entradas digitais do relé T60C:
Tipo
50 Fase 1
51 Fase 1
51N Fase 2
24
24 A
87
87l
87 TN
Descrição
Relé de sobrecorrente instantâneo.
Relé de sobrecorrente instantâneo.
Relé de sobrecorrente instantâneo de neutro.
Relé de sobrexcitação – Disparo.
Relé de sobrexcitação – Alarme.
Relé de proteção diferencial.
Relé de proteção diferencial de linha.
Relé de proteção diferencial de neutro.
Entradas analógicas do relé T60C:
Entrada
M5-7 Entrada de reserva.
F1-3
F5-7
Descrição/Função
Leitura de um TI trifásico localizado entre o disjuntor de
grupo e o transformador auxiliar com oscilografia.
Leitura de TT com relação
√
localizados entre o disjuntor
de grupo e o transformador principal.
Leitura de um TI trifásico c/ relação de 500 / 1 A do neutro
M4
do transformador auxiliar na parte de média tensão de 6,6 kV.
M1-3 Leitura de um TI localizado entre o transformador auxiliar
e o barramento de média tensão de 6,6 kV.
66
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
4.3 – Reparação de uma Gaveta de Comando
O presente subcapítulo descreve a reparação de uma gaveta de comando de um motor
elétrico (figura 4.10). Esta gaveta apresentou uma anomalia derivada do contator de potência
usado para efetuar o controlo da alimentação ao motor, figura 4.10 (B).
Descrição:
A gaveta de comando é constituída por equipamento de proteção, de comando e de
alimentação. A aparelhagem de proteção é constituída por fusíveis, disjuntores e um relé
térmico. No sistema de alimentação encontra-se um transformador monofásico que converte
uma tensão composta trifásica de 400 V para monofásica de 110 V de modo a efetuar a
alimentação da aparelhagem de comando. Na aparelhagem de comando encontramos o
referido contator trifásico que sofreu a avaria. Este contator tem como função a abertura e o
fecho do circuito de alimentação do motor.
Botões de
Comando Manual
Interruptor
trifásico
Transformador
380/110 Vac
Relé Térmico
Contator
Proteções do circuito
de comando
A
B
Encaixes da gaveta
no quadro de
controlo do motor.
Fig. 4.10 – Parte frontal da gaveta (A); Retaguarda da gaveta (B).
Descrição do contator:
O contator (elemento de potência) funciona como um interruptor de corte no circuito de
alimentação do motor. Este atua com recurso a um eletroíman que quando magnetizado força
o fecho do circuito elétrico. O desarme do circuito é efetuado através da força mecânica
proveniente de molas colocadas no interior do contator forçando a abertura do circuito. A
velocidade de abertura do circuito está diretamente relacionada com a potência mecânica das
molas (descompressão da mola).
A bobina eletromagnética (constituída por um fio condutor em torno de um núcleo um
núcleo ferromagnético), quando percorrida por uma corrente elétrica, age como sendo um
íman criando, deste modo, um campo magnético. Este campo magnético, juntamente com a
parte fixa do contator, atrai a parte móvel do mesmo. Este efeito força a parte móvel do
contator a fechar-se mecanicamente permitindo, deste modo, a passagem de corrente elétrica.
Na figura 4.11 estão ilustrados os principais componentes de um contator.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
67
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Fig. 4.11 – Esquema simplificado de um contator electromagnético [28].
Cada espira da bobina cria um pequeno campo magnético individual, sendo que a soma
desses campos formam o campo magnético principal. A força do campo magnético principal
pode ser alterada de modo a aumentar ou diminuir a força magnética da bobine. Este efeito é
possível através da adição ou remoção de espiras na bobine (figura 4.12). Outro modo de
variar a força do campo magnético sem alterar o número de espiras é variar o valor da
corrente elétrica que flui pela bobine. Quanto maior for a corrente, maior será a força do
campo magnético representado pela letra H na figura 4.12.
H
i
i
Fig. 4.12 – Campo magnético (H) gerado por uma bobine [29].
Os contatores podem ser classificados por classe consoante o tipo de corrente que os
alimentam. Deste modo, existem os contatores de corrente contínua (DC) e alternada (AC).
Contator DC:
Nos contatores DC, a alimentação da bobine é efetuada através de uma corrente contínua.
Este tipo de contator apresenta uma construção menos complexa se comparado a um contator
AC uma vez que a corrente não se anula em nenhum instante (corrente contínua).
Fig. 4.13 – Diagrama esquemático do contator [30].
68
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Na figura 4.13, quando a corrente alimenta a bobina (B), a parte móvel (P) é puxada para
cima, fazendo com que os contactos elétricos (C) sejam fechados. Quando a corrente é nula, a
mola (M) faz com que a parte móvel (P) volte ao seu local de repouso e os contactos abrem.
Contator AC:
Neste tipo de contator, a bobine é alimentada por uma corrente alternada. Quando a onda
sinusoidal da corrente que alimenta a bobina passa por zero a cada semi-ciclo, o campo
magnético (H) do entre ferro é nulo, como consequência, a força que atrai a parte móvel (P)
também se anula. Devido à existência da mola, os contactos (C) iriam sofrer um movimento
oscilatório fazendo com que os contactos estariam sistematicamente a abrir e a fechar a cada
semi-ciclo da onda de corrente. É possível observar que a força das faces polarizadas de cada
entreferro com secção transversal (A) é sempre de atracão e é expressa pela
equação (4.1) [30].
(4.1)
Onde:
– Força de atração;
µ0 – Permeabilidade magnética do vazio;
H – campo magnético (depende do valor da corrente);
A – Secção transversal entreferro.
Dessa forma, para uma corrente alternada, a força de atracão ”
“seria nula a cada semi-
ciclo da corrente que alimenta bobina conforme mostrado na figura 4.14.
0
Fig. 4.14 – Força de atração em função da corrente que percorre a espira.
A construção de um contator de corrente alternada pouco difere de um contator de corrente
contínua. A principal diferença reside na parte móvel (P) do contator de corrente alternada
que é equipada com anéis ou espiras em cobre curto-circuitadas (figura 4.15).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
69
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Fig. 4.15 – Diagrama esquemático do contator AC com detalhe do anel de cobre [30].
Tendo em conta que a bobine é alimentada com uma corrente sinusoidal, o fluxo que
circula no circuito magnético também o é. O anel em cobre é, deste modo, atravessado por
esse fluxo e, consequentemente, é induzida uma corrente no anel. Esta corrente é desfasada,
aproximadamente 90º (lei de Lenz8), em relação ao fluxo que a originou. Deste modo, quando
a corrente na bobine é nula a corrente no anel é máxima. O resultado deste efeito reside no
facto de existir sempre uma quantidade de fluxo magnético que, consequentemente, origina
uma força eletromagnética permanente na bobine. O fluxo e a força de atracão residentes na
bobine levam a que a peça móvel (P) se mantenha atraída sempre que a corrente na bobine é
nula evitando, deste modo, a abertura e o fecho da parte móvel (P) a cada semi-ciclo.
Causas da avaria:
A avaria foi causada pelo desgaste e possível deslocação do anel de cobre instalado no
interior do contator. O estado do contator pode ser visualizado na figura 4.16, na qual se
constata a existência de uma das três fases queimada. A solução adotada de modo a reparar a
gaveta de comando consistiu na substituição do contator danificado por um idêntico. No
Anexo G é possível verificar o tempo de vida deste tipo de equipamento em função do
número de manobras e correntes suportadas.
Fig. 4.16 – Estado do contator avariado.
8
Segundo a lei de Lenz o sentido da corrente induzida é o oposto à variação do campo magnético que lhe deu
origem. Na situação de diminuição do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético
mantendo o sentido do fluxo que lhe deu origem. Na situação de ocorrer um aumento de fluxo magnético, a
corrente induzida irá gerar um campo magnético oposto ao sentido do fluxo magnético que lhe deu origem.
70
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
4.4 – Teste a um Transformador de Corrente
Quando se efetuava a limpeza da cela 9 dos quadros elétricos de média tensão BBA11, foi
detetado que um transformador de corrente (TI) se encontrava desligado. Tendo em atenção
que se desconhecia a razão de tal situação, foi solicitado um teste para averiguar se este teria
sido desligado por não estar a operar da forma correta. Para tal, foi necessário descobrir qual a
razão de transformação9 do TI. Após efetuar uma pesquisa tendo como base o modelo do TI
(Merlin Gerin CSH200) descobriu-se que a razão de transformação entre o primário e o
secundário era de 470 / 1 A.
Princípios de funcionamento de um transformador de corrente:
Os transformadores de correntes são equipamentos que permitem aos instrumentos de
proteção e medida funcionarem de forma adequada, sem que para isso seja necessário
funcionarem com as correntes nominais das cargas dos circuitos onde estes se encontram
ligados. Este tipo de transformador é usado para complementar aparelhos de medição que
apresentem uma resistência elétrica baixa tais como os amperímetros convencionais.
Os transformadores de corrente transformam, através de um fenómeno de conversão
eletromagnética, correntes elevadas que circulam no primário, em pequenas correntes no
secundário segundo uma relação de transformação.
Sabe-se, através da lei de Ampere, que uma corrente que flui por um fio condutor cria um
campo magnético em seu redor. Através da lei da mão direita pode determinar-se o sentido do
campo magnético. Com a mão fechada envolvendo o condutor elétrico, orientamos o polegar
no sentido da corrente. Os restantes dedos irão indicar o sentido das linhas do campo
magnético como ilustrado na figura 4.17.
Fig. 4.17 – Lei de Ampere – Aplicação da regra da mão direita [31].
O campo magnético gerado devido à passagem da corrente elétrica vai, por sua vez, induzir
uma corrente elétrica no secundário do TI. O valor da corrente induzida poderá ser maior ou
menor consoante o número de espiras (N) envolvidas no transformador de corrente.
9
Razão de transformação (rt) é a relação entre o primário e o secundário do transformador. Geralmente esta
definição é associada à razão de espiras entre o primário e o secundário de um transformador,
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
á
á
.
71
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Descrição do ensaio:
Para efetuar este ensaio foi necessário recorrer a um autotransformador, dois amperímetros
e fio de cobre (figura 4.18). Com este ensaio pretendeu-se verificar se o valor da corrente que
o TI media estava na gama correta segundo a sua relação de transformação. Deste modo, foi
enrolado um fio de cobre no primário do TI de forma a criar um circuito por onde uma
corrente pré-estabelecida iria atravessar o primário do TI. O fio de cobre foi ligado aos bornes
do autotransformador de forma a controlar a corrente que era disponibilizada ao primário do
TI. Para este ensaio ter sucesso foi necessário saber qual o valor da corrente que o
autotransformador estava a debitar para o fio de cobre. Deste modo foi colocado um
amperímetro em série entre o fio de cobre enrolado ao TI e o autotransformador.
Fig. 4.18 – Esquema de montagem do amperímetro.
Legenda:
1 – TI em teste com o fio de cobre enrolado (fio azul);
2 – Amperímetro em série com o autotransformador e o TI;
3 – Autotransformador.
Atendendo à razão de transformação entre o primário e o secundário do TI (470 A
para 1 A), foi necessário garantir que a corrente induzida no primário seria suficientemente
elevada de forma a ter valores mensuráveis no secundário. Deste modo, o fio de cobre foi
enrolado à volta do TI completando vinte voltas (correspondente a vinte espiras). A colocação
das vinte espiras em torno do primário do TI, permitiu criar um campo magnético vinte vezes
superior se comparado a um campo magnético gerado pela passagem de uma corrente idêntica
num único fio condutor inserido no TI (correspondendo apenas a uma espira).
Cada espira cria um pequeno campo magnético individual, pelo que a junção de várias
espiras resulta na soma de vários campos magnéticos individuais. A soma de vários campos
individuais cria um campo magnético principal10. O aumento do campo magnético gera
diretamente uma corrente induzida superior no secundário do TI. O esquema pode ser
visualizado na figura 4.19.
10
Esta condição é verdadeira se a corrente fluir no mesmo sentido. Correntes em sentidos opostos e de
intensidade idênticas levam à anulação dos campos magnéticos por elas criadas.
72
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Fig. 4.19 – Disposição do TI para efetuar o ensaio.
Legenda:
1 – Transformador de corrente;
2– Fio condutor enrolado em torno do TI completando vinte voltas;
3– Secundário do transformador de corrente;
4– Pinça do amperímetro para medição da corrente que flui no primário;
5 – Fios de alimentação da carga da cela 9 (circuito principal).
De seguida, foram ligados 2 fios de cobre no secundário do TI com a finalidade de saber
qual o valor que o TI estava a medir. Na figura 4.19, o fio castanho e o fio azul (3) colocados
lado a lado correspondem aos terminais do secundário do TI e permitem medir a corrente
induzida no secundário.
Ensaio:
Antes de iniciar o ensaio no terreno, efetuou-se um estudo teórico de forma a saber quais
seriam os valores expectáveis resultantes deste ensaio. Deste modo, o estudo teórico foi
realizado com os seguintes dados:
 Número de espiras: 20;
 Corrente fornecida pelo autotransformador: 4,8 A;
 Razão de transformação do Transformador: 470 A → 1 A;
Fig. 4.20 – Esquema geral do ensaio.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
73
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Através do número de espiras e do valor da corrente fornecida pelo autotransformador,
procedeu-se ao cálculo teórico da corrente no primário do TI. Esta resulta da multiplicação do
número de espiras pelo valor da corrente fornecida pelo autotransformador (equação (4.2)).
(4.2)
Iprimário
Após determinar a corrente do primário foi necessário determinar o valor expectável da
corrente no secundário (equação (4.3)). Para tal, recorreu-se à razão de transformação
do TI (470 A →1 A).
Isecundário
0,20 A
(4.3)
O valor teórico foi determinado segundo a equação (4.3) e retornou como valor expectável
de corrente no secundário de 0,20 A.
Após serem verificadas todas as ligações procedeu-se à energização do fio de cobre
enrolado ao primário do TI. Para tal, o autotransformador foi colocado na posição inicial de
0 V e, de forma progressiva, foi-se aumentado a tensão até atingir uma corrente de 4,8 A no
primário do TI. Quando se obteve o valor de corrente pretendido no primário procedeu-se à
medição do valor da corrente no secundário do TI. O amperímetro que monitorizava a
corrente no secundário do TI indicou uma corrente de 0,22 A.
Conclusão:
O valor medido pelo amperímetro colocado no secundário do transformador de corrente foi
de 0,22 A, contudo, os cálculos teóricos apontavam para uma corrente de 0,20 A. A diferença
entre o valor teórico e o valor medido da corrente no secundário do TI pode ser justificada
pelo erro de medição dos equipamentos usados para efetuar a monitorização das correntes e
pelo erro de medição do próprio TI que apresenta uma precisão de ±6%.
Após a conclusão do ensaio, verificou-se que o transformador de corrente estava a operar
de forma correta e procedeu-se à respetiva ligação em falta (figura 4.21).
Fig. 4.21 – Ligações do TI após efetuar a intervenção.
74
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
4.5 – Barramento de Média Tensão
Na sequência da limpeza do barramento de média tensão de 6,6 kV (11BBA11) detetou-se
que barramento permanecia energizado após se ter efetuado o corte da respetiva alimentação.
O presente subcapítulo pretende descrever os passos executados para determinar as causas
desta situação verificada no barramento de média tensão do grupo I.
Descrição do Barramento de média tensão:
O barramento de média tensão encontra-se localizado na sala elétrica do respetivo grupo
(figura 4.22). A função deste barramento é alimentar os seguintes barramentos: 11BFA11,
11BMA10, 11BFA12, 11BFA21 e 11BFA22. Nestes estão instalados transformadores
redutores que reduzem a tensão proveniente do barramento de média tensão 11BBA11
(6,6 kV) para 400 V. Estes alimentam cargas específicas em baixa tensão. Cada quadro ou
cela representa uma carga ou um consumidor. No Anexo H é possível visualizar os
barramentos e as cargas associadas ao barramento de média tensão.
A
B
Fig. 4.22 – Quadros alimentados pelo barramento 11BBA11 de 6,6 kV (Vista frontal (A) e Traseira (B)).
O barramento de média tensão é alimentado diretamente a partir do transformador auxiliar
do grupo correspondente podendo, todavia, ser alimentado pelo transformador auxiliar do
grupo similar através de uma interligação entre barramentos.
Descrição da anomalia:
Após ter-se desligado a alimentação do 11BBA11 proveniente do transformador auxiliar,
verificou-se a existência de tensões elevadas no barramento de 6,6 kV. Neste barramento,
existe uma cela de medida que está preparada para efetuar análise às correntes e tensões
existentes no barramento. Um dos equipamentos de medida instalado é um analisador de rede
que permite visualizar qual o valor de tensão existente em cada fase do barramento. Foi
através deste analisador que foi possível verificar a existência desta situação (figura 4.23 (A)).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
75
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Analisador
de rede.
A
B
Fig. 4.23 – Cela de medida do 11BBA11 (A); Interior da cela de medida (B).
Em operação normal, a tensão composta das 3 fases do 11BBA11 é de 6,6 kV, contudo,
por motivos operacionais, é possível alterar o valor da tensão alterando a regulação das
tomadas do transformador auxiliar de forma a elevar ou reduzir o valor da tensão. Quando se
desligou a alimentação do 11BBA11 verificou-se que o analisador de rede apresentava
valores na ordem de 8500 V a 10000 V em duas fases do barramento.
Na fase inicial, foi imprescindível avaliar qual a possível causa para o surgimento dessas
tensões. Tendo em atenção que a alimentação principal do barramento de média tensão estava
desligada e não se verificava nenhuma interligação com o transformador auxiliar do grupo
similar, procedeu-se à análise do diagrama unifilar da cela onde está situado o analisador de
rede. O diagrama unifilar ilustrado na figura 4.24 foi analisado de forma a detetar as possíveis
causas para este acontecimento.
A
B
D
C
Fig. 4.24 – Esquema unifilar da cela de medida do 11BBA11 [32].
76
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Legenda da figura 4.24:
A - Alimentação da cela de medida através do barramento de média tensão;
B - Barramento de medida ou de referência;
C – Transformador de tensão (TT);
D - Analisador de rede.
Após analisar o interior da cela de medida, verificou-se a existência de barramentos de
comando (125 Vdc), de serviços auxiliares (230 V ou 400 V) e o barramento de referência
para efetuar medidas de tensões, correntes e/ou potências. Segundo o esquema unifilar da
figura 4.24, o barramento de medida está diretamente ligado ao analisador de rede em
conjunto com os transformadores de tensão.
O barramento de medida (B) é comum a todas as celas ou quadros do barramento de média
tensão. A função deste barramento é disponibilizar uma tensão de referência a todas as celas
associadas ao barramento de média tensão de forma a efetuar a medição da potência
consumida pelas cargas de cada cela. Cada cela alimenta um equipamento específico, deste
modo, é possível determinar a potência consumida em cada instante por cada equipamento. A
potência é determinada através de equipamentos de medição (Power Meter).
Uma causa possível para o aparecimento de tensão no barramento de 6,6 kV poderia passar
por um defeito de isolamento nos barramentos de comando e de serviços auxiliares. Nesse
sentido, decidiu-se desligar a alimentação do barramento auxiliar (230 V ou 400 V). Este
barramento tem como função alimentar resistências de aquecimento existentes nas várias
celas ligadas ao 11BBA11 e alimentar os serviços auxiliares tal como o circuito de iluminação
e tomadas monofásicas contidas no interior de cada cela. A função das resistências de
aquecimento é prevenir qualquer acumulação de humidade no interior das celas.
Ao desligar a alimentação do barramento 230 V, verificou-se que o analisador de rede
deixava de detetar tensão no barramento de média tensão. O passo seguinte foi descobrir qual
a cela que estava a originar a energização do barramento de média tensão. Deste modo, foram
desligadas em todas as celas as cargas afetas ao barramento de 230 V. Foram desligados de
modo consecutivo os disjuntores 8RM, 8TC, 8R e 8L de cada cela (figura 4.25). Ao desligar
os disjuntores do barramento de 230 V da cela de alimentação da bomba LAC 10, descobriuse a cela que originava o defeito.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
77
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
A
B
C
D
E
Fig. 4.25 – Esquema unifilar do barramento 230 V da cela da bomba LAC 10 [32].
Legenda da figura 4.25:
A - Barramento de serviços auxiliares de 230 V;
B - Disjuntor – 8RM de 16A;
C - Disjuntor – 8TC de 10A;
D - Disjuntor – 8R de 6A;
E - Disjuntor – 8L de 6A.
Descrição dos circuitos:
8RM – Este circuito é usado para alimentar resistências de aquecimento no interior
do motor de média tensão (LAC 10). Estas resistências são usadas para evitar
a acumulação de humidade no interior do motor quando este se encontra
parado por períodos de longa duração.
8TC – A função deste circuito é alimentar uma tomada monofásica de 230 V de uso geral.
8R
– A função deste circuito é alimentar resistências de aquecimento que tem
como objetivo o aquecimento da cela de modo a evitar a acumulação de
humidade no seu interior.
8L
– Este circuito é dedicado à iluminação da cela. A sua constituição é formada
por uma lâmpada fluorescente e um interruptor que fecha o circuito de iluminação
quando a porta de acesso ao interior da cela é aberta.
78
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
A
B
Fig. 4.26 – Disjuntores da cela da bomba LAC10 (A); Barramento de comando, serviços auxiliares e medida (B).
Ao desligar os disjuntores 8RM, 8TC, 8R e 8L de forma sequencial verificou-se que a
origem do defeito estava associada aos circuitos dos disjuntores 8RM e 8L.
O circuito do disjuntor 8L é relativo à iluminação da cela. Após analisar as ligações do
circuito de iluminação concluiu-se que o neutro do circuito afeto à iluminação estava ligado
ao barramento de referência em vez de estar ligado no neutro do barramento afeto aos
serviços auxiliares.
Após analisar o circuito do disjuntor 8RM, observou-se que a situação se repetia, isto é, o
neutro deste circuito estava de igual forma ligada ao barramento de referência em vez de estar
ligado ao neutro do barramento afeto aos serviços auxiliares.
De forma a normalizar a situação, procedeu-se à ligação dos neutros dos circuitos em falha
no neutro do barramento afeto à alimentação dos serviços auxiliares. Assim, o analisador de
rede do 11BBA11 passou a indicar 0 V por fase como se pretendia.
Causa de propagação das tensões induzidas:
A causa da propagação de tensão é devida à existência de transformadores de tensão (TT)
afetos ao analisador de rede. Os transformadores de tensão têm como objetivo reduzir a tensão
vinda do transformador auxiliar com uma razão de transformação de 6600 / 100 V.
Os transformadores são máquinas reversíveis, isto é, tanto podem funcionar como
transformadores redutores como elevadores (consoante o sentido da corrente). Neste caso em
particular, os transformadores de tensão redutores passaram a
funcionar como
transformadores elevadores induzindo tensões indevidas no barramento 11BBA11.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
79
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Barramento de comando 125Vdc.
Barramento de serviços
auxiliar. 230 V ou 400 V
Barramento de medida.
Fig. 4.27 - Disposição dos barramentos.
Na figura 4.27 é possível visualizar a disposição dos barramentos no interior das celas. Ao
colocar o neutro dos circuitos afetos aos serviços auxiliares (230 V) no barramento de medida,
este ficou energizado. Deste modo, o barramento de medida passou a ser alimentado através
do circuito dos disjuntores 8L e 8RM. Como o barramento de medida está diretamente ligado
aos transformadores de tensão, estes passaram a funcionar como transformadores elevadores
elevando a tensão com uma razão de transformação de 1 para 66 originando, deste modo, as
tensões indevidas no barramento de média tensão.
Barramento de média
tensão 6.6 kV
Fig. 4.28 – Esquema unifilar dos barramentos de média e baixa tensão do grupo I [32].
80
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
4.6 – Sobreaquecedor Elétrico
O sobreaquecedor elétrico serve para elevar a temperatura do vapor proveniente da caldeira
auxiliar. O vapor sobreaquecido neste equipamento é usado como meio de selagem na turbina
a vapor. Deste modo, o vapor deve ser aquecido com uma temperatura média de 357 ºC. As
características do sobreaquecedor podem ser consultadas no Anexo I do presente documento.
O Sobreaquecedor elétrico é composto por dois grupos de resistências controlados
independentemente através de um módulo de tirístores que retificam a onda de tensão de
alimentação das resistências elétricas. Este método permite efetuar um controlo adequado ao
aquecimento de vapor. Quando o sobreaquecedor se encontra inativo durante largos períodos
de tempo o valor da resistência de isolamento pode decrescer, uma vez, que o isolante usado é
o óxido de magnésio que apresenta características higroscópicas 11 [33].
Quando o sobreaquecedor elétrico entra novamente em funcionamento, é aconselhável que
se elimine toda a humidade contida no seu interior, para tal, faz-se passar vapor pelo
sobreaquecedor com as resistências desligadas por um período mínimo de 3 horas [33].
Este procedimento é suficiente para recuperar a resistência de isolamento do equipamento.
É desejável que o valor de isolamento seja elevado de forma a eliminar possíveis correntes de
fugas. Na figura 4.29 é possível comparar as correntes de fuga em Amperes de um
equipamento que apresenta um bom e um mau isolamento.
Fig. 4.29 – Comparação de corrente de fuga [33].
O valor da resistência de isolamento do equipamento deve ser, regra geral, superior a 2
MΩ. Caso o valor da resistência de isolamento seja inferior, deve-se aumentar o tempo de
passagem de vapor pelo sobreaquecedor de vapor.
11
Propriedade associada a um determinado material que absorve água.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
81
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Notas de avarias:
O sobreaquecedor elétrico apresentava uma avaria que inibia a possibilidade de arranque
do grupo electroprodutor. Quando este era solicitado a entrar em funcionamento, as proteções
eram ativadas e, consequentemente, a energia elétrica era desligada ao sobreaquecedor.
Fig. 4.30 – Desmontagem do sobreaquecedor elétrico no local.
A causa dos disparos foi devida ao valor da temperatura à superfície do metal da
resistência. A causa para este acontecimento residia na rutura de um dedo de luva do termopar
responsável pela medição da temperatura à superfície do metal da resistência (figura 4.31).
Como a temperatura medida excedia o valor máximo permitido (600 ºC), as proteções eram
ativadas e, consequentemente, o sobreaquecedor era desativado.
Fig. 4.31 – Dedo de luva (bainha de proteção da sonda de temperatura ou termopar) [34].
Uma vez que o módulo de resistências já apresentava algum desgaste inerente a sua
utilização, procedeu-se à substituição do módulo a fim de solucionar a avaria como ilustrado
nas figuras 4.32 e 4.33.
Fig. 4.32 – Remoção do bloco de resistências.
82
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Fig. 4.33 – Resistências de aquecimento do vapor.
Foi de igual forma detetado que o valor da resistência de isolamento estava abaixo do valor
recomendado. A medição da resistência foi efetuada através de um megaohmímetro 12. Este
equipamento estabelece uma tendência de medidas e o valor final resulta do conjunto das
várias medidas. Deste modo, foi efetuada a medição da resistência de isolamento nas três
fases que alimentam o módulo de tirístores. Numa das fases foi detetado o valor de
isolamento abaixo do recomendado, aproximadamente 1,5 MΩ. Como a passagem de vapor
no interior do equipamento não era suficiente para elevar o valor da resistência de isolamento,
foi necessário limpar o armário de controlo de forma a eliminar possíveis vestígios de
sujidades que influencia-se e reduzissem o valor da resistência de isolamento (figura 4.34).
A
B
Fig. 4.34 – Quadro de comando (A); Módulo de tiristores removidos (B).
O controlo das resistências é efetuado através de tirístores (figura 4.34 (B)). Estes têm
como função modular a onda de tensão de modo a que as resistências aqueçam mais ou menos
em função das necessidades da TV e da temperatura do vapor à chegada do sobreaquecedor.
Deste modo, procedeu-se à remoção do módulo de tirístores do armário de controlo de forma
a transportá-lo para as oficinas da Central Termoelétrica de Lares e proceder à respetiva
limpeza. Após efetuar à limpeza e a colocação do módulo de tirístores no armário de comando
verificaram-se melhorias significativas do valor da resistência de isolamento do
sobreaquecedor.
12
Um megaohmímetro é um instrumento utilizado para fazer medições de resistências elevadas tal a resistências
de isolamento de equipamentos elétricos ou cabos.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
83
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
4.7 – Teste às Escovas de Terra do Alternador
O seguinte subcapítulo descreve a ação de manutenção preventiva ocorrida nas escovas de
terra do eixo comum à TG, à TV e ao alternador. Esta ação tinha como objetivo verificar o
estado do sistema de escovas de terra e efetuar um ensaio de forma a testar a operacionalidade
do sistema de detenção de correntes parasitas no eixo.
As escovas de terra existentes nas extremidades do alternador (lado da turbina a gás e da
turbina a vapor) são de extrema importância. Estas são responsáveis pela monitorização e pelo
escoamento de correntes indesejáveis que possam circular pelo eixo. O escoamento das
correntes parasitas é desejável, pois elas representam um fator destrutivo prematuro do eixo.
Os principais danos visíveis são a corrosão e picadas na superfície do metal. As escovas de
terra têm as seguintes funções:
 Fornecer uma ligação contínua entre o eixo e a terra de forma a evitar acumulação de
tensões prejudiciais ao eixo;
 Proporcionar um meio de medida da tensão caso ela exista ao longo do eixo;
 Proporcionar um meio de medida das correntes que fluem do eixo para a terra.
Fig. 4.35 – Eixo do lado da turbina a vapor.
Descrição das escovas:
As escovas de terra são tipicamente de carvão do lado da TG e tranças de cobre no lado da
TV (figura 4.36). A monitorização das correntes parasitas no eixo é efetuada do lado da TG.
A
A
B
Fig. 4.36 – Escovas de terra lado TG (A) e lado TV (B).
84
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Constituição do sistema de proteção:
O sistema de monitorização de correntes parasitas no eixo é constituído por:
 Escovas de terra para efetuarem uma ligação física entre o eixo e a terra;
 Escovas isolada para medir tensões no eixo;
 Escovas de baixa impedância para medirem fluxos de corrente.
B
A
Fig. 4.37 – Sistema de terra (A); Esquema de ligação das escovas (B) [35].
Legenda da figura 4.37:
1 – Placa de terminais. Esta permite efetuar uma ligação física entre as escovas e o sistema
de monitorização contínuo das tensões/correntes no eixo;
2 – Resistência de monitorização da corrente;
3 – Suporte de apoio;
4 – Fios condutores que efetuam a ligação entre as escovas e a placa de terminais;
5 – Suporte para as escovas de terra.
A figura 4.37 (B) indica as ligações efetuadas para a monitorização constante das tensões e
correntes parasitas no eixo. Em síntese, as escovas 1 e 3 monitorizam a tensão no eixo, as
escovas 2 e 4 monitorizam a corrente através de uma resistência (principio da lei de ohm).
Sendo o valor da resistência e da tensão que circula no eixo conhecido, é possível obter o
valor da corrente através da expressão (4.4). Como o valor da resistência é constante, o valor
da corrente é diretamente proporcional ao valor da tensão parasita (Vparasita) no eixo como
descrito pela equação (4.4). O valor da resistência é de 0,005Ω.
(4.4)
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
85
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Origem das correntes parasitas:
A origem das correntes parasitas pode ocorrer devido a um deste três fatores [35]:
1- Através da formação de uma tensão estática causada pelo aparecimento de gotículas de
água no último estágio da turbina a vapor de baixa pressão. O valor desta tensão é
reduzido, contudo, o seu valor pode aumentar até tornar possível uma descarga parcial
entre o eixo e a terra. Esta descarga pode ocorrer, por exemplo, através do óleo de
lubrificação existente entre o eixo e as chumaceiras caso não exista um caminho
alternativo por onde a corrente possa fluir para a terra.
2- Existência de corrente alternada no sistema de excitação de corrente contínua. Nesta
situação, o sistema de excitação DC cria uma tensão alternada no eixo em relação a terra
através da capacitância do enrolamento de excitação e de isolamento. Esta tensão
normalmente possui uma frequência 2 a 3 vezes superior á frequência nominal.
3- Devido à dissimetria dos circuitos magnéticos existentes na constituição do alternador, é
possível o surgimento de tensões parasita nas extremidades do alternador. Estas tensões
podem atingir valores elevados e, consequentemente, gerar correntes elevadas. Estas
tensões possuem normalmente a mesma frequência que o alternador.
No ponto 1 e 2, as tensões geradas são de valor reduzido. Se existir um caminho alternativo
para a terra, a corrente é descarregada através deste eliminando a tensão existente no eixo.
Para se efetuar a medição da tensão parasita no eixo, caso ela exista, deve ser usado um
voltímetro de alta impedância (mais de um 1 Megaohm) de forma a detetar valores baixos de
tensão.
Procedimentos:
O primeiro passo foi retirar a grelha de proteção das escovas do lado da TG com o intuito
de limpar as escovas e o rotor onde se verifica o contacto entre ambos (figura 4.38).
A
86
B
Fig. 4.38 – Proteção do eixo lado TG (A); Suporte das escovas de terra (B).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Após retirar a grelha de proteção, o passo seguinte foi retirar as quatro escovas de terra e
limpá-las uma a uma. A zona de contacto entre a escova e o rotor foi, de igual modo, limpa. O
objetivo da limpeza do sistema de escovas de terra era garantir a não acumulação de sujidade
que pudesse interferir no escoamento das correntes parasitas para a terra e avaliar o desgaste
de cada escova. Após efetuada a limpeza das escovas e do eixo, procedeu-se à montagem do
sistema verificando o contato físico entre as escovas e o eixo.
Do lado da turbina a vapor o procedimento foi semelhante. Tendo em consideração que o
sistema de escovas de terra do lado da TV é efetuado por tranças de cobre, teve-se em
especial atenção a pressão de contacto entre as tranças e o eixo uma vez que este sistema é
isento de molas que garantem o contacto permanente entre a trança e o eixo (figura 4.39).
Fig. 4.39 – Escovas lado turbina a vapor.
Após efetuar a limpeza das escovas procedeu-se à medição da resistência de monitorização
(figura 4.37 (2)). Para efetuar a medição recorreu-se a um micro-ohmímetro com uma
resolução de 0,1 μΩ a 100 mΩ.
A
B
Fig. 4.40 – Micro-ohmímetro (Chauvin Arnoux CA6240) (A);Valor da resistência em mΩ (B).
Depois de colocar os terminais do micro-ohmímetro nos bornes da resistência procedeu-se
à medição da mesma. O resultado da medição da resistência foi de 5,2 mΩ como pode ser
visualizado na figura 4.40 (B). O valor medido da resistência é muito próximo ao valor usado
como referência (5 mΩ).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
87
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
No seguimento desta ação de manutenção efetuou-se, de igual forma, um teste ao sistema
de detenção de correntes no eixo. Para tal, acedeu-se ao armário de controlo da TG existente
na sala eletrónica do respetivo grupo. No interior do armário encontram-se as cartas
eletrónicas que efetuam a monitorização das tensões/correntes parasitas do eixo (4.41). Para
efetuar o teste foi necessário um multímetro, um osciloscópio e um gerador de sinal.
B
A
Fig. 4.41 – Interior do armário de controlo da TG (A); Carta de monitorização de correntes parasitas (B).
Após localizar a carta que efetuava a leitura dos valores da tensão e da corrente vindos das
escovas de terra (através da placas de terminais), procedeu-se à remoção dos fios condutores
que ligavam a carta eletrónica às escovas de terra como indicado na figura 4.41 (B). Os fios
foram retirados de modo a ligar o gerador de sinal aos bornes da carta eletrónico com o intuito
de injetar um sinal de tensão com amplitude e frequência variável simulando, deste modo, as
tensões parasitas. De forma a visualizar a onda injetada na carta e o valor da frequência,
efetuou-se a instalação do osciloscópio. O multímetro foi usado para monitorizar a tensão
injetada na carta. A montagem e os equipamentos usados para efetuar este teste podem ser
visualizados na figura 4.42.
Fig. 4.42 – Bancada de teste e equipamentos.
88
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Modo de funcionamento:
A carta eletrónica efetua leituras sistemáticas dos valores da tensão e/ou corrente existentes
no eixo. Caso numa dessas leituras sejam detetados valores de tensão ou corrente acima do
valor máximo admissível, por questões de segurança, a carta eletrónica envia os valores
resultantes da leitura para os mímicos de controlo. O operador na sala de comando tem
acesso, em tempo real, aos valores medidos pela carta. O valor máximo de tensão permissível
no eixo e para o qual a carta não envia qualquer alarme está definido em 6 V pico a
pico.
De
forma a minimizar a degradação do valor da tensão (devido a quedas de tensão nos fios
elétricos ou a ruido) na transmissão dos seus valores, a tensão é convertida de forma linear
numa sequência de impulsos. Este sistema permite converter sinais analógicos em frequências
de forma a serem transmitidos a distâncias mais longas. Deste modo, os valores da tensão ao
serem exibidos nos mímicos aparecem em Hertz, como ilustrado na figura 4.43.
Tendo em consideração o modo de funcionamento do sistema de monitorização das
tensões/correntes parasitas, procedeu-se ao início dos ensaios. Foram efetuados diversos
ensaios, nos quais, o valor da amplitude da tensão e da frequência do sinal injetado na carta
foram alternando. O objetivo destes ensaios consistia em confirmar se o sistema de
monitorização enviava sinais de alarme para os mímicos de controlo na existência de tensões
e/ou corrente parasitas no eixo
Fig. 4.43 – Mímico de monitorização das tensões/correntes parasitas no eixo.
Após efetuar diversos ensaios, concluiu-se que o sistema de alarme não estava a operar do
modo correto, pois, no mímico, os valores de Shaft AC Frequency e Shaft AC Current não se
alteraram em nenhum dos ensaios (figura 4.43).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
89
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
4.8 – Substituição dos Filtros de Sílicas do Analisador de Hidrogénio
O analisador de hidrogénio (H2) tem como função analisar a pureza do hidrogénio que se
encontra no interior do alternador de forma a promover o seu arrefecimento (figura 4.44).
Contudo, este gás é extremamente inflamável se não for mantido em concentrações elevadas.
A zona onde o analisador se encontra é considerada uma zona ATEX13.
Caudalímetro
analisador do lado
da TG
Válvula controlo
purga contínua do
lado da TG
Válvulas de purgas
automáticas
Caudalímetro
totalizador
Caudalímetro
analisador do lado
do coletor
Válvula controlo
purga contínua do
lado do coletor
Válvula controlo
Válvula controlo
purga extra do lado purga extra do lado
da TG
do coletor
Fig. 4.44 – Analisador de hidrogénio.
De modo a manter a pureza do hidrogénio dentro dos limites de segurança e de exploração
do grupo electroprodutor, existe um sistema de purgas contínuas que renovam o hidrogénio
quando necessário. Quando a concentração de hidrogénio se situa abaixo do valor específico
efetua-se a uma purga extra de forma a promover a entrada de hidrogénio novo para o circuito
de refrigeração do alternador. O valor de pureza indicada pelo analisador é, regra geral,
superior a 95%.
Numa das rondas efetuadas pelos colaboradores da Central Termoelétrica de Lares,
constatou-se que as colunas de sílicas do analisador de hidrogénio do grupo 2 estavam
saturadas. Estas colunas têm como função a remoção de contaminantes e humidades
existentes no hidrogénio que possam originar leituras incorretas pelo analisador de pureza do
hidrogénio.
13
O termo ATEX deriva do termo Atmosfera Explosiva e consiste em identificar as áreas potencialmente
explosivas. As áreas ATEX são divididas por zonas tendo como base a frequência e a duração com que a
atmosfera se pode tornar explosiva devido a existências de gases, vapores ou névoas.
90
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
A
B
Fig. 4.45 – Colunas de sílicas (A); Indicador do estado da coluna de sílica (B).
Na figura 4.45 é possível visualizar duas das três colunas de sílica. Quando o visor do
recipiente da sílica está azul significa que a sílica se encontra em bom estado. Quando o tom
azul vai desaparecendo, ficando a sílica com um tom rosa (figura 4.45 (B)), é necessário
proceder à substituição do filtro, pois, este já não garante uma filtragem adequada do
hidrogénio que será analisado. A não substituição dos filtros pode originar leituras incorretas
dos valores de concentração de hidrogénio.
Antes de intervir na troca dos filtros foi necessário analisar quais as válvulas que era
necessário fechar de modo a estancar o hidrogénio no circuito de refrigeração do alternador
precavendo possíveis fugas. Na figura 4.46 é possível visualizar as válvulas que foram
fechadas. Depois de fechar as válvulas procedeu-se à substituição dos filtros.
1
4
2
2
5
1
4
3
5
3
Fig. 4.46 – Esquema de válvulas do analisador de H2 e indicação das válvulas a fechar [36].
Legenda da figura 4.46:
1 – HV 2971 - Válvula de purga contínua lado da turbina a gás;
2 – HV 2972 - Válvula de purga extra lado da turbina a gás;
3 – HV 2973 - Válvula de purga contínua lado do coletor;
4 – HV 2974 - Válvula de purga extra lado do coletor;
5 – HV 2978 - Válvula de isolamento.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
91
Capítulo 4 – Tarefas Realizadas
Fig. 4.47 – Desmontagem dos filtros de H2.
Após a substituição dos filtros saturados procedeu-se à substituição dos recipientes de
sílica por uns novos (figura 4.47 e 4.48).
Fig. 4.48 – Compartimento de sílicas substituídos.
Depois da colocação dos novos filtros, realizou-se a um reaperto de todas as junções por
forma a garantir a estanquicidade do hidrogénio. Foi, de igual forma, necessário calibrar os
caudais de purga contínua do analisador. No total existem três caudalímetro como ilustrado na
figura 4.44.
O caudalímetro do lado da turbina e do coletor devem ter um caudal de 500 cc/min.
Para melhorar a exatidão de todos os caudais, o caudalímetro totalizador (figura 4.44) deve
indicar um caudal entre 2000 e 3500 cc/min. O caudalímetro totalizador mede o caudal total
das purgas contínuas (1000 cc/min +1000 cc/min) e dos dois analisadores de pureza (500
cc/min +500 cc/min).
92
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.1 – Influência do Mercado Energético nos Arranques
O arranque de uma central termoelétrica de ciclo combinado é um processo crítico sob
duas perspetivas. Por um lado, trata-se de um estado de transição de um grupo térmico com
impacto nos equipamentos e materiais, por outro, na ótica do mercado de energia um arranque
mal sucedido, pode comprometer a disponibilidade da central termoelétrica e inviabilizá-la
durante largos períodos de tempo. Na sequência de arranque de grupos térmicos, todos os
equipamentos devem estar operacionais de forma a minimizar possíveis anomalias e prevenir
disparos intempestivos dos grupos electroprodutores. Os disparos acarretam custos elevados
uma vez que provocam indisponibilidade da central termoelétrica e, consequentemente,
penalizações. O valor das penalizações varia em função do tempo da indisponibilidade e do
valor da energia elétrica em mercado. No Anexo J são descritos os requisitos a verificar antes
de efetuar um novo arranque de forma a mitigar possíveis avarias ou disparos nos grupos.
Na Central Termoelétrica de Lares a sequência de arranque é automática até ao grupo
electroprodutor atingir o mínimo técnico. Este representa a potência mínima que cada grupo
electroprodutor pode produzir em condições normais de exploração (200 MW). A
caracterização dos arranques consiste em determinar o comportamento da curva de potência e
a energia elétrica gerada desde do início do arranque até ao mínimo técnico permitindo, deste
modo, estimar a produção de energia elétrica para arranques futuros em condições iniciais
semelhantes. Devido à imprevisibilidade do comportamento da TV, a energia produzida no
arranque tende, de modo geral, a divergir da energia estimada. O comportamento da TV varia
em função das horas de paragem e da temperatura do metal da TV.
A capacidade de quantificar a energia é importante de forma a reduzir desvios. A
importância de estimar com precisão a energia elétrica produzida nos arranques prende-se
com a necessidade de cumprir as Instruções de Despachos (ID) recebidas através da Unidade
de Negócio de Gestão de Energia (UNGE14). A UNGE é a responsável por negociar em
mercado o preço e a quantidade da energia transacionada. As negociações relativas à energia
são efetuadas no mercado ibérico (MIBEL) onde se encontram vendedores, compradores e
comercializadores. Estes mercados têm como finalidade transacionar a energia elétrica a um
determinado preço. O mercado existe em duas topologias, respetivamente, mercado físico
(Spot) e mercado financeiro de longo prazo.
14
UNGE. Esta entidade engloba quatro ramos, respetivamente, gestão dos riscos em mercado, direção de
mercados energéticos, gestão e aquisição de combustíveis e direção de sistemas e operações.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
93
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Nos mercados financeiros de longo prazo, transacionam-se volumes de energia elétrica
para uma data futura. Estas transações são baseadas no encontro de expectativas entre
vendedores e compradores a um determinado preço. No mercado Spot, a energia elétrica é
transacionada em função da participação dos agentes nas sessões de mercado diário e
intradiário de forma a satisfazer a procura do dia que sucede o da negociação. O mercado
organiza-se em sessões, deste modo, o mercado diário é elaborado no dia D-2 do programa
provisório de produção, compra e venda para o dia D com base nas previsões recebidas
(produção hídrica e eólica, preços e consumos). Por seu turno, no mercado intradiário, é
efetuado ajustes na oferta devido a alteração das previsões do dia D-2, através de otimizações
da produção durante o dia D-1.
No processo de encontro do preço da energia em mercado, é criada a curva de oferta. Esta
é formada de forma crescente, pelas ofertas de venda dos vários produtores, seguindo a ordem
relativa aos preços apresentados por cada tipo de produção. Em sentido oposto, é apresentada
a curva de procura que no desenrolar da sessão do mercado apresenta uma tendência
decrescente na oferta de preço. O valor da energia em mercado é estabelecido pelo encontro
do menor preço que garante a satisfação da procura pela oferta (figura 5.1). No mercado
diário o preço estabelecido segue o modelo de preço marginal único. Deste modo, todos os
compradores pagam o mesmo preço e todos os produtores, independentemente do tipo de
produção que disponham, recebem o mesmo. Deste modo, os produtores que façam ofertas de
energia elétrica a um preço inferior, pelas regras impostas do mercado, recebem por elas o
Preço [€/MWh]
preço marginal estabelecido, mesmo sendo superior à sua oferta.
Curva de oferta
Curva de procura
Energia [MWh]
Fig. 5.1 – Exemplificação do encontro entre oferta e procura de energia elétrica no mercado diário [37].
O mercado Spot estabelece-se, deste modo, programas de venda e de compra de energia
elétrica para o dia seguinte ao da negociação tendo em consideração os diagramas de carga15.
A razão pela qual se deve cumprir com as energias descritas na ID deve-se à necessidade de
equilibrar o sistema de energia, como descrito na equação (5.1).
(5.1)
15
94
Diagrama de carga é representado por uma curva de carga prevista (produção) e uma curva de carga
verificada (consumo).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
O MIBEL foi criado em Novembro de 2001 e consiste na cooperação entre Portugal e
Espanha no setor energético. O seu principal objetivo é beneficiar os consumidores de energia
elétrica de ambos os países através de processos de integração de SEE. Esta integração traduzse num melhormente do serviço e numa redução dos preços de energia elétrica incentivando o
desenvolvimento e a competitividade no sector energético na área de produção e distribuição.
O MIBEL, por sua vez, é repartido em dois operadores, OMIP16 e OMIE17. O operador OMIE
é a entidade responsável pela realização das liquidações dos mercados diários e intradiário de
energia. Por seu turno, o OMIP tem como funções contribuir para o desenvolvimento do
mercado ibérico de eletricidade, disponibilizar instrumentos eficientes de gestão de risco e
promover preços de referência ibéricos.
A gestão do Sistema de Energia Elétrico (SEE) em Portugal é atribuída à Redes
Energéticas Nacionais (REN). A REN, enquanto gestora de rede tem como missão a
programação e a monitorização constante do equilíbrio entre a produção e o consumo. Deste
modo, após ser efetuada a programação da produção em função dos consumos previstos, a
REN, aguarda uma determinada quantidade de energia elétrica em cada período horário. Se
um dos centros electroprodutores não injetar no SEE as energias programadas ou descritas na
ID (quer por excesso quer por falta), a estabilidade ou o equilíbrio da rede elétrica pode ser
afetada. No caso de uma central electroprodutora produzir abaixo ou acima ao estipulado na
ID ou se sair do SEE devido a um disparo de grupo, o gestor de rede possui mecanismos para
compensar o desvio infligido ao SEE através da regulação primária, secundária e terciária.
Os desvios entre a produção e o consumo num SEE afetam, invariavelmente, a frequência
(figura 5.2). O desequilíbrio num SEE pode originar apagões parciais ou totais consoante a
severidade e a duração do mesmo.
Fig. 5.2 – Equilíbrio do SEE.
Origem dos desvios entre consumo e produção:
 Devido à indisponibilidade total ou parcial de um ou de vários centros produtores;
 Variações no consumo real do sistema e/ou nas entregas da produção em regime
especial em relação à previsão de entregas comunicadas;
 Pela existência de diferenças importantes entre o consumo total e o consumo
estimado pelo agentes nas diferentes sessões de mercado [38].
16
17
OMIP – Operador de Mercado Ibérico de Energia Pólo Português.
OMIE – Operador de Mercado Ibérico de Energia Pólo Espanhol.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
95
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Como referido anteriormente, existem três formas de regulação que permitem mitigar os
desvios relativos ao consumo e à produção.
A regulação primária é uma regulação intrínseca aos alternadores e conhecida por
estatismo, não sendo remunerada. Tem como objetivo corrigir automaticamente os desvios
instantâneos entre produção e consumo. A sua atuação realiza-se através da variação de
potência dos alternadores de forma imediata e autónoma. A atuação é efetuada a partir dos
reguladores de velocidade das turbinas que respondem às variações de frequência [38].
A regulação secundária é efetuada pelo operador do SEE através da telerregulação. Neste
tipo de regulação os valores de referência na produção são definidos pelo operador da rede
para cada centro electroprodutor de forma a restabelecer o equilíbrio no SEE. A
telerregulação deve atender os critérios de segurança de operação das centrais
electroprodutoras. A energia elétrica produzida enquanto a central se encontra em
telerregulação é valorizada ao preço da última oferta ocorrida no mercado em cada hora para a
regulação terciária. A regulação secundária deve ser iniciada em menos de 30 segundos e ser
eventualmente compensada com uma regulação terciária em menos de 15 minutos [38].
A EDP apresenta, atualmente, alguns centros electroprodutores com telerregulação,
respetivamente, as centrais de Lares, Ribatejo, Alto Lindoso, Régua, Picote, Pocinho, Valeira,
Castelo de Bode, Aguieira, Cabril e Frades.
A regulação terciária é um serviço complementar atribuído aos mecanismos constituintes
do mercado. A sua função é restabelecer a reserva secundária que tenha sido usada mediante a
adaptação dos programas de funcionamento dos alternadores que estejam ou não em serviço.
A regulação terciária é baseada no uso de reservas mínimas e reservas adicionais [38].
A reserva mínima é usada como forma de regulação quando ocorre uma perda máxima de
produção provocada de forma direta pela saída inesperada de um grupo produtor existente no
sistema elétrico. Esta reserva, em geral, é aumentada em 2% em relação ao consumo previsto
para cada período horário [38].
Por seu turno, a reserva adicional deverá compensar as seguintes situações:
 Quando o consumo horário previsto pela REN ultrapassa em mais de 2% o consumo
horário resultante dos mercados de produção diários e intradiário (mais 2% de
consumo que o previsto).
 Quando a previsão de perda de produção devida a falhas sucessivas e/ou atrasos na
ligação ou subida de carga nos grupos térmicos seja superior à reserva de regulação
terciária estabelecida [38].
96
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.2 – Caracterização dos Arranques
Os arranques da Central de Ciclo Combinado de Lares são classificados em quatro tipos
em função das horas de paragem e temperatura do metal da turbina a vapor. Os arranques
podem ser classificados segundo o quadro 5.1.
Quadro 5.1 – Classificação dos arranques da Central de Ciclo Combinado de Lares.
Tipo
Frio
Morno
Quente - Morno Quente
Tempo de paragem >72 Horas 48 < Horas < 72 8 < Horas < 48 < 8 Horas
A dificuldade em prever a energia que a Central Termoelétrica de Lares consegue injetar
no SEE durante a sequência de arranque advém da imprevisibilidade do comportamento da
turbina a vapor. Quanto maior for o período de paragem, mais baixas serão as temperaturas do
vapor e do metal da TV. Como consequência direta, os tempos de aquecimento da TV são
maiores, tornando os arranques mais prolongados, podendo variar tipicamente entre 1h30m a
4h30m. Os tempos e a classificação dos arranques apresentados no quadro 5.1 foram
disponibilizados pela Central Termoelétrica de Ciclo Combinado de Lares de forma a realizar
o presente estudo.
A admissão de vapor na TV é condicionada pela qualidade do mesmo. A qualidade
caracteriza-se pelo PH e pelas condutividades18 do vapor. A qualidade do vapor é validada
pelo operador e deve possuir requisitos mínimos de acordo com as normas de exploração dos
grupos electroprodutores de forma a não deteriorar e reduzir o tempo de vida da TV. Deste
modo, o valor máximo das condutividades é de 0,45 µS e o valor de PH deve ser igual ou
superior a 9 de forma a minimizar os efeitos de corrosão19.
O controlo de admissão de vapor na TV é efetuado através de válvulas hidráulicas (figura
3.39 (B) e 3.39 (C)). Após se verificar a aceitação das condutividades do vapor, estas vão
abrindo de forma progressiva até atingirem a abertura total. No estudo de caracterização dos
arranques apenas o comportamento da válvula de Alta Pressão (AP) foi considerado. A ordem
de abertura da válvula AP está dependente da aceitação da qualidade do vapor e do diferencial
de temperatura entre o vapor e o metal da TV. O arranque é tanto mais rápido quanto mais
rápido for efetuada a admissão de vapor à TV uma vez que esta representa 1/3 da potência
elétrica total de cada grupo.
18
19
A condutividade expressa a capacidade do vapor em conduzir uma corrente elétrica. O valor da condutividade
é influenciado pelas concentrações iónicas (sais minerais) e pela temperatura do vapor. Deste modo, a
condutividade torna-se um excelente indicador da qualidade do vapor.
A corrosão pode ser definida como o processo de oxidação dos metais que compõe o sistema por onde o vapor
circula. O processo de corrosão varia em função da pressão, da temperatura constituição química do vapor.
Um ph baixo (corrosão ácida) torna o processo de corrosão mais rápido, deste modo, é de extrema
importância manter um ph elevado.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
97
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.2.1 – Procedimento de Caracterização dos Arranques
De modo a efetuar a caracterização dos vários arranques efetuados na Central
Termoelétrica de Lares foi necessário aceder à base de dados existente em servidor central.
Nessa base de dados encontram-se registados os valores de todas as variáveis mensuráveis
afetas a exploração da Central Termoelétrica. O primeiro passo foi determinar quais as
variáveis que seriam importantes considerar para efetuar o estudo da caracterização dos
arranques através do PI e PI ProcessBook.
O PI é uma ferramenta que permite aos utilizadores aceder a bases de dados ou a históricos
de forma a retirar valores relevantes para a sua atividade. Tendo como base o PI, foi elaborada
uma folha de cálculo em Excel que permitiu efetuar uma análise numérica às variáveis afetas
aos arranques considerados no estudo das curvas características.
2
1
3
4
Fig. 5.3 – Folha de cálculo considerada na caraterização dos arranques.
A folha de Excel, ilustrada na figura 5.3, permite analisar a evolução das variáveis em
intervalos de 1 segundo (1), elaborar a curva de potência ativa gerada na sequência de
arranque (curva azul no gráfico da figura 5.3) e quantificar a energia elétrica produzida em
MWh. A aceitação das condutividades do vapor é representada pela curva a vermelho no
gráfico (3). A tabela (2) ilustra a quantidade de energia que foi produzida em períodos de
quinze minutos. A data, o período de tempo e o intervalo de tempo entre cada amostra são
colocados em células específicas para esse efeito de forma a informar o PI qual o espaço
temporal da amostragem dos dados (4).
98
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Legenda da figura 5.3:
1 – Dados analisados na caracterização dos arranques;
2 – Tabela com indicação da energia produzida (MWh) em blocos de 15 minutos;
3 – Curva de potência e indicação das aceitações das condutividades;
4 – Indicação da data inicial, final e intervalo de tempo dos dados.
Fig. 5.4 – Seleção da localização das células de data-hora, intervalo de tempo e variável a estudar.
A figura 5.4 ilustra o procedimento para indicar ao PI as células que contêm as
informações necessárias para o processamento dos dados. Deste modo, seleciona-se o
separador PI no Excel e escolhe-se a opção Sample Date. O passo seguinte é indicar ao PI a
data inicial, a data final e o nome da variável que se pretende analisar. No quadro 5.2
encontram-se listadas as variáveis consideradas na caracterização dos arranques.
Quadro 5.2 – Quadro com indicação das variáveis consideradas.
Descrição
Potência ativa
Potência exportada
Temperatura do metal TV AP
Temperatura do metal TV MP
Temperatura do Vapor AP
Temperatura do Vapor MP
Aceitação Condutividades
Mínimo Técnico
BAC – Disjuntor de grupo
Posição da válvula Vapor AP
Temperature Matching Sequence
Velocidade rotor
Frequência do alternador
Nome da variável (KKS do grupo 2)
G2.DWATT
BOPC.00ACA20GT001XQ01
S2.TT_1SB_CS
S2.TT_RHB_CS
S2.TT_IS
S2.TT_RHS
B2.21CJB10GR001XY83
B2.21CJB10EA130S9_PM1
B2.21BAC10GS001XS01
S2.CV1_POS
G2.L83TMSEL_C
G2.TNH_V
G2.DF
As variáveis consideradas para a caracterização dos arranques encontram-se descritas de
forma pormenorizada no Anexo K do presente documento.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
99
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.2.2 – Considerações Sobre as Curvas Características
Para efetuar a caracterização dos arranques e definir a curva característica respetiva por
tipo de arranque foi necessário caracterizar e analisar os arranques efetuados na Central
Termoelétrica de Lares desde o início da sua atividade. Devido à limitação de memória do
servidor, os dados mais antigos vão sendo substituídos por dados mais recentes. Esta condição
não permitiu o acesso aos dados referentes aos arranques efetuados em 2009 e parte dos
arranques ocorridos em 2010.
Deste modo, procedeu-se à caracterização de 28 arranques a frio, 34 a morno e 27 a
quente. No total, foram analisados 89 arranques. Nestes estudos, apenas foram contemplados
os arranques que decorreram sem anomalias. Contudo, nem todos os arranques contemplados
foram considerados no estudo para a obtenção das curvas características pois apresentavam
tempos de espera superiores ao normal.
Para o estudo da curva característica dos arranques a frio foram selecionados 22 dos 28
arranques analisados. Esta seleção deriva do tempo de espera considerado em 5 horas no
máximo desde o sincronismo até ao mínimo técnico (tempo de arranque).
No estudo da curva característica dos arranques a morno, foram selecionados 31 dos 34
arranques analisados. À semelhança da seleção efetuada nos arranques a frio, foi considerado
um tempo de espera máximo entre o sincronismo e o mínimo técnico de 3h15m.
No estudo dos arranques a quente foram considerados os 27 arranques analisados para a
obtenção da curva característica, pois estes apresentam tempos de arranque semelhantes.
Os tempos de arranque variam em função da temperatura inicial do metal da TV e do
tempo de espera da aceitação das condutividades do vapor. As decisões tomadas pela equipa
de condução devido a questões de operacionalidade dos grupos podem influenciar o tempo de
arranque. No estudo da caracterização dos arranques, não foram consideradas as decisões e/ou
questões operacionais que possam ter sucedido no decorrer do arranque dos grupos.
No estudo apresentado no subcapítulo 5.3 do presente documento foram considerados
somente três tipos de arranque, respetivamente, arranque a frio, a morno e a quente. A
eliminação do tipo quente-morno descrito no quadro 5.1 deriva do fato de não se terem
verificado diferenças significativas entre os arranques que se enquadravam na categoria
quente-morno e morno. Deste modo, os arranques considerados foram classificados da
seguinte forma:
 Frio
100
–
A partir de 72 horas de paragem;
 Morno –
Entre 9 e 72 horas de paragem;
 Quente –
Até 8 horas de paragem.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.2.3 – Descrição da Caracterização dos Arranques Através do PI
Para efetuar a descrição de como foi efetuada a caracterização ou análise numérica dos
arranques tomou-se como exemplo um arranque a frio com 98 horas paragem.
Arranque a frio com 98 horas de paragem:
Potência (MW)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Tempo (mn)
Fig. 5.5 – Curva de potência do arranque de 98 horas considerado para exemplo.
Quadro 5.3 – Tabela resumida do arranque.
Tempo
Tempo
Inicio
Fecho
Condu- Mínimo
aquecimento
04:10:20
Paragem Arranque BAC
tividade
técnico
vapor (560 ºC)
Temperature
98:00:00 1:45:29 02:15:25 03:33:44 06:05:22
Hora
matching
03:46:13
15 mn
30 mn
45 mn
60 mn Total MWh
sequence
1º
Gradiente subida Vapor AP
3,68
3,81
3,65
3,35
14,50
2º
3,35
4,52
5,30
4,73
17,90
Antes temp.
1,49 ºC/min
matching
3º
5,88
5,69
5,58
6,32
23,49
4º
11,43
16,41
20,80
93,70
45,04
Após temp.
2,18 ºC/min
5º
matching
68,53
52,95
53,75
50,30
225,54
Quadro 5.4 – Tabela de caracterização do arranque.
Para a caracterização de um arranque considera-se a informação relativa a curva de
potência, aos tempos de espera da aceitação das condutividades, do mínimo técnico, tempo de
aquecimento do vapor e do metal da TV e a energia produzida desde do sincronismo até ao
mínimo técnico. O método de caracterização e a informação descrita neste exemplo foi
efetuado de igual modo nos 89 arranques analisados.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
101
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
No presente exemplo é possível verificar as seguintes informações:
 Tempo de paragem: Tempo em que o grupo se encontrou inativo ou em stand-by;
 Início do Arranque: Hora em que o arranque se iniciou. Esta informação é útil para
determinar o tempo de espera até se verificar o sincronismo;
 Fecho BAC: Hora em que ocorreu o sincronismo entre o alternador e a rede elétrica;
 Condutividades: Hora em que o vapor apresentou condições para ser admitido na TV;
 Mínimo técnico: Hora em que o grupo atingiu o mínimo técnico (200MW);
 Tempo aquecimento vapor: Tempo de espera até o vapor AP atingir a temperatura nominal
de exploração (560 ºC);
 Temperature matching sequence: Processo de aquecimento do metal da turbina a vapor;
 Gradiente subida vapor AP: Gradiente de subida da temperatura do vapor AP antes e
após a conclusão do temperature matching sequence;
 Temp. Vap AP: Evolução da temperatura do vapor de alta pressão;
 Temp. Metal AP: Evolução da temperatura do metal da turbina de alta pressão;
 Temp. Vap MP: Evolução da temperatura do vapor de média pressão;
 Temp. Metal AP: Evolução da temperatura do metal na turbina de média pressão;
 Energia elétrica gerada em bloco de 15 minutos e por hora.
 Indicação do tempo de espera das condutividades, sincronismo e mínimo técnico.
A energia gerada é apresentada em blocos de 15 minutos. Deste modo, cada hora é
dividida em quatro períodos de 15 minutos cada. A figura 5.6 descreve o comportamento da
curva de potência referente ao período em que ocorre o mínimo técnico atribuindo ênfase às
energias máximas e mínimas que é possível produzir nesse período de tempo. A
caracterização do arranque é finalizada no instante em que os grupos electroprodutores
atingem o mínimo técnico e o operador toma o controlo dos grupos podendo, deste modo,
variar a potência ativa em função das necessidades do SEE. A sequência automática de
arranque é igualmente finalizada no instante em que os grupos atingem o mínimo técnico.
Valores relativos à
potência e à energia se
a potência continuasse
a aumentar com uma
taxa de 0.3 MW/s até
completar o tempo em
falta para concluir os
15 minutos referentes
ao período da hora em
que ocorreu o mínimo
técnico.
Energia gerada
na rampa
Fig. 5.6 – Coluna Rampa do quadro 5.4.
102
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
A figura 5.6 ilustra a coluna Rampa do quadro 5.4. Esta coluna indica que neste arranque a
rampa de subida da potência ativa teve uma duração de 5,8 minutos e foi produzido um total
de 14,65 MWh. Nas duas últimas colunas pode-se visualizar a energia mínima e máxima que
pode ser produzida nesse período de 15 minutos. A energia mínima produzida é determinada
com o grupo electroprodutor a funcionar à potência mínima (200 MW) durante o período de
tempo restante (9,2 minutos neste arranque). A energia máxima produzida é determinada
relativamente à subida teórica de carga do grupo durante o tempo restante. Neste arranque,
teoricamente, o grupo conseguiria atingir a potência máxima de 364,1 MW em 9,2 minutos.
Em resumo, com a potência à carga mínima (200 MW), o grupo conseguiu produzir um
total de 30,44 MWh. Considerando a subida da carga (aproximadamente 18 MW/m), o grupo
conseguiria produzir um total de 42,93 MWh. O cálculo teórico da energia mínima e máxima
produzida realiza-se efetuando a soma da energia obtida na rampa com a energia obtida à
carga mínima e máxima respetivamente. Deste modo, a energia mínima produzida seria de
45,09 MWh e a energia máxima seria de 57,58 MWh (valores teóricos).
No quadro 5.3, um dos valores da energia aparece a verde. Esta é a indicação da energia
real que foi produzida nos 15 minutos da hora que correspondem ao período da hora em que
ocorreu o mínimo técnico. Este valor, em teoria, deveria estar sempre compreendido entre o
valor mínimo e máximo da energia produzida da coluna Rampa (figura 5.6). Quando tal não
sucede, significa que o controlador de carga não conseguiu manter a potência ativa nos
200 MW de forma constante. Este facto origina oscilações da potência ativa, variando-a
tipicamente entre 192 e 200 MW. O estudo da caracterização de arranques baseou-se na
otimização desse acontecimento, pelo que foi considerada uma subida constante até aos
200 MW eliminando-se, desta forma, as oscilações na curva da potência ativa (figura 5.7).
Foi, ainda, considerado que a potência ativa máxima produzida pelo alternador é de 440 MW
e a taxa de subida de potência ativa por minuto é de 18 MW (0,3 MW/s).
B
A
Fig. 5.7 – Curva de potência em oscilação de carga (A); Curva de potência otimizada (B).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
103
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.2.4 – Descrição da Caracterização dos Arranques Através do PI ProcessBook
O PI ProcessBook é um software que permite visualizar a evolução temporal das variáveis
mensuráveis através de um método gráfico. A iniciação ao PI ProcessBook é intuitiva e
semelhante à do PI. A partir deste, é possível visualizar a evolução de várias variáveis em
simultâneo num determinado período de tempo.
Fig. 5.8 – Análise de um arranque através do PI ProcessBoock (método gráfico).
Na figura 5.8 é possível observar a evolução de variáveis associadas a um arranque.
Através de um cursor disponível na janela gráfica é possível visualizar o valor das variáveis a
cada instante. No quadro 5.5 descreve-se as variáveis visualizadas na figura 5.8.
Apesar do PI ProcessBook ser uma excelente ferramenta que permite visualizar
graficamente a evolução de variáveis ao longo de um determinado período de tempo, não
permite trabalhar valores em Excel da mesma forma que o PI.
Quadro 5.5 – Legenda das cores do PI ProcessBook.
Cor
Vermelho
Azul
Verde-claro
Ciano
Preto
Lilás
Verde-Escuro
104
Descrição da variável
Velocidade do rotor em rpm
Abertura da válvula de admissão de vapor AP em percentagem
Temperatura do metal da turbina de alta pressão [ºC]
Temperatura do vapor de alta pressão [ºC]
Potência ativa produzida no alternador [MW]
Aceitação das condutividades do vapor
Abertura e fecho do disjuntor de grupo
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Para iniciar a utilização do PI ProcessBook é necessário ir ao separador “File” e selecionar
”New”. De seguida, escolhe-se a opção ”ProcessBook Display”, que permite iniciar uma nova
janela gráfica como ilustrado na figura 5.9. Após aparecer a nova janela gráfica é necessário
selecionar as variáveis a visualizar através do PI ProcessBook. Deste modo, seleciona-se o
ícone na barra de ferramentas “Define Trend”. Aparecerá, de seguida, uma janela que permite
efetuar a seleção das variáveis desejáveis. Para tal, selecionasse a opção “Tag Search” e
escolhe-se a opção “Tag Search”. Esta sequência é ilustrada na figura 5.9 (B).
A
B
Fig. 5.9 – Iniciação o PI ProcessBook. Criar novo projecto (A); Seleção das variáveis (B).
Em seguida é apresentada uma nova janela onde todas as variáveis armazenadas na base de
dados são listadas (figura 5.10 (A)). Nesta janela existem filtros para ajudar a selecionar as
variáveis pretendidas. De forma ilustrativa, na figura 5.10 (B) foi selecionada a variável que
permite visualizar a velocidade em rpm do eixo no grupo I. Os nomes das variáveis no PI
ProcessBook são idênticos ao PI, pelo que que as variáveis necessárias à caracterização dos
arranques não serão mencionadas no presente subcapítulo.
A
B
Fig. 5.10 – Janela de seleção das variáveis (A); Seleção de tempo e amostragem da velocidade do rotor (B).
Após selecionar a variável desejada é necessário ajustar o período de tempo ao qual se
pretende analisar a evolução da variável. Para alterar o período de tempo é necessário clicar
no ícone de tempo existente na barra de tarefas do PI ProcessBook (seta a vermelho na figura
5.10 (B). Os passos de seleção de tempo e o resultado final estão ilustrados na figura 5.10 (B).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
105
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.3 – Estudo Prático da Caracterização dos Arranques
Com o estudo da caracterização dos arranques da Central de Ciclo Combinado de Lares
pretendeu-se identificar as curvas características de cada tipo de arranque. Como referido
anteriormente, os arranques são caracterizados pelas horas de paragem e pela temperatura do
metal da TV. É de salientar que todos os valores apresentados neste estudo têm como base
valores reais disponibilizados pela EDP Produção e pela Central de Ciclo Combinado de
Lares. Neste estudo, foram considerados três tipos de arranques como ilustrado no quadro 5.6.
Este são classificados em função das horas de paragem.
Quadro 5.6 - Classificação dos arranques para efeitos de estudo das curvas características.
Frio
Tipo
Tempo de paragem >72 Horas
Morno
8< Horas < 72
Quente
< 8 Horas
Desta forma, foi elaborada uma curva característica para cada tipo de arranque em função
da temperatura do metal da turbina a vapor de alta pressão. As curvas características estão
listadas da seguinte forma:
 Arranques a quente até 8 horas de paragem;
 Arranques a morno com a temperatura do metal superior a 400 ºC;
 Arranques a morno com a temperatura do metal inferior a 400 ºC;
 Arranque a frio com a temperatura do metal superior a 204 ºC;
 Arranque a frio com a temperatura do metal inferior a 204 ºC;
O resultado do estudo de cada arranque é apresentado sob forma de tabela por tipo onde
todos os valores relevantes de cada arranque são indicados. As tabelas estão organizadas por
separadores. Cada separador faz referência a um determinado tipo de dado.
 Horas de paragens – Indica o tempo em que o grupo esteve parado;
 Tempos de espera – Indica o tempo de espera de determinados acontecimentos tais
como: aceitação das condutividades, mínimo técnico, aquecimento
do vapor e do metal da turbina a vapor de alta pressão;
 Temperaturas – Indica a temperatura da TV e do vapor de média e alta pressão no
instante imediatamente a seguir ao sincronismo;
 Gradiente subida vapor AP – Indica o gradiente e aquecimento do vapor AP antes e
depois da conclusão do temperature matching sequence.
106
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.3.1 – Metodologia de Cálculo
Determinar a energia produzida:
Para determinar a energia produzida durante a sequência de arranque efetuou-se a
integração da curva de potência em relação ao tempo. A integração da curva de potência pode
ser efetuada graficamente ou algebricamente. O método usado neste estudo foi o método
algébrico (através da análise numérica do PI).
Deste modo, a energia produzida é apresentada em blocos de 15 minutos, englobando, no
total 900 amostras por cada bloco (um valor de potência por cada segundo). O cálculo de
integração foi efetuado de forma automática através do Excel tendo em consideração a
expressão (5.2).
∑
(5.2)
Onde:
 ∑ Potência 15 min – Somatório de todos os valores de potência referente aos 15 minutos;
 Nº amostras – Número de amostras incluídas no somatório da Potência (900 amostras);

– Como a energia é expressa em MegaWatt hora (MWh) e a hora está dividida em
quatro períodos idênticos (quinze minutos cada), foi necessário multiplicar o
resultado por 0,25 (referente a um quarto da hora)
Determinar o gradiente de aquecimento do vapor:
Para efetuar o cálculo do gradiente de aquecimento do vapor foi necessário contabilizar o
número de amostras desde o sincronismo até à temperatura nominal do vapor alta
pressão (560 ºC). Foi ainda efetuada a distinção do gradiente antes e após a conclusão do
processo de aquecimento do metal da turbina a vapor (temperature matching sequence). Deste
modo, o cálculo foi efetuado da seguinte forma:
 Para determinar o gradiente de aquecimento do vapor antes da conclusão do
temperature matching sequence foi considerada a expressão (5.3).
(5.3)
 Para determinar o gradiente de aquecimento do vapor após a conclusão do temperature
matching sequence foi considerada a expressão (5.4).
(5.4)
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
107
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.3.2 – Informações Sobre a Curva de Potência
A curva de potência permite visualizar dados que não vêm de forma implícita no estudo
efetuado. Deste modo, pretende-se elucidar o significado de certos termos e a sua influência
na curva de potência. A figura 5.11 indica o comportamento típico de um arranque a quente.
Através da curva de potência ativa é possível visualizar por exemplo o tempo de aquecimento
do metal da turbina a vapor e o momento de admissão de vapor a turbina.
Velocidade
Velocidade RPM
300
Sincronismo
3000
250
Temperature
Matching
Sequence
2500
2000
1500
Turbina
Vapor
Admissão
de vapor na TV AP (%)
Spinning
Reserve
1000
200
150
Aceitação das
condutividades
500
50
0
10:00
9:48
9:36
9:24
9:12
9:00
8:48
8:36
8:24
8:12
8:00
7:48
7:36
7:24
7:12
7:00
6:48
6:36
6:24
6:12
6:00
5:48
5:36
5:24
5:12
5:00
0
100
MW; % Vlv. Vapor AP
3500
Potência
-50
Fig. 5.11 – Exemplo ilustrativo de uma curva características [1].
 Arranque do grupo até ao sincronismo - Este procedimento demora aproximadamente
28 minutos e coincide com o tempo de sincronismo (3000 rpm). Nos primeiros 15 minutos
a TG mantém uma velocidade aproximada de 750 rpm. Após este período a velocidade da
mesma diminui de forma a permitir a ignição da chama nos queimadores da TG.
 Spinnig reserve: Indica o fim do processo de aquecimento da caldeira recuperativa.
 Temperature Matching Sequence: Durante o aquecimento da turbina a vapor a curva de
potência tende a ser constante. Nesta fase, o aquecimento da TV é controlado através da
abertura faseada da válvula de amissão de vapor à TV. O tempo de aquecimento da TV
varia em função da temperatura inicial do metal da TV, da temperatura inicial do vapor e
do diferencial verificado entre a temperatura do vapor e do metal da turbina durante a
sequência de arranque. O diferencial da temperatura do vapor e do metal da TV deve ser
inferior a 60 ºC durante a sequência de arranque. Deste modo, a válvula de admissão de
vapor abre progressivamente de forma a ajustar o aquecimento do metal da TV em função
da temperatura verificada do vapor.
 Aceitação das condutividades: A aceitação das condutividades indica ao operador que o
vapor se encontra com a qualidade necessária para ser admitido à TV. Após a aceitação
das condutividades, a válvula de admissão de vapor abre totalmente correspondendo um
incremento de potência substancial como ilustrado na figura 5.11.
108
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.3.3 – Caracterização dos Arranques a Quente
Os arranques a quente, por apresentarem um número reduzindo de horas de paragens,
tornam-se arranques rápidos se comparados aos arranques a morno ou a frio, podendo variar
entre 50 minutos a 1h40m. Neste tipo de arranque, a temperatura do metal da TV AP ainda se
encontra elevada, tipicamente acima de 500 ºC. No quadro 5.7 é possível visualizar os dados
relativos aos arranques a quente tidos em consideração no estudo da curva característica.
Quadro 5.7 – Resumo dos arranques a quente.
Tempo de espera
Tempo
Paragem
Sincr.
1h42m
2h15m
2h58m
4h14m
4h15m
4h25m
4h30m
4h30m
4h40m
5h00m
5h00m
5h09m
5h13m
5h27m
5h30m
5h35m
5h45m
5h45m
5h45m
6h00m
6h06m
6h15m
6h15m
6h39m
6h45m
7h00m
7h45m
00:29:24
00:32:06
00:29:24
00:29:25
00:29:29
00:30:53
00:30:56
00:30:00
00:29:27
00:31:24
00:28:57
00:29:25
00:31:31
00:28:55
00:31:54
00:31:25
00:37:00
00:30:21
00:29:54
00:29:29
00:29:26
00:29:23
00:28:58
00:31:55
00:29:53
00:29:25
00:40:10
Temperaturas Iniciais (ºC), t=0s
Gradiente subida
Vapor AP ºC/min
Temp. Match
Compl
Antes
Após
Aqueci.
Abertura
temp match
Conduti Min Tec vapor AP
Valv AP
complete
(560 ºC)
100%
Temp.
Temp.
Temp.
Vapor
Vapor
Metal AP
AP
MP
Temp.
Metal
MP
00:07:20
00:44:54
00:09:08
00:30:53
00:31:42
00:57:47
00:04:03
00:26:52
01:01:02
00:29:25
01:00:47
01:01:09
00:56:56
00:24:19
00:57:40
00:56:58
01:00:19
00:56:06
00:58:09
01:00:12
00:29:56
00:48:23
00:59:19
00:47:18
00:18:51
00:30:30
00:53:04
00:43:29
00:15:33
00:57:42
00:50:22
00:46:05
00:20:08
01:05:13
00:44:35
00:13:39
00:44:24
00:14:11
00:15:11
00:14:20
00:50:13
00:43:34
00:14:00
00:13:49
00:24:15
00:15:32
00:28:09
00:40:59
00:30:24
00:18:06
00:27:30
00:39:47
00:37:23
00:13:30
475,53
390,10
446,89
418,76
393,22
332,14
342,98
322,06
339,59
319,34
326,08
324,12
317,12
310,50
316,15
396,05
320,80
318,28
317,46
319,68
301,97
380,42
364,46
298,59
396,17
299,93
338,76
538,96
501,78
534,61
523,72
525,78
525,09
523,55
526,07
518,42
521,45
520,55
518,54
521,46
519,34
517,04
518,24
516,35
519,03
515,97
517,30
513,68
514,64
514,28
511,86
512,96
508,42
510,38
438,46
425.43
430,43
431,44
399,32
371,14
412,51
414,28
415,10
381,03
404,84
362,06
380,99
372,79
369,74
437,37
361,87
375,66
357,34
399,05
377,47
432,49
435,81
360,50
434,11
368,79
407,52
505,67
490,60
486,80
468,94
475,28
475,76
473,78
473,17
464,14
461,92
460,28
462,33
461,71
457,65
452,99
451,96
451,19
453,92
451,89
453,06
447,23
447,16
449,12
438,85
439,72
430,79
430,72
1,37
2,70
1,48
1,54
1,89
2,91
2,96
3,22
2,77
3,14
2,96
2,96
3,25
3,20
2,30
1,99
3,06
2,86
3,16
2,57
3,44
2,10
2,36
3,96
2,69
3,63
3,00
1,69
1,57
1,49
1,49
1,65
1,57
1,53
1,41
1,42
1,47
1,52
1,64
1,52
1,45
1,39
1,57
1,50
1,57
1,66
1,58
1,65
1,30
1,49
1,50
1,57
1,71
1,51
01:09:07 00:31:11
01:37:18 01:05:13
00:44:38 00:13:30
349,15
475,53
298,59
518,87
538,96
501,78
397,39
438,46
357,34
459,88
505,67
430,72
2,72
3,96
1,37
1,53
1,71
1,30
00:50:49
01:00:27
01:06:50
01:21:15
01:17:47
01:17:55
01:09:16
01:11:27
01:14:41
01:13:49
01:14:58
01:16:20
01:11:16
01:14:32
01:41:14
01:10:58
01:14:08
01:20:21
01:13:41
01:28:21
01:10:55
01:18:47
01:17:25
01:14:48
00:58:38
01:07:53
01:06:34
00:58:24
01:08:26
01:16:19
01:32:09
01:30:16
01:24:33
01:20:29
01:22:33
01:27:37
01:24:19
01:26:14
01:25:47
01:22:18
01:26:11
01:52:02
01:26:17
01:25:34
01:31:03
01:23:30
01:38:59
01:23:03
01:30:22
01:28:32
01:15:34
01:08:35
01:19:20
01:24:16
Média 00:30:46 00:42:20 01:13:31 01:24:10
Máximo 00:40:10 01:01:09 01:41:14 01:52:02
Mínimo 00:28:55 00:04:03 00:50:49 00:58:24
00:44:38
00:55:09
01:02:42
01:18:16
01:14:43
01:11:12
01:05:42
01:07:13
01:11:14
01:09:43
01:11:15
01:12:14
01:07:45
01:11:13
01:37:18
01:07:11
01:11:12
01:16:43
01:09:14
01:24:16
01:07:15
01:14:16
01:13:17
01:00:11
00:54:43
01:04:10
01:03:12
Condutividade – A aceitação das condutividades neste tipo de arranque varia entre 4 minutos
e 1 hora, apresentando em média um tempo de espera de 42 minutos.
Mínimo técnico – Os tempos de espera até atingir o mínimo técnico variam entre 50 minutos
e 1h41m apresentando em média um tempo de espera de 1h13m.
Aquecimento vapor AP – Tendo em consideração as temperatura elevadas do vapor AP
(298 a 475 ºC), o tempo de espera torna-se reduzido e varia entre 58 minutos
e 1h52m, apresentando em média um tempo de espera de 1h24m.
Temperature matching sequence – O tempo de aquecimento da TV varia entre 44 minutos e
1h37m. O tempo de espera associado ao aquecimento da TV é reduzido
devido as temperaturas elevadas registadas no metal da TV AP.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
109
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Através da curva da figura 5.12, é possível prever o comportamento da curva de potência
ativa na sequência de arranque. Nesta é possível visualizar uma reta a vermelho que indica o
tempo de espera médio de aceitação das condutividades, a reta a verde representa o tempo
médio de espera até ao mínimo técnico. Pela curva característica da figura 5.12 é possível
observar que o mínimo técnico demora aproximadamente 1h20m, mais 7 minutos em relação
à média aritmética calculada no quadro 5.7. A discrepância entre o tempo de espera do
mínimo técnico ilustrado na curva característica (figura 5.12) e o calculado no quadro 5.7 é
devida apenas ao método usado para o determinar. Deste modo, a média aritmética efetuada
no quadro 5.7 não tem em consideração o comportamento da curva de potência ao longo da
fase de arranque. Por seu turno, o método gráfico (figura 5.12) tem em consideração os
valores da potência ao longo da sequência de arranque (efetua-se uma média do valor da
potência de todos arranques considerados por cada instante). Este facto leva a que o
comportamento da curva característica seja influenciado pelo comportamento da curva de
potência de cada arranque. Este acontecimento é comum a todas as curvas características, pelo
que não se voltará a efetuar referência a este acontecimento.
Potência
200 MW
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Curva Característica Arranque a Quente
Tempo (mn)
Fig. 5.12 – Curva característica de arranque a quente.
Quadro 5.8 – Energia média produzida na sequência de arranque a quente.
Tempo (mn)
MWh
0-15
8,28
1º Hora
15-30 30-45
12,10 12,33
45-60
15,21
2º Hora
0-15
15-30
31,43 50,94
Sincronismo à hora
O quadro 5.8 indica o valor médio da energia produzida na fase de arranque deste tipo de
arranque. Os valores da energia descritos no quadro 5.8 são obtidos através da integração da
curva característica ilustrada na figura 5.12. A energia produzida na sequência de arranque é
apresentada em blocos de 15 minutos desde do sincronismo até ao mínimo técnico. A energia
injetada no SEE é contabilizada em períodos de 1 hora. Neste tipo de arranque foi
considerado que sincronismo ocorreu à hora e o tempo de espera médio pelo mínimo técnico é
aproximadamente de 1h15m (quadro 5.7). Assim, o operador da Central Termoelétrica tem 45
minutos para ajustar a potência ativa gerada em função da energia solicitada na ID. Do estudo
dos arranques a quente, conclui-se que os fatores que indicaram maiores variações entre
arranques foram o tempo de espera das condutividades e o gradiente de aquecimento de
vapor.
110
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.3.4 – Caracterização dos Arranques a Morno
De forma a determinar a curva característica dos arranques a morno com maior fiabilidade,
procedeu-se à distinção dos arranques pela temperatura do metal da TV de alta pressão. Deste
modo, foram elaboradas curvas características distintas para os arranques que apresentaram
temperaturas do metal da TV AP superiores e inferiores a 400 ºC. Os arranques a morno
tornam-se mais prolongados se comparados aos arranques a quente, pois as temperaturas do
vapor e do metal da TV são mais baixas, variando tipicamente entre, 322 ºC e 496 ºC.
Curva característica para temperatura do metal da TV alta pressão superior a 400 ºC:
Quadro 5.9 – Resumo dos arranques a morno com temperatura do metal da TV AP superior a 400 ºC.
Tempo de espera
Temperaturas (ºC) t=0s
01:17:45
01:30:12
02:07:01
02:07:10
01:43:08
02:03:12
01:55:59
01:50:03
01:25:34
01:56:56
01:48:58
02:05:08
02:00:34
01:52:18
02:20:43
02:11:02
01:43:38
02:16:14
03:11:17
Aq vapor
AP
(560 ºC)
01:23:53
01:51:51
02:28:00
02:31:03
02:07:49
02:25:43
02:22:04
02:11:30
01:50:06
02:22:37
02:14:45
02:27:51
02:26:58
02:17:24
02:38:26
02:36:59
02:12:16
02:37:15
03:31:07
temp
match
complete
01:04:43
01:26:19
02:01:53
02:03:23
01:38:49
01:55:53
01:52:20
01:46:20
01:22:14
01:53:22
01:44:48
02:01:24
01:57:28
01:47:20
02:17:25
02:07:23
01:39:19
02:02:26
03:06:34
Abertura
Valv AP
100%
00:47:18
00:23:55
02:46:32
00:30:04
00:43:02
00:53:27
00:45:26
00:49:23
00:46:04
00:57:12
00:42:51
01:20:36
01:27:09
00:52:25
01:19:17
01:40:44
00:53:38
01:13:06
01:11:01
Temp
Vapor
AP
286,28
260,42
271,36
248,03
317,73
270,06
297,59
378,31
299,88
364,72
353,64
274,39
329,37
327,09
265,39
280,36
370,67
345,72
216,49
Temp
Metal
AP
495,66
484,19
489,60
461,52
437,44
436,94
432,63
427,49
413,10
426,97
423,25
423,72
418,66
422,10
414,60
410,42
415,76
410,91
409,91
Temp
Vapor
MP
351,03
316,27
315,76
284,35
305,26
301,08
289,18
306,68
304,21
301,26
302,10
291,00
288,45
286,56
273,23
252,39
289,44
270,56
230,71
Temp
Metal
MP
404,09
385,20
350,41
353,61
324,24
284,34
308,13
291,43
321,71
274,42
321,07
278,70
242,62
291,54
265,86
209,16
290,77
207,03
215,02
Media 00:30:48 00:58:05 01:58:15
Máximo 00:45:31 02:00:16 03:11:17
Mínimo 00:20:00 00:20:29 01:17:45
02:20:56
03:31:07
01:23:53
01:53:08
03:06:34
01:04:43
01:03:19
02:46:32
00:23:55
303,03
378,31
216,49
434,47
495,66
409,91
292,61
351,03
230,71
295,76
404,09
207,03
Horas
Paragem
Sincron
Conduti Min Tec
9h20m
11h00m
11h45m
15h49m
25h00m
25h01m
26h00m
26h04m
27h00m
27h45m
27h52m
28h00m
29h00m
29h01m
30h17m
31h00m
31h00m
32h0m
33h23m
00:29:23
00:30:25
00:45:31
00:29:52
00:32:25
00:30:26
00:32:29
00:28:59
00:29:29
00:31:27
00:32:04
00:29:29
00:29:22
00:31:27
00:20:00
00:29:26
00:31:28
00:29:25
00:31:56
00:30:27
01:06:17
00:20:29
01:37:06
01:00:06
01:09:45
01:10:33
01:00:40
00:39:30
00:59:44
01:06:07
00:44:32
00:33:25
00:59:53
01:01:26
00:30:18
00:50:00
01:03:08
02:00:16
Gradiente subida
Vap AP ºC/min
Temp Match
Compl
Antes
Após
3,69
1,81
3,02
1,52
1,97
1,76
2,13
1,79
1,89
1,88
2,00
1,95
1,83
1,93
1,16
2,31
2,52
1,85
1,21
2,00
1,42
1,92
1,91
2,04
1,49
1,90
1,63
1,94
1,89
1,73
1,73
1,69
1,31
1,82
1,17
2,37
1,53
2,37
1,87
3,69
1,16
1,92
2,37
1,52
Condutividade: A aceitação das condutividades neste tipo de arranque varia entre 20 minutos
e 2 horas apresentando, em média, um tempo de espera de 58 minutos.
Mínimo técnico: Os tempos de espera, até atingirem o mínimo técnico, variam entre 1h17m e
3h11m, apresentando, em média, um tempo de espera de 1h58m.
Aquecimento vapor AP: Os tempos de espera pelo aquecimento do vapor AP variam entre
1h23m e 3h31m apresentando, em média, um tempo de espera de 2h20m.
Temperature matching sequence: O tempo de aquecimento da TV varia entre 1h04m e
3h06m apresentando, em média, um tempo de espera de 1h53m.
Da análise do quadro 5.9 conclui-se que o tempo de espera pela aceitação das
condutividades, do aquecimento do vapor e do mínimo técnico são as variáveis que mais
variações obtiveram entre arranques. Este acontecimento justifica-se pela temperatura do
vapor, que apresenta valores substancialmente inferiores a temperatura do metal da TV AP.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
111
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Potência MW
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Curva Característica Arranque a Morno Temp. TV AP > 400 ºC
Tempo (mn)
Fig. 5.13 – Curva característica de arranque a morno com temperatura do metal da TV AP superior a 400 ºC.
Quadro 5.10 – Energia média produzida no arranque a morno. Temperatura do metal da TV AP superior a 400 ºC.
Tempo (mn)
MWh
0-15
4,48
1 Hora
15-30
30-45
7,90
8,33
Sincronismo à hora
45-60
9,18
0-15
12,87
2 Hora
15-30
30-45
17,60
22,74
45-60
34,32
0-15
48,50
3 Hora
15-30
30-45
55,52
56,63
45-60
58,06
Ajuste nos últimos 45 mn. da hora
A curva característica para os arranques a morno com a temperatura do metal da turbina a
vapor superior a 400 ºC encontra-se ilustrada na figura 5.13. Verifica-se que neste tipo de
arranque o tempo de espera desde o sincronismo até ao mínimo técnico difere ao verificado na
análise numérica (quadro 5.9) e na análise gráfica (figura 5.13), correspondendo em média a
10 minutos.
A energia produzida na sequência de arranque está apresentada no quadro 5.10. Neste tipo
de arranque a morno foi considerado que sincronismo ocorreu à hora e o tempo de espera
médio pelo mínimo técnico é de 2h15m. Assim, segundo a curva característica, o operador da
Central Termoelétrica tem 45 minutos para ajustar a potência elétrica gerada em função das
energias solicitadas na ID.
112
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Curva característica para temperatura do metal da TV alta pressão inferior a 400 ºC:
Quadro 5.11 – Resumo dos arranques a morno com temperatura do metal da TV AP inferior a 400 ºC.
Tempo de espera
Temperaturas (ºC) t=0s
Gradiente subida
Vap AP ºC/min
Temp Match
Compl
Antes Depois
Sincron Conduti Min Tec
Aq vapor
Abertura
temp match
AP
Valv AP
complete
(560 ºC)
100%
Temp
Vapor
AP
Temp
Metal
AP
Temp
Vapor
MP
Temp
Metal
MP
00:28:55
00:33:26
00:30:55
00:29:00
00:29:54
00:29:25
00:31:23
00:29:25
00:35:25
00:40:27
00:31:08
00:29:24
01:54:04
03:06:09
02:31:54
03:31:13
02:52:04
02:38:40
03:31:43
03:15:51
02:34:31
02:52:54
03:33:37
03:19:38
01:25:15
02:43:01
02:01:25
03:03:35
02:28:28
02:02:58
03:02:33
02:49:34
02:04:55
02:23:55
03:10:33
02:58:34
00:59:24
01:48:16
01:05:04
01:41:44
01:32:11
01:16:01
01:07:06
01:22:07
01:08:21
01:25:41
01:13:46
01:57:38
273,42
297,73
286,64
192,13
175,04
227,96
186,77
173,18
286,35
221,64
179,18
165,34
386,68
362,64
364,17
359,78
346,90
354,10
353,45
347,87
353,01
352,58
335,98
322,72
242,50
225,65
210,56
205,44
185,13
219,31
166,15
173,90
195,94
205,38
171,77
288,61
209,56
278,54
163,31
227,98
242,39
264,89
259,98
270,97
232,61
254,00
155,92
2,75
1,26
1,77
1,70
2,23
2,06
1,74
1,97
1,73
1,97
1,72
1,95
1,81
2,47
1,93
2,00
2,29
2,26
1,88
1,98
1,96
1,90
2,32
2,22
Média 00:31:34 01:13:09 02:36:15 02:58:32
Máximo 00:40:27 02:01:32 03:15:18 03:33:37
Mínimo 00:28:55 00:29:31 01:28:55 01:54:04
02:31:14
03:10:33
01:25:15
01:23:07
01:57:38
00:59:24
222,11
297,73
165,34
353,32
386,68
322,72
200,16
242,50
166,15
237,40
288,61
155,92
1,90
2,75
1,26
2,08
2,47
1,81
Horas
Paragem
36h58m
49h00m
49h30m
49h04m
50h00m
51h00m
51h03m
51h03m
52h00m
53h44m
58h00m
62h05m
00:29:31
00:59:38
01:00:31
01:28:04
01:00:03
01:00:11
01:59:33
01:30:52
01:00:24
01:01:47
02:01:32
01:05:37
01:28:55
02:47:54
02:05:35
03:09:48
02:32:14
02:16:12
03:06:39
02:52:59
02:08:45
02:27:28
03:15:18
03:03:15
Condutividade: A aceitação das condutividades neste tipo de arranque varia entre 30 minutos
e 2 horas apresentando, em média, um tempo de espera de 1h13m.
Mínimo técnico: Os tempos de espera até ao mínimo técnico variam entre 1h28 e 3h15m
apresentando,
em
média,
um
tempo
de
espera
de
2h36m.
Aquecimento vapor AP: Os tempos de espera pelo aquecimento do vapor AP variam entre
1h54m e 3h33m apresentando, em média, um tempo de espera de 2h58m.
Temperature matching sequence: O tempo de aquecimento da TV varia entre 1h25m e 3h10,
apresentando uma média aritmética de 2h31m.
Da análise do quadro 5.11 conclui-se que o tempo de espera da aceitação das
condutividades e do mínimo técnico são as variáveis que mais variações obtiveram entre cada
arranque. Este acontecimento justifica-se pela temperatura inicial do vapor, que apresenta
valor substancialmente inferior a temperatura do metal da turbina a vapor AP.
Através dos quadros obtidos na caracterização de arranques a morno (quadro 5.9 e 5.11), é
possível verificar a existência de diferenças entre os tempos de espera máximos e mínimos.
Constata-se que os arranque a morno com temperatura do metal da turbina a vapor superior a
400 ºC (quadro 5.9) apresentam tempos de espera inferiores aos verificados nos arranques a
morno com temperaturas do metal da turbina a vapor inferiores a 400 ºC (quadro 5.11).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
113
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Potência MW
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Curva Característica Arranque a Morno Temp. TV AP < 400 ºC
Tempo (mn)
Fig. 5.14 – Curva característica de arranque a morno com temperatura do metal da TV AP inferior a 400 ºC.
Quadro 5.12 – Energia média produzida no arranque a morno. Temperatura do metal da TV AP inferior a 400 ºC.
Tempo (mn)
MWh
0-15
4,45
1 Hora
15-30 30-45
6,13
6,51
45-60
6,30
0-15
8,58
2 Hora
15-30 30-45
10,36
13,31
Sincronismo à hora
45-60
16,30
0-15
21,91
3 Hora
15-30 30-45
31,75
37,54
45-60
44,67
4 Hora
0-15
63,88
Ajuste nos últimos 15 mn. da hora
A curva característica para os arranques a morno com a temperatura da TV inferior a
400 ºC encontra-se ilustrada na figura 5.14. É possível verificar que neste tipo de arranque a
morno o tempo de espera até ao mínimo técnico difere do valor verificado na análise
numérica (quadro 5.11) e na análise gráfica (figura 5.14), correspondendo em média a 25
minutos.
A energia produzida na sequência de arranque está apresentada no quadro 5.12. Neste tipo
de arranque a morno foi considerado que sincronismo ocorreu à hora e o tempo de espera
médio pelo mínimo técnico foi de 2h45m. Assim, segundo a curva característica, o operador
da Central Termoelétrica tem 15 minutos para ajustar a potência elétrica gerada em função da
energia solicitada na ID.
Da obtenção das curvas características dos arranques a morno, conclui-se que o tempo de
espera até ao mínimo técnico é superior nos arranques cuja temperatura do metal da TV de
alta pressão é inferior a 400 ºC. Graficamente, é possível analisar o comportamento das
curvas características dos arranques a morno. Verifica-se que a curva característica dos
arranques cuja temperatura do metal da TV é inferior a 400 ºC (figura 5.14) é mais irregular.
Este facto reflete-se na energia elétrica produzida (quadro 5.12) uma vez que esta é
significativamente inferior a verificada nos arranques a morno com temperatura do metal da
TV superior a 400 ºC (quadro 5.10). É possível igualmente efetuar uma comparação referente
a energia produzida na sequência dos arranques a quente e a morno. Constata-se com base nos
quadros 5.8, 5.10 e 5.12, que nos arranques a morno a energia produzida (quadro 5.10 e 5.12)
é substancialmente inferior se comparada a energia gerada nos arranques a quente (quadro
5.8). Esta situação deriva do tempo de espera verificado desde do sincronismo até ao mínimo
técnico ser mais extenso nos arranques a morno.
114
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.3.5 – Caracterização dos Arranques a Frio
De forma a determinar a curva característica dos arranques a frio com maior fiabilidade,
procedeu-se à distinção dos arranques pela temperatura do metal da TV de alta pressão. Deste
modo, foram elaboradas curvas características distintas para os arranques que apresentaram
temperaturas do metal da TV AP superiores e inferiores a 204 ºC. Este tipo de arranque é
mais complexo e demorado em comparação aos arranques a quente e a morno. Neste tipo de
arranque a temperatura do metal da turbina a vapor de alta pressão apresenta, tipicamente,
valores entre 92 ºC e 303 ºC. Devido as baixas temperaturas do metal da TV a queima do gás
pela TG é ajustada em função do diferencial de temperatura entre o metal da TV e do vapor.
Curva característica para temperatura do metal da turbina alta pressão superior a 204 ºC:
Quadro 5.13 – Resumo dos arranques a frio com temperatura do metal da TV AP superior a 204 ºC.
Tempo de espera
Temperaturas (ºC) t=0s
03:12:41
03:24:09
04:21:11
03:49:57
03:25:49
03:08:10
03:50:29
03:36:01
03:09:52
03:38:23
03:35:14
Aq vapor
temp match
AP
complete
(560 ºC)
03:36:15 03:08:40
03:46:12 03:31:10
04:46:58 04:17:53
04:10:20 03:46:13
03:51:04 03:22:19
03:32:27 03:04:39
04:04:26 03:36:13
03:59:14 03:32:12
03:33:51 03:06:05
04:02:26 03:34:43
03:56:22 03:31:41
Abertura
Valv AP
100%
02:26:24
02:36:38
01:17:53
02:31:38
01:52:22
02:00:46
02:16:06
02:22:25
02:06:52
02:09:13
02:08:23
Temp
Vapor
AP
169,4
219,3
266,0
170,3
146,3
172,2
132,0
112,0
152,0
103,1
86,3
Temp
Metal
AP
303,3
301,5
294,0
256,3
259,6
250,6
248,6
251,9
217,9
208,7
212,2
Temp
Vapor
MP
161,4
168,0
125,2
118,8
124,7
126,1
104,7
82,2
93,1
93,2
Temp
Metal
MP
167,8
153,8
236,4
143,9
193,2
136,9
124,0
214,2
174,2
125,2
116,3
03:33:49
04:21:11
03:08:10
03:56:20
04:46:58
03:32:27
02:09:53
02:36:38
01:17:53
157,2
266,0
86,3
255,0
303,3
208,7
119,7
168,0
82,2
162,4
236,4
116,3
Horas
Paragem
Sincron
Conduti
Min Tec
74h00m
74h30m
85h00m
98h23m
98h30m
100h00m
102h40m
105h15m
110h30m
125h40m
126h30m
00:29:58
00:30:56
00:31:58
00:29:56
00:28:56
00:31:00
00:29:25
00:29:54
00:35:26
00:29:57
00:46:09
00:46:17
00:47:31
03:03:19
01:18:19
01:33:27
01:07:25
01:34:23
01:13:36
01:03:00
01:29:10
01:26:51
Média
Máximo
Mínimo
00:32:09
00:46:09
00:28:56
01:14:00
03:03:19
00:46:17
03:30:10
04:17:53
03:04:39
Gradiente subida
Vap AP ºC/min
Temp Match
Compl
Antes Depois
1,81
1,84
1,41
2,29
1,19
1,82
1,49
2,18
1,77
1,93
1,81
1,91
1,73
1,79
1,86
1,93
1,96
1,90
1,89
1,89
1,99
2,11
1,72
1,99
1,19
1,96
2,29
1,79
Condutividade: A aceitação das condutividades neste tipo de arranque varia entre 46 minutos
e 1h34m apresentando, em média, um tempo de espera de 1h14m minutos.
Mínimo técnico: Os tempos de espera até atingir o mínimo técnico variam entre 3h08m e
4h21m apresentando, em média, um tempo de espera de 3h33m.
Aquecimento vapor AP: Os tempos de espera pelo aquecimento do vapor AP variam entre
3h32m e 4h46m apresentando, em média, um tempo de espera de 3h56m.
Temperature matching sequence: O tempo de aquecimento da TV varia entre 3h04m e 4h17
apresentando uma média aritmética de 3h30m.
Da análise do quadro 5.13 verifica-se que os gradientes de aquecimento do vapor são
inferiores se comparados aos verificados nos arranques a quente e a morno. Este
acontecimento deve-se às baixas temperaturas verificadas no metal da turbina a vapor de alta
pressão. Como consequência direta, a abertura da válvula de admissão de vapor AP é mais
lenta tornando os arranques mais demorados, estendendo-se até 4h21m.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
115
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Potência MW
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Curva Característica Arranque a Frio Temp. TV AP > 204 ºC
Tempo (mn)
Fig. 5.15 – Curva característica de arranque a frio com temperatura do metal da TV AP superior a 204 ºC.
Quadro 5.14 – Energia média produzida no arranque a frio. Temperatura do metal da TV AP superior 204 ºC.
1 Hora
Tempo (mn) 0-15 15-30 30-45 45-60
4,3 4,2
3,6
3,7
MWh
Sincronismo à hora
2 Hora
0-15 15-30 30-45 45-60
4,3
5,3
6,0
6,7
3 Hora
4 Hora
0-15 15-30 30-45 45-60 0-15 15-30 30-45 45-60
6,8
8,3
10,0 13,5 20,9 30,1 46,6 58,6
Ajuste nos últimos 15 mn. da hora
A curva característica para os arranques a frio com a temperatura da turbina a vapor
superior a 204 ºC encontra-se ilustrada na figura 5.15. Verifica-se que neste tipo de arranque o
tempo de espera desde do sincronismo até ao mínimo técnico difere ao verificado na análise
numérica (quadro 5.13) e na análise gráfica (figura 5.15), correspondendo em média a 7
minutos.
A energia produzida na sequência deste tipo de arranque está apresentada no quadro 5.14.
Neste tipo de arranque a frio foi considerado que sincronismo ocorreu à hora e o tempo de
espera médio desde do sincronismo até ao mínimo técnico foi de 3h45m. Assim, segundo a
curva característica, o operador da Central Termoelétrica tem 15 minutos para ajustar a
potência elétrica gerada em função da energia solicitada na ID.
116
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Curva característica para temperatura do metal da turbina alta pressão inferior a 204 ºC:
Quadro 5.15 – Resumo dos arranques a frio com temperatura do metal da TV AP inferior a 204 ºC.
Tempo de espera
137h30m
144h00m
146h00m
147h30m
156h30m
168h00m
172h00m
267h50m
269h00m
292h40m
384h00m
00:34:53
00:31:26
00:29:29
00:34:27
00:32:57
00:29:09
00:30:00
00:29:24
00:34:02
00:29:56
00:38:04
Abertura
Valv AP
100%
02:58:25
02:08:35
01:49:59
02:25:50
02:14:32
02:01:45
02:46:40
02:33:22
02:21:46
02:35:32
02:11:50
Temp
Vapor
AP
143,3
103,5
87,1
132,5
95,6
68,9
64,3
37,0
38,7
55,0
170,9
Temp
Metal
AP
199,5
188,5
185,0
184,5
173,3
175,4
192,9
100,6
106,6
92,8
114,3
Temp
Vapor
MP
65,4
80,0
74,6
76,6
70,1
45,0
50,4
34,9
41,5
40,4
41,1
Temp
Metal
MP
144,0
111,6
122,8
115,5
121,8
145,3
180,4
106,5
123,5
129,8
149,0
Média
Máximo
Mínimo
00:32:10 01:46:47 04:09:21 04:30:15 04:03:34 02:22:34
00:38:04 02:38:48 04:56:18 05:04:32 04:37:21 02:58:25
00:29:09 01:00:06 03:17:09 03:52:38 03:23:39 01:49:59
90,6
170,9
37,0
155,8
199,5
92,8
56,4
80,0
34,9
131,8
180,4
106,5
Horas
Paragem
Sincron
Conduti
Min Tec
01:57:53
02:30:10
01:27:10
02:00:36
01:20:09
02:38:48
01:00:06
01:08:10
01:28:48
02:00:07
02:02:37
04:56:18
04:38:45
03:17:09
04:26:26
03:34:41
04:40:33
03:46:46
03:41:32
03:50:34
04:35:39
04:14:27
Aq vapor
AP
(560 ºC)
04:30:13
05:04:32
03:52:38
04:50:42
03:59:28
04:57:22
04:09:25
04:20:02
04:13:47
04:54:28
04:40:12
Temperaturas (ºC) t=0s
temp
match
complete
04:03:16
04:35:04
03:23:39
04:22:49
03:30:41
04:37:21
03:43:14
03:52:43
03:46:47
04:32:22
04:11:15
Gradiente
subida
Temp
Vap
APMatch
ºC/min
Compl
Antes Após
1,5
1,7
1,5
1,8
2,1
1,8
1,4
2,3
2,0
1,8
1,6
2,3
2,0
1,9
2,2
1,6
2,1
1,7
1,7
2,2
1,3
1,7
1,8
2,2
1,3
1,9
2,3
1,6
Condutividade: A aceitação das condutividades neste tipo de arranque varia entre 1 hora
1hora e 2h38m apresentando, em média, um tempo de espera de 1h46m.
Mínimo técnico: Os tempos de espera até atingir o mínimo técnico varia entre 3h17m e
4h56m apresentando, em média, um tempo de espera de 4h09m.
Aquecimento vapor AP: O tempo de espera de aquecimento do vapor AP varia entre 3h52m
e 5h04m apresentando, em média, um tempo de espera de 4h30m.
Temperature matching sequence: O tempo de aquecimento da TV varia entre 3h23m e4h37
apresentando uma média aritmética de 4h03m.
Da análise do quadro 5.15 verifica-se que os gradientes de aquecimento do vapor da
turbina a vapor de alta pressão são inferiores se comparados aos gradientes obtidos nos
arranques a quente e a morno. Este acontecimento deve-se às baixas temperaturas verificadas
no metal da TV AP. Como consequência direta, a abertura da válvula de admissão de vapor
AP é mais lenta tornando os arranques mais demorados, estendendo-se, em média, 4h09m.
Efetuando uma análise comparativa entre o quadro 5.13 e o quadro 5.15 verifica-se que,
nos arranques a frio com a temperatura do metal da TV inferior a 204 ºC, os tempos de espera
são mais prolongados. Este acontecimento é devido ao facto da temperatura do metal da TV
AP ser menor. Como referido anteriormente, a temperatura do metal da TV influencia
diretamente os gradientes de aquecimento do vapor (a temperatura do metal da TV deve
alcançar a temperatura do vapor). Tendo em conta que o vapor demora mais tempo a chegar a
temperatura nominal, o processo de arranque torna-se é mais lento, estendendo-se até 4h56m.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
117
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Potência MW
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Curva Característica Arranque a Frio Temp. TV AP < 204 ºC
Tempo (mn)
Fig. 5.16 – Curva característica de arranque a frio com temperatura do metal da TV AP inferior a 204 ºC.
Quadro 5.16 – Energia média produzida no arranque a frio com a temperatura do metal da TV AP inferior a 204 ºC.
1 Hora
2 Hora
3 Hora
4 Hora
5 Hora
Tempo (mn) 0-15 15-30 30-45 45-60 0-15 15-30 30-45 45-60 0-15 15-30 30-45 45-60 0-15 15-30 30-45 45-60 0-15 15-30 30-45 45-60
MWh
4,45 4,28 3,24 3,51 4,33 4,79 5,62 6,06 6,52 7,42 7,96 9,58 12,15 15,51 22,07 31,86 42,69 51,51 58,14 68,32
Sincronismo à hora
Ajuste nos últimos 30 mn. da hora
A curva característica para os arranques a frio com a temperatura do metal da turbina a
vapor inferior a 204 ºC encontra-se ilustrada na figura 5.16. É possível verificar que neste tipo
de arranque a frio o tempo de espera desde do sincronismo até ao mínimo técnico difere do
valor verificado na análise numérica (quadro 5.15) e na análise gráfica (figura 5.16),
correspondendo em média a 15 minutos.
A energia produzida na sequência de arranque está apresentada no quadro 5.16. Neste tipo
de arranque a frio foi considerado que sincronismo ocorreu à hora e o tempo de espera médio
desde do sincronismo até ao mínimo técnico foi de 4h15m. Assim, segundo a curva
característica, o operador da Central Termoelétrica tem 45 minutos para ajustar a potência
elétrica gerada em função da energia solicitada na ID.
Da obtenção das curvas características dos arranques a frio, conclui-se que o tempo de
espera desde do sincronismo até ao mínimo técnico é mais prolongado (aproximadamente 45
minutos) nos arranques cuja temperatura do metal da TV de alta pressão é inferior a 204 ºC.
É possível analisar graficamente o comportamento das curvas características dos arranques
a frio. Verifica-se que a subida de potência é mais lenta na curva característica dos arranques
cuja temperatura do metal da TV é inferior a 204 ºC (figura 5.16). Este facto reflete-se na
energia produzida na sequência de arranque (quadro 5.16). Neste tipo de arranque, as energias
produzidas nas primeiras duas horas são extremamente baixas se comparadas com as energias
produzidas nos arranques a quente e a morno no mesmo período de tempo. Pode-se considerar
que o fator mais condicionante neste tipo de arranque e que limita a subida da potência ativa
gerada está associado às temperaturas do metal da TV AP.
118
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.3.6 – Comparação das Curvas Características com as Curvas de Referência
De forma a concluir o estudo referente a caraterização dos arranques da central de Ciclo
Combinado de Lares é efetuada uma comparação entre as curvas características obtidas neste
estudo com as curvas de referência disponibilizadas pela General Electric.
Comparação das curvas de potência dos arranques a quente:
Potência MW
Curva Característica Arranque a Quente
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Tempo (mn)
Fig. 5.17 – Curva característica a quente resultante do estudo prático.
Velocidade%
%
Admissão de vapor a TV%
Potência ativa MW
MW
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10
20
30
Tempo (mn)
40
50
1h00
1h10
Fig. 5.18 – Curva de referência da General Electric dos arranques a quente.
Da análise das figuras 5.17 e 5.18 é possível visualizar que, na curva de referência, o
tempo de espera que decorre desde o sincronismo até ao mínimo técnico é menor se
comparado ao tempo de espera representado na curva característica (aproximadamente menos
45 minutos). Quanto ao comportamento da curva de potência, durante o arranque, verifica-se
que a curva de referência apresenta uma subida de carga mais rápida em comparação à subida
de carga representada na curva característica. É igualmente possível constatar que a curva
característica apresenta um tempo de aquecimento do metal da TV (Temperature Matching
Sequence) mais demoroso do que o indicado na curva de referência. Este acontecimento é
devido ao tempo de espera que decorre desde do sincronismo até ao instante em que se efetua
a admissão de vapor à TV (aceitação das condutividades). Este tempo de espera demora, em
média, mais 30 minutos do que o indicado na curva de referência.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
119
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Comparação das curvas de potência dos arranques a morno:
Potência MW
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Temperatura do metal TV AP > 400 ºC
Tempo (mn)
Fig. 5.19 – Curva característica a morno resultante do estudo com temperatura do metal da TV AP superior a 400 ºC.
Potência MW
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Temperatura do metal TV AP < 400 ºC
Tempo (mn)
Fig. 5.20 – Curva característica a morno resultante do estudo com temperatura do metal da TV AP inferior a 400 ºC.
%100
Velocidade%
Admissão de vapor a TV%
Potência ativa MW
MW
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
30
1h00
Tempo (mn)
1h30
2h00
Fig. 5.21 – Curva de referência da General Electric dos arranques a morno.
Da análise das figuras 5.19, 5.20 e 5.21 verifica-se que o tempo de espera que decorre
desde o sincronismo até ao mínimo técnico diverge significativamente entre cada curva de
potência. O aumento de carga representado nas curvas características da figura 5.19 e 5.20 é
mais lento em comparação com o ilustrado na curva de referência. Este facto pode ser
constatado pelo declive das curvas de potência. O tempo de espera pela aceitação das
condutividades após o sincronismo nas curvas características demora, em média, 1h00m e
1h15m respetivamente. Este tempo de espera contrasta com o tempo de espera indicado na
curva de referência que é aproximadamente de 20 minutos. Este facto torna os tempos de
arranques mais prolongados, uma vez que a admissão de vapor à TV demora, em média, mais
40 minutos do que o indicado na curva de referência.
120
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Comparação das curvas de potência dos arranques a frio:
Potência MW
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Temperatura do metal TV AP > 204 ºC
Tempo (mn)
Fig. 5.22 – Curva característica a frio resultante do estudo com temperatura do metal da TV AP superior a 204 ºC.
Potência MW
Temperatura do metal TV AP < 204 ºC
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Tempo (mn)
Fig. 5.23 – Curva característica a frio resultante do estudo com temperatura do metal da TV AP inferior 204 ºC.
Velocidade%
Admissão de vapor a TV%
Potência ativa MW
%
MW
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
30
1h00
1h30
2h00
Tempo (mn)
2h30
3h00
3h30
Fig. 5.24 – Curva de referência da General Electric dos arranques a frio.
Da análise das figuras 5.22, 5.23 e 5.24 verifica-se que os tempos de espera desde o
sincronismo até ao mínimo técnico divergem significativamente entre cada curva de potência.
O tempo de espera pela aceitação das condutividades após o sincronismo nas curvas
características dos arranques a frio é uma das variáveis que mais diverge em relação à curva
de referência, podendo variar tipicamente entre 1h15m e 1h45m (figura 5.22 e 5.23). Este
tempo de espera contrasta com o tempo de espera indicado na curva de referência que é
aproximadamente de 30 minutos. Este facto torna os tempos de arranques mais prolongados
uma vez que a admissão de vapor à TV demora, em média, mais 45 minutos do que o
indicado na curva de referência.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
121
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
5.4 – Conclusão do Estudo Prático dos Arranques
O estudo da caracterização dos arranques possibilitou determinar as curvas características
de cada tipo de arranque em função das horas em que o grupo se encontrou parado e da
temperatura do metal da TV AP. Foi possível concluir que o tempo que decorre desde o
sincronismo até ao mínimo técnico varia deste modo em função de três fatores,
respetivamente, das horas de paragem, da temperatura do vapor e da temperatura do metal da
turbina a vapor. De forma direta, os três fatores referidos anteriormente influenciam o
processo de aquecimento da turbina a vapor (temperature matching sequence) e o tempo de
espera pela aceitação das condutividades. Neste estudo, não foi contemplada a temperatura da
turbina a vapor de média pressão, contudo, nos arranques a morno e a frio, esta representa
igualmente um fator condicionante ao aumento de carga.
O gradiente de aquecimento do vapor é um indicador que representa o valor médio por
minuto do aquecimento do vapor AP na sequência de arranque. Conclui-se que este indicador
toma valores maiores para arranques que apresentem temperaturas mais elevadas do metal
da TV (tipicamente acima de 500 ºC). O aquecimento do vapor e, consequentemente, o
gradiente de subida da temperatura do vapor AP, estão diretamente relacionados com o
sistema de queima da turbina a gás. A queima é deste modo ajustada em função do diferencial
de temperatura verificado entre o vapor e o metal da turbina a vapor. Verifica-se que nos
arranques a quente, o gradiente de aquecimento do vapor tende a ser superior aos verificados
nos arranque a morno, por seu turno, os arranques a morno tendem a ter gradientes de
aquecimento do vapor superiores aos verificados nos arranques a frio. Este acontecimento
deve-se a forma como o controlador automático gere cada arranque em função do diferencial
da temperatura entre o vapor e o metal da TV (por questões de segurança o diferencial não
deve exceder os 60 ºC a fim de evitar choques térmicos nos componentes da TV).
Deste modo, nos arranques a quente, o vapor é aquecido de forma a chegar rapidamente a
temperatura nominal (560 ºC) uma vez que a temperatura do metal da TV já se encontra
próxima da sua temperatura nominal (560 ºC), variando tipicamente entre 501 e 538 ºC
(quadro 5.11). Nos arranques a morno e a frio, a temperatura do metal é mais baixa do que a
verificada nos arranque a quente (tipicamente inferiores a 450 ºC), deste modo, o vapor é
aquecido progressivamente em função do aumento da temperatura do metal da TV de modo a
não ultrapassar o diferencial da temperatura estabelecido (60 ºC). Se em alguma situação se
verificar um diferencial superior ao estabelecido ao longo da sequência de arranque, o grupo
desliga-se automaticamente por questões de segurança. Esta situação é deste modo
indesejável pois representa a saída de um grupo térmico do SEE e, consequentemente, gera
indisponibilidade da Central Termoelétrica sendo necessário efetuar um novo arranque.
122
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 5 – Arranques da Central Termoelétrica
Este estudo tornou-se importante na medida em que foi elaborado um histórico de 89
arranques com diversos dados associados aos arranques, tais como o comportamento da curva
de potência, as energias injetadas no SEE, a evolução da temperatura do metal da TV de AP e
MP. Através deste histórico, foram elaboradas as curvas cateterísticas de cada tipo de
arranque em função das horas de paragem e da temperatura do metal da TV AP. Este estudo
permitirá aos colaboradores da Central Temoelétrica de Lares prever o comportamento da
curva de potência em futuros arranques de forma a determinar atempadamente as energias que
a Central conseguirá injetar na rede quando esta for solicitada a entrar no SEE. Deste modo,
este estudo poderá servir como auxílio na hora de informar a UNGE sobre as energias que a
central consegue injetar no SEE atendendo ao tempo em que os grupos estiveram inativos e a
temperatura do corpo da TV. As curvas características resultantes permitiram verificar as
diferenças existentes entre estas e as curvas de referência disponibilizada pela GE 20.
No presente estudo não foi possível considerar questões operacionais 21 e/ou as decisões
tomadas pelas equipas de condução que efetuaram os arranques. Contudo, as decisões
tomadas pelas equipas de condução podem influenciar os tempos de espera de cada arranque.
As condições ambientais (temperatura e humidade do ar à entrada do compressor) podem de
igual modo influenciar o comportamento do grupo electroprodutor na sequência de arranque e
no processo de aumento de carga.
Como considerações finais conclui-se que:
 Nas curvas reais o aumento de carga está diretamente relacionado com a temperatura do
metal da turbina a vapor, e não pelas horas de paragens;
 As curvas de referência não consideram a qualidade do ciclo água/vapor;
 Nas curvas reais, o tempo de espera pela aceitação das condutividades influencia o
processo de arranque tornando-o mais incerto e mais lento devido ao comportamento da
turbina a vapor;
 Existem limitações na subida de carga nos arranques a frio e a morno devido aos
gradientes entre a temperatura do vapor e da turbina a vapor (proteção da TV de forma a
evitar choques térmicos e possíveis disparos da unidade electroprodutora);
 O tempo de sincronismo e o tempo de espera spinning reserve são cumpridos;
 Decisões operacionais podem influenciar os tempos de arranque;
 A dificuldade na obtenção da qualidade do vapor condiciona a aproximação das curvas
reais às curvas da GE;
 A sequência de arranque é automática até ao mínimo técnico (Potência ativa = 200 MW).
20
21
As curvas características disponibilizadas pela GE não consideram a qualidade do ciclo água/vapor.
As questões operacionais determinam, por exemplo, a manutenção da selagem da turbina a vapor e o vácuo no
condensador entre cada arranque.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
123
Capítulo 6 – Conclusão do Estágio
Capítulo 6 – Conclusão
A energia elétrica tornou-se a principal fonte de energia usada atualmente. A partir desta é
possível, por exemplo, obter luz, calor e força motriz. Deste modo, a energia elétrica
apresenta-se como um bem essencial ao bem-estar das pessoas e ao desenvolvimento
socioeconómico do mundo moderno, uma vez que grande parte dos avanços tecnológicos
alcançados se deve à eletricidade. De um modo geral, a eletricidade revolucionou por
completo o modo de vida do ser humano em todos os aspetos, melhorando a sua qualidade de
vida. O primeiro passo para produzir energia elétrica é obter força mecânica para acionar os
alternadores/geradores que se encontram nos centros electroprodutores. A força necessária
para acionar os alternadores pode advir de diversas fontes de energia primária, tais como,
vento, sol, hídrica ou calorífica. Os alternadores são os responsáveis pela conversão da
energia mecânica em energia elétrica. À saída dos alternadores, a energia é transportada e
distribuída aos consumidores finais. Entre os centros electroprodutores e os consumidores
finais, a energia elétrica passa por subestações com o intuito de alterar o seu nível de tensão
em função do processo a que está sujeita. Deste modo, o ciclo da energia elétrica contempla 4
processos ou etapas, respetivamente, produção, transmissão, distribuição e consumo. De
forma a garantir a estabilidade do SEE, a energia elétrica produzida deverá ser igual à energia
elétrica consumida mais as perdas associadas, por exemplo, ao transporte da mesma (ver
equação 5.1). Esta condição é essencial de forma a mitigar desequilíbrios de frequência no
SEE que podem conduzir à ocorrência de apagões parciais ou totais. De forma a mitigar
possíveis desequilíbrios, os centros electroprodutores tem automatismos (reguladores em
carga ou estatismo) que ajustam a velocidade do conjunto alternador/turbinas em função da
frequência de modo a mante-la no seu valor nominal (regulação primária).
Foi apresentado no capítulo 2 que existem diversas formas de gerar energia elétrica.
Verificou-se que a eletricidade é produzida em centros electroprodutores que podem usar
energias renováveis (vento, água, sol, biomassa) ou não renováveis (combustíveis fósseis)
como meio de obter a energia primária necessária ao processo de produção de energia elétrica.
Como os centros electroprodutores que utilizam as energias renováveis não garantem uma
produção constante de eletricidade, as centrais termoelétrica (que de modo geral utilizam
combustíveis fósseis) têm um papel fundamental no equilíbrio de um SEE.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
125
Capítulo 6 – Conclusão do Estágio
As centrais termoelétricas, por seu turno, são caraterizadas pelos ciclos termodinâmicos
que utilizam no processo de produção de eletricidade. Verificou-se que as centrais
termoelétricas de ciclo combinado, por usarem uma combinação de ciclos termodinâmicos,
apresentam rendimentos superiores aos verificados em centrais térmicas tradicionais.
O estudo relativo à caracterização dos arranques efetuados na Central de Ciclo Combinado
de Lares permitiu elaborar um histórico de arranques e obter as curvas caraterística para cada
tipo de arranque em função das horas de paragem dos grupos e da temperatura do metal da
TV. Este estudo tornou-se relevante na medida em que foi possível adquirir conhecimentos
sobre os processos a seguir na sequência de arranque em centrais de ciclo combinado, das
dificuldades impostas pelo comportamento da TV e a influência que estes têm no SEE.
No decorrer do estágio foi possível acompanhar os colaborados da Central em trabalhos de
manutenção o que me permitiu a minha integração num contexto real de trabalho numa
central de produção elétrica do grupo EDP. O acompanhamento dos trabalhos permitiu,
igualmente, aprofundar conhecimentos teóricos adquiridos ao longo do curso. As tarefas
descritas no subcapítulo 4.1 e 4.2 permitiram de igual modo adquirir novos conhecimentos,
nomeadamente através da interação com um autómato da Siemens e através de um estudo
relativo às proteções existentes nos transformadores de potência da Central Termoelétrica.
No decorrer do estágio foi possível observar a estrutura organizacional e de gestão da
Central Termoelétrica de Lares. O regime de rotatividade entre as equipas da condução e da
manutenção permite fomentar a polivalência e a valorização dos colaboradores promovendo a
integração do pessoal das equipas de condução através de uma participação mais ativa na vida
da Central Termoelétrica. Este regime de rotatividade permite, de igual modo, anular
possíveis marginalizações entre as pessoas que operam (equipas de condução) e as pessoas
que mantém (equipas de manutenção).
Em suma, a realização deste estágio promoveu a aquisição de novos conhecimentos na área
de produção de energia elétrica, assim como a observação da estrutura organizacional de um
centro electroprodutor do grupo EDP. Os trabalhos acompanhados e efetuados ao longo do
estágio constituíram uma fonte de aprendizagem rica ao proporcionarem a aplicação de
conhecimentos teóricos adquiridos ao longo do percurso académico.
126
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Capítulo 7 – Bibliografia
Capitulo 7 – Bibliografia
[1] – EDP, “Apresentação da Central Termoelétrica de Lares 2011”, Março 2012
[2] – EDP, “Plataforma de formação e documentação”, Março 2012
[3] – EDP, http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/fotos_videos.php? item_id
=4&cp_type=he&section_type=fotos_videos, Consultado em Junho 2012
[4] – EDP, http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/fotos_videos.php? item_id
=102&.cp_type=pe&section_type=fotos_videos, Consultado em Junho 2012
[5] – EDP, http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/info_tecnica.php? item_id
=75&cp_type=&section_type=info_tecnica, Consultado em Junho 2012
[6] – EDP, http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/fotos_videos.php? item_id
=76&cp_type=te&section_type=fotos_videos, Consultado em Junho 2012
[7] – EDP, http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/fotos_videos.php? item_id
=73&cp_type=te&section_type=fotos_videos, Consultado em Junho 2012
[8] – António Santos, http://pt.scribd.com/doc/46332196/CICLO-DE-RANKINE, Consultado
em Julho 2012
[9] – Google Maps, http://maps.google.pt/, Consultado em Junho 2012
[10] – EDP, http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/info_tecnica.php? item_id
=71&cptype=te&section_type=info_tecnica, Consultado em Abril 2012.
[11] – General Electric, “Flex Efficiency Plant White Combined Cycle Power Plant”, Julho
2011
[12] – Victor Semedo, http://www.ebah.com.br/content/ABAAABmHMAA/guia-caldeiras, .
Consultado em Julho 2012
[13] – General Electric,” Power Systems - GE Gas Turbine Performance Characteristics
GER-3567H”, Outubro 2000
[14] – EDP, “Manual de Formação do Operador da Turbina a Gás Central Elétrica do Ciclo
Combinado de Lares”, Maio 2012
[15] – General Electric, “Centrifugal & Axial Compressors”, Novembro 2005
[16] – General Electric, “Gas Turbine and Combined Cycle Products”, Março 2003
[17] – Pedro Quaresma, “Efeito da Composição do Combustível no desempenho de uma
Câmara de Combustão”, Dissertação de Mestrado, Universidade técnica de Lisboa,
Junho 2010
[18] – EDP, “Manual do Sistema Integrado de Gestão de Ambiente e Segurança – Parte II”,
Outubro 2010
[19] – Elforsk, “Gas Turbine Developments Rapport 2009”, Junho 2010.
[20] – EDP - Gestão Da Produção De Energia, SA., “Sistema de vapor e bypass - 428-11-LBMMO-EA-200”, Agosto 2010
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
127
Capítulo 7 – Bibliografia
[21] – Museu da Eletricidade, http://wikienergia.com/~edp/index.php?title=Turbina,
Consultado em Junho 2012.
.
[22] – General Electric, http://www.ge-energy.com/products_and_services/products/steam_
turbines/combined_cycle_a_series.jsp, Consultado em Maio 2012
[23] – GE Energy, “Evolution of the D Series Combined Cycle Steam Turbine”, Junho 2011.
[24] – WEG, “Características e Especificações de Geradores”. http://ecatalog.weg.net/files/
wegnet/WEG-curso-dt-5-caracteristicas-e-especificacoes-de-geradores-artigo-tecnicoportugues-br.pdf, Consultado em Julho 2012
[25] – EDP, “Sistema de Refrigeração e Selagem do Gerador”, Dezembro 2011
[26] – GE Energy, “GEH-6373 – Load commuted Inverter”, Março 2011
[27] – Carlo Gavazzi, – http://www.carlogavazzisales.com/pdfs/controlprod/DIC01DB.pdf,
Consultado em Setembro 2012.
[28] – Paulo Moraes, “Controle eletrónico da corrente da bobine de contatores
eletromagnéticos”, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa
Catarina, Agosto 2004
[29] – http://www.google.pt/search?hl=pt-PT&q=solenoide+campo+magnetico&bav=on.2,
or.r_gc.r_pw.r_qf.&biw=1366&bih=586&wrapid=tlif134764284761510&um=1&ie=
UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=6mVTUM2-HIK5hAerwYCoAg,
Consultado em Abril 2012
[30] – Antônio Nogueira, “Força magnética em contatores”. http://www.joinville.udesc.br/po
rtal/professores/nogueira/materiais/ContactorCA_Guia.pdf, Consultado em Junho 2012
[31] – Uol Educação, http://educacao.uol.com.br/fisica/campo-magnetico-lei-de-ampere.jhtm,
Consultado em Maio 2012
[32] – EDP - Gestão Da Produção De Energia, S.A, “Sistema de Alimentação de Média
Tensão 428-00-BB_-EMO-EA_-310”, Maio 2010
[33] – EDP - Manual de Operação e Arranque, “Aquecedor elétrico 428-00-MAW-RMP-IES017”, Julho 2008
[34] – Tecnisis, http://www.tecnisis.pt/produtos/detail.html?categoria=1&node=1%7C1%7
C&ref=85&level=p, Consultado em Junho 2012
[35] – General Electric, “Shaft Voltage Monitor - GEK 95154a”, Março 2002.
[36] – GE Energy, “Operation and Maintenance Manual - Dual Hydrogen Control Panel
(DHCP)”, Março 2011
[37] – ERSE – http://www.erse.pt/pt/supervisaodemercados/mercadodeelectricidade/mercado
diario/Paginas/default.aspx, Consultado em Agosto 2012
[38] – REN, – “Manual de procedimentos do gestor do sistema”, Dezembro 2008
[39] – GE Energy Management,“Contatores M-CL-CK & Contatores para Manobras de
Capacitores”, Julho 2011
128
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo A
Plano de Estágio
129
Anexo A
Plano de estágio
Estagiário:
Rodolfo Manuel da Conceição Pereira
Empresa de Acolhimento
Central Termoelétrica de Ciclo Combinado de Lares – Figueira da Foz (EDP)
Supervisores na Central Termoelétrica:
Orientadores no ISEC
Engº António Oliveira (Gestor da condução)
Professore Adelino Pereira
Engº Bruno Tereso (Gestor da manutenção)
Professora Rita Pereira
Título do relatório de estágio
Caracterização dos Arranques da Central Termoelétrica de Lares
De 13 de Fevereiro a 31 de Julho de 2011
Período de estágio
Horário: 8:30 as 17:30
Total: 800 Horas
Objetivos
- Adquirir conhecimento na área de produção de energia elétrica;
- Adquirir conhecimento na área de manutenção;
- Determinar as curvas características de cada tipo de arranque;
- Estudo das proteções dos transformadores principais e auxiliares;
- Efetuar a programação de um autómato da Siemens.
Mês
Fase 1
Fase 2
Fase 3
Fase 4
Fase 5
Fase 6
Fev.12
x
Mar 12
Abr.12
Mai.12
Jun.12
Jul 12
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Ago.12
Set 12
x
x
Fase 1: Preparação do estágio, adequação à central.
Fase 2: Caracterização dos Arranques a frio, a morno e a quente.
Fase 3 : Acompanhamento dos trabalhos realizados na Central e desenvolvimentos dos
relatórios referentes as tarefas efetuadas e aos trabalhos acompanhados.
Fase 4: Elaboração de um relatório intercalar que visa apresentar o resultado do estudo
da caracterização dos arranques da Central Termoelétrica.
Fase 5: Estudo das proteções dos transformadores.
Fase 6: Elaboração do relatório final.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
131
Anexo B
Tipos de Queima
133
Anexo B
Os queimadores da TG possuem seis bocais, como ilustrado na figura 1, para efetuar
modos distintos de queima do combustível. A diversidade no modo como é efetuada a queima
permite adaptar a mesma as necessidades da TG. O fluxo de combustível é controlado por
válvulas de paragem auxiliar, válvula de coeficiente de paragem/aceleração e por válvulas de
controlo de admissão de combustível, respetivamente, D5, PM1, PM2 e PM3. A válvula de
coeficiente de paragem/aceleração e a de controlo admissão de combustível funcionam em
conjunto para regular o fluxo total de combustível entregue aos queimadores da TG. O
sistema de combustão possui quatro coletores de passagem de combustível como ilustrado na
figura 1 (D5, PM1, PM2 e PM3). Cada coletor é controlado de forma independente através de
uma válvula de admissão individual. Os queimadores no total possuem 5 bocais de
combustível dispostos numa configuração circular em torno de um bocal central.
Fig. 1 – Disposição dos bocais dos queimadores.
As representações das válvulas de passagem de combustível (GSV) e do servo controlador
(SRV) podem ser visualizadas no mímico de controlo da figura 2.
Fig. 2 – Mímico de controlo do combustível gasoso.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
135
Anexo B
Especificação dos sistemas de fornecimento de combustível:
Difusão (D5)
– Consiste em 5 bocais de difusão de combustível para cada câmara de
combustão (queimador).
PréMix1 (PM1) – Consiste num bocal de difusão de combustível para cada câmara de
combustão (queimador).
PréMix1 (PM2) – Consiste em dois bocais de difusão de combustível para cada câmara de
combustão (queimador).
PréMix1 (PM3) – Consiste em três bocais de difusão de combustível para cada câmara de
combustão (queimador).
Cada sistema de combustível requer uma determinada percentagem de combustível. A
percentagem de combustível é determinada em função da temperatura de referência de
combustão e do modo de funcionamento do DLN. No total, os queimadores possuem 6 modos
de funcionamento, respetivamente, D5, 1D, 2D 3, 6B, 6A e PPM.
Especificação dos modos de queima:
Modo D5
– Apenas a passagem D5 é abastecida com combustível;
Modo 1D
– As passagens D5 e PM1 são abastecidas com combustível enquanto as passagens
PM2 e PM3 são purgadas;
Modo 2D
– As passagens D5 e PM2 são abastecidas com combustível, enquanto as passagens
PM1e PM3 são purgadas;
Modo 3
– As passagens PM1 e PM2 são abastecidas com combustível enquanto as
passagens D5 e PM3 são purgadas;
Modo 6B
– As passagens PM1, PM2 e PM3 são abastecidas com combustível enquanto a
passagem D5 é purgada;
Modo 6A
– As passagens PM1, PM2 e PM3 são abastecidas com combustível enquanto a
passagem D5 é purgada;
Modo PPM – As passagens D5, PM1, PM2 e PM3 são abastecidas com combustível e não é
purgada nenhuma passagem.
Tabela 1- Modos de queima.
Modo Passagens com Combustível Passagens purgadas
Difusão
D5
PM1, PM2 e PM3
1D
D5 e PM1
PM2 e PM3
2D
D5 e PM2
PM1 e PM3
3
PM1 e PM2
D5 e PM3
6B
PM1, PM2 e PM3
D5
6A
PM1, PM2 e PM3
D5
PPM
PM1, PM2, PM3 e D5
Nenhuma
136
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo B
Procedimento de arranque:
A TG é iniciada em modo de difusão D5. Quando esta atinge a velocidade de ignição, os
servos controlos SRV e a válvula de difusão D5 (VGC-1) são ativados. O SRV é ativado de
forma a controlar a pressão de alimentação das válvulas de passagem de combustível e a
válvula D5 (VGC-1) abre para o ponto de referência de ignição.
Após a chama estar estabelecida e o ciclo de aquecimento da TG ter terminado, a TG acelera
para velocidade Full Speed no Load (FSNL). Quando ela atinge 95% da velocidade nominal,
o modo de queima transfere-se para o modo 1D. Neste modo, as válvulas de purga PM2 e
PM3 abrem admitindo ar de descarga do compressor para o interior dos coletores de gás.
À velocidade nominal (3000 rpm) a unidade é sincronizada com a rede elétrica e o disjuntor
de grupo fecha. A potência ativa tenderá a aumentar até à potência de referência (200 MW). O
modo de queima permanece em 1D, quando o ponto de comutação da temperatura de
referência de combustão (TTRF) é atingido o sistema de queima transfere-se para o modo 2D.
No modo 2D, as válvulas de purga de PM2 recebem ordem de fecho. Quando o controlador
da TG recebe a confirmação de fecho das válvulas de purga, o sistema de combustível PM2
(VGC-4) é ativado.
No modo 3, as válvulas de purga de passagem PM1 recebem ordem de fecho. Quando o
controlador da TG recebe a confirmação do fecho das válvulas o sistema de combustível PM1
(VGC-2) é ativado de forma a efetuar o pré-enchimento do coletor de gás. Após o
pré-enchimento estar concluído, o sistema de combustível PM1 recebe ordem para distribuir o
combustível na câmara de combustão. A válvula de difusão D5 (VGC-1) recebe ordem de
fecho. Quando confirmado o fecho da válvula VGC-1 as válvulas de purga D5 são ativadas de
forma a permitir a admissão de ar de descarga do compressor para o interior do coletor de gás.
A unidade encontra-se agora no modo 3.
No modo 6B, as válvulas de purga PM3 recebem ordem de fecho. Quando confirmado o
fecho das válvulas de purga o sistema de combustível PM3 (VGC-3) é ativado de forma a
efetuar o pré-enchimento. Após concluído o pré-enchimento, o sistema PM3 recebe ordem de
distribuição de combustível para os queimadores. A unidade encontra-se agora no modo 6B.
No modo 6A os pontos de comutação estão concluídos. A unidade contínua no modo 6A até a
unidade atingir a carga base ou o mínimo técnico (200 MW).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
137
Anexo B
Existe, ainda, a possibilidade de comutar para o modo PPM caso seja necessário efetuar
ajustes na queima. Nesta situação, a válvula de purga D5 recebe ordem de fecho e é iniciado o
pré-enchimento do coletor de gás. Quando confirmado o pré-enchimento, o sistema de
combustível D5 recebe ordem de distribuição do combustível no interior da câmara de
combustão.
A sequência de enceramento da TG é o inverso da sequência de arranque e de forma similar.
Durante a sequência de paragem, a unidade transfere para 6B, 3, 2D, 1D e finalmente D5 até
aproximadamente 17% da velocidade nominal.
138
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo C
Rede Gasoduto
139
Anexo C
Figura 3 – Rede alta pressão de gás.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
141
Anexo D
Descrição e Parametrizações do Programa Desenvolvido para o Autómato
LOGO! 24RC da Siemens.
143
Anexo D
Descrição das etapas programa
Programa do Principal
Programa Principal
Para efetuar a monitorização dos tempos de saída das
resistências foram usados geradores síncronos de pulsos e
contadores
para
cada
uma
das
resistências.
T001 e C002 → R1 (1A) e T006 e C007 →R2 (1Ax)
Tendo em conta que a largura do pulso é de 0.02 segundo,
os contadores C002 e C007 foram programados para
iniciar a contagem ao 26º pulso. Isto permite garantir que
se as resistências R1 (IA) e R2 (IAx) saírem do circuito
de alimentação do motor antes de 0.5 segundos como
definido, o programa vai enviar uma mensagem de erro
para o ecrã do LOGO! com a informação dos tempos de
saída das resistências indicando qual a resistência que
gerou o alarme. Este tipo de erro ativa um alarme visual.
Os temporizadores T004 e T009 estão iniciados a
0.99 seg. Isto garante que, se as resistências R1 (1A) ou
R2 (1Ax) permanecerem mais do que 1 segundo no
circuito de alimentação do motor DC após condições de
saída, é enviada uma mensagem de erro para o ecrã do
LOGO com a informação dos tempos de saída das
resistências indicando qual a resistência que gerou o
alarme. Este tipo de erro ativa um alarme visual (Q1).
Caso se pretenda redefinir os tempos de saída das
resistências basta alterar os valores de inicialização dos
contadores e temporizador. Deste modo, os contadores
C002 e C007 permitem alterar o tempo mínimo e máximo
da saída das resistências. Os temporizadores T004 e T009
devem ser inicializador, consequentemente, com os
tempos em que os contadores C002 e C007 estão ativos.
Neste caso, C002 é ativo ao 26º pulso e é desativado
quando chegar ao 76º impulso. O tempo que decore desde
o pulso 26 ate ao 76 corresponde a 1 segundo (50 pulsos).
Deste modo, o temporizador T004 deve ser inicializado a
0.99 segundos.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
145
Anexo D
Amostragem dos Tempos no Ecrã do LOGO!
Para efetuar a amostragem dos tempos de saída das
resistências no ecrã do LOGO! foi necessário utilizar novos
temporizadores e contadores. Deste modo, para visualizar o
tempo de saída da resistência R1 (1A) foram usados o
temporizador T012 e o contador C011. Para visualizar o
tempo de saída da resistência R2 (1Ax) foram usados o
temporizador T020 e o contador C021.
A necessidade de recorrer a novos temporizadores deve-se
ao facto de os temporizadores usados para efetuar a
monitorização dos tempos de saída das resistências terem de
ser inicializados a “0” sempre que um arranque termine. Isto
permite que o LOGO! monitorize de forma sucessiva todos
os arranques (na situação dos tempos de saída das
resistências ocorrerem nos tempos definidos, o programa
monitoriza cada arranque. Na situação das resistências não
saírem nos tempos devidos, o LOGO! mantém os tempos de
saída das resistências no ecrã e aguarda que o botão RESET
seja premido).
Procedimento de amostragem:
A sequência de amostragem é realizada recorrendo aos
“Latching Relay” SF014 e SF023 (blocos de instrução/relé).
Estes blocos ativam e desativam os geradores de pulsos
usados para indicar os tempos. Estes blocos são úteis de
forma a manter a informação do tempo de saída das
resistências no ecrã do LOGO! numa situação onde os
tempos na saída das resistências R1 (1A) e/ou R2 (1Ax) não
sejam cumpridos.
Os pulsos são contabilizados através dos contadores C011 e
C021. Através dos blocos de matemática SF015 e SF022 a
contagem de pulsos é convertida em tempo de forma a ser
apresentado no ecrã no seguinte formato 00,00 seg. Este
formato permite uma contagem ao centésimo de segundo. A
informação dos tempos é enviada para o ecrã do LOGO!
através do bloco de texto SF013.
146
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo D
Mensagens de Alarme
O LOGO! foi programado de forma a monitorizar
todas as anomalias que possam ocorrer. Caso
detete uma anomalia, deve enviar uma mensagem
de alarme adequada de forma a informar o operador
da Central Termoelétrica qual a falha verificada.
Deste modo, foram elaboradas mensagens de
alarme de acordo para cada tipo situação que
pudesse ocorrer, respetivamente, falha nos tempos
de saída das resistências, erro de sequência,
contatores/contactos auxiliares presos ou falha dos
contatores/contactos auxiliares após se verificar o
arranque. As mensagens de alarme podem ser
consultadas no final do presente anexo.
O alarme geral é um alarme que é ativado em todas
as anomalias que o LOGO! detete. Este alarme
ativa um led que deve ser ligado na saída Q1 do
LOGO!. O programa foi desenvolvido de forma a
detetar picos de corrente ou sobrecorrente através
de um relé temporizado (este relé fica ativo caso a
corrente ultrapasse um valor predefinido durante
três segundos). Caso o LOGO! detete que o relé de
monitorização de sobrecorrente é ativo, é enviado
uma mensagens para o ecrã do LOGO! a informar
sobre o consumo excessivo de corrente por parte do
motor DC. Este alarme ativa um alarme visual (Led
que deverá ser ligado à saída Q2 do LOGO!)
Quando se efetua a paragem dos motores DC que
acionam as bombas de emergências, os contatores
têm tempos diferentes para voltar à sua posição de
repouso. De forma a evitar falsos alarme, foi
iniciado um temporizador (T037) que inibe
qualquer
mensagem
de
alarme
durante
0,6 segundos após ordem de paragem dos motores.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
147
Anexo D
Alarme nos Contatores Após Arranque
A retirada das resistências do circuito de alimentação
é efetuada recorrendo a contatores eletromecânicos.
Estes elementos de comando estão sujeitos a desgaste
que podem levar a avarias.
Deste modo, este bloco de instrução foi elaborado de
forma a detetar falha nos contatores após o arranque
se ter efetuado. Desta forma, o LOGO! avalia a
transição de estado dos contatores (aberto ou fechado)
através dos contactos auxiliares. Caso o LOGO!
detete uma mudança de estado dos contactos
auxiliares durante a fase de funcionamento dos
motores DC, emitirá um alarme a indicar qual o
contator ou contatores que geraram o alarme (por
exemplo: IA em falha após arranque).
Saídas Open Connector
Estas
saídas
servem
exclusivamente
para
o
funcionamento normal do programa uma vez que o
LogoSoft exige que todos os blocos inseridos devem
ter pelo menos um contato a fazer referência a esse
bloco de instrução (por ex: bloco de texto, “latching
relay”).
Saídas
Neste bloco, são ligados todos os contactos que geram
o alarme visual. Deste modo, é possível visualizar
quais os contactos que ativam a saída Q1 e Q2.
148
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo D
Contactos Analógicos
Este bloco de instrução foi elaborado de forma a ligar os
blocos analógicos usados ao longo do programa a saídas
analógicas.
Contador de Arranques
Este bloco de instruções é usado para contar através do
contador C026 o número total de arranques. Os
arranques mal sucedidos são contados através do
contador C041. O número de vezes que a bomba recebe
ordem de arranque (Mx) é contabilizado pelo contador
C046. Os arranques bem-sucedidos são contabilizados
através do contador C042 (este recebe como input para
efetuar contagem o contacto SF008 (Arranque OK)).
Reset
Este bloco inicializa um temporizador com 3 segundos.
O botão RESET tem duas funções. Se premido e
largado, este apenas faz reset as mensagens de alarme e
aos contadores que fazem a amostragem dos tempos no
ecrã. Ao manter premido o botão RESET mais do que 3
segundos, este vai efetuar reset a todos os contadores e
temporizadores existentes no programa.
Ecrã Principal
Este é o ecrã de boas vindas e indica a hora atual, o
número de arranques OK (bem sucedidos) e o número
de arranques mal sucedidos.
Ligar luz
Este bloco de instrução serve exclusivamente para ligar
a luz de fundo do ecrã do LOGO! quando este ativa
uma mensagem de alarme ou quando alguém toca nas
setas ao lado do ecrã. A luz permanece ligada durante
99,99 segundos, após este tempo e se os alarmes já
estiverem desativados ela desliga-se automaticamente.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
149
Anexo D
Histórico Último Arranque
Este bloco de instrução fica ativo quando ocorre um
novo arranque dos motores DC. A função deste
bloco é manter em memória os tempos de saída das
resistências R1 (1A) e R2 (1Ax) independentemente
do arranque ter sido bem ou mal sucedido. Este bloco
de instrução é útil quando se pretende rever os
tempos referentes ao último arranque. A única forma
de eliminar a informação relativa ao último arranque
é manter premido o botão RESET durante pelo
menos 3 segundos.
O esquema de amostragem dos tempos de saídas das
resistências R1 (IA) e R2 (IAx) é em tudo idêntico ao
já explicado no bloco de instruções “Amostragem de
Tempo no Ecrã do LOGO!”.
Para consultar os dados referente ao último arranque
basta clicar nas setas para cima e para baixo
colocadas ao lado do ecrã do LOGO!. Todas as
mensagens são apresentadas pelas ordens de
prioridades.
Mensagens de alarmes:
Comparador - Prioridade 1: Permite comparar o número de
ordens de arranques (Mx) com o número total de arranques
efetivamente concluídos (C026).
Último arr OK – Prioridade 3: Permite visualizar os dados
referentes ao último arranque quando bem-sucedido, permite
igualmente, visualizar os tempos de saída das resistências e a
hora em que ocorreu o último arranque.
Último arr Mal sucedido – Prioridade 4: Permite visualizar
os dados referentes ao último arranque quando mal sucedido,
permite igualmente, visualizar os tempos de saída das
resistências e a hora em que ocorreu o último arranque.
C. Lares – Prioridade 13: Ecrã principal. Nele é possível
visualizar a hora e a data atual, assim como o número total
de arranques bem (C042) e mal (C041) sucedidos.
150
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo D
LOGO! Reset – Prioridade 20: Este ecrã informa que foi
efetuado um reset geral a todos os contadores e
temporizadores do programa. Este reset ocorre quando o
botão reset estiver premido pelo menos 3 segundos.
Alarme IAx Preso - Prioridade 25: Permite visualizar que o
contator ou contacto auxiliar IAx (R2) se encontra preso e não
regressou à sua posição original ou de repouso após ordem de
paragem do motor DC.
Alarme IA Preso - Prioridade 30: Permite visualizar que o
contator ou contacto auxiliar IA (R1) se encontra preso e não
regressou à sua posição original ou de repouso após ordem de
paragem do motor DC.
Alarme IA-IAx Preso - Prioridade 35: Permite visualizar que
os contatores ou contactos auxiliares IA e IAx se encontram
presos e não regressaram às suas posições originais ou de
repouso após ordem de paragem do motor DC.
Tempos - Prioridade 42: Permite visualizar o tempo decorrido
na sequência da retirada das resistências R1 (IA) e R2 (IAx).
Mal Sucedido – Prioridade 45: Permite visualizar o número
do arranque (C026) indicando que o arranque foi mal
sucedido e a hora em que o arranque foi efetuado. Este ecrã só
está disponível nos arranques mal sucedidos.
Arranque OK – Prioridade 51: Informa que as resistências
foram retiradas no intervalo de tempo definido. Apresenta os
tempos de saída das resistências e o número do arranque
(C026). Este ecrã só está disponível enquanto os motores DC
estiverem em funcionamento (Mx ativo).
Erro Tempo – Prioridade 54: Informa que a resistência R2
(IAx) não saiu no intervalo de tempo definido. Indica
igualmente o número do arranque.
Erro Tempo – Prioridade 55: Informa que a resistência
R1 (IA) não saiu no intervalo de tempo definido. Indica
igualmente o número do arranque.
IA em falha após Arr – Prioridade 57: Esta mensagem
aparece se o contator ou contacto auxiliar referente a
resistência R1(IA) entre em anomalia após o arranque do
motor DC.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
151
Anexo D
IAx em falha após Arr – Prioridade 58: Esta mensagem
aparece se o contator ou contacto auxiliar referente à
resistência R2 (IAx) entre em anomalia após o arranque do
motor DC.
IA-IAx em falha após Arr – Prioridade 59: Esta mensagem
aparece se os contatores ou contactos auxiliares referente às
resistências R1 (IA) e R2 (IAx) entram em anomalia após o
arranque do motor DC.
Erro de sequência – Prioridade 65: Indica um erro de
sequência. Este erro aparece caso a resistência R2 (IAx) saia
do circuito de alimentação do motor DC antes da resistência
R1(IA).
Sobrecorrente – Prioridade 66: Esta mensagem indica que o
relé de sobrecorrente detetou um consumo excessivo de
corrente. Quando esta mensagem fica ativa, é ativado de igual
forma um alarme visual (Led ligado a saída Q2 do LOGO!).
Esquema de Controlo do motor DC:
Figura 4 – Esquema de controlo do motor DC.
152
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo D
Inicialização dos Temporizadores e Contadores
Temporizadores
Contadores
C002 – ON Threshold: 26
Off Threshold: 76
Start Value:
0
C007 – ON Threshold: 26
Off Threshold: 76
Start Value:
0
C011 – ON Threshold: 0
Off Threshold: 0
Start Value:
0
C021 – ON Threshold: 25
T001 – Pulse Width (TH)
0 : 1 ( s : 1/100s)
Interpulse Width (TL) 0 : 1 ( s : 1/100s)
T004 – On-delay
0 : 99 ( s : 1/100s)
T006 – Pulse Width (TH)
0 : 1 ( s : 1/100s)
Interpulse Width (TL) 0 : 1 ( s : 1/100s)
T009 – On-delay
0 : 99 ( s : 1/100s)
T012 – Pulse Width (TH)
0 : 1 ( s : 1/100s)
Interpulse Width (TL) 0 : 1 ( s : 1/100s)
T020 – Pulse Width (TH)
0 : 1 ( s : 1/100s)
Interpulse Width (TL) 0 : 1 ( s : 1/100s)
T037 – Off-delay
0 : 60 ( s : 1/100s)
0
T053 – On-delay
3 : 0 ( s : 1/100s)
C041 – ON Threshold: 0
T054 – On-delay
5 : 0 ( s : 1/100s)
Off Threshold: 0
T027 – On-delay
3 : 0 ( s : 1/100s)
Off Threshold: 75
Start Value:
Start Value:
0
C026 – ON Threshold: 0
T059 – On-Time (TH)
Off-Time (TL)
0 : 0 ( s : 1/100s)
99 : 99 ( s : 1/100s)
Off Threshold: 0
T067 – Off-Time (TL)
0 : 1( s : 1/100s)
Start Value:
0
C046 – ON Threshold: 0
Off Threshold: 0
Start Value:
0
C042 – ON Threshold: 0
Off Threshold: 0
Start Value:
0
C063 – ON Threshold: 0
Off Threshold: 0
Start Value:
1
C064 – ON Threshold: 0
Off Threshold: 0
Start Value:
0
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
153
Anexo E
Esquema Unifilar das Proteções dos Transformadores e do Alternador
(Grupo II)
155
Anexo F
Definições das Principais Proteções Elétricas da Central
de Ciclo Combinado de Lares
159
Anexo F
As nomenclaturas das proteções estão listadas segundo a tabela ANSI.
12 – Relé de sobrevelocidade – A sobrevelocidade normalmente advém de uma rejeição de
carga seguida do mau funcionamento do regulador de velocidade do grupo
electroprodutor. Este tipo de proteção é desejável de forma a evitar esforços mecânicos
excessivos devido ao aumento da velocidade.
21 – Relé de distância – Relé que funciona quando a admitância, a impedância ou a
reactância de um circuito (por exemplo linha de transmissão elétrica de um SEE)
apresenta valores anormais de funcionamento levando a atuação do relé ou dando um
aviso de alarme adequado a situação.
24 – Relé de sobrexcitação – Dispositivo habilitado a detetar sobrexcitação nos
equipamentos elétricos. A sobrexcitação ocorre quando o núcleo magnético de um
equipamento de potência fica saturado. Quando ocorre a saturação, o fluxo de dispersão
é induzido nos componentes não laminados, o que pode resultar no aquecimento do
equipamento.
25 – Relé de sincronismo – Este relé verifica se as condições de sincronismo e de
paralelismo entre o gerador e o SEE foram ou não cumpridas. Este relé atua diretamente
no disjuntor de grupo ordenando a abertura ou o fecho do mesmo. Este relé efetua uma
análise aos valores da frequência, do ângulo de fase e da tensão.
26 – Detetor térmico – Dispositivo que ativa um alarme ou desliga um determinado
equipamento quando a temperatura de um equipamento ou de um líquido (por exemplo
óleo) estiver acima ou abaixo de um valor predefinido.
27 – Relé de subtensão – Relé que atua quando a tensão é inferior ao valor de referência.
32 – Relé direcional de potência – Relé que deteta o sentido do fluxo de potência. Este relé é
polarizado por corrente e tensão. Caso este detete a inversão do fluxo de potência para o
qual foi ajustado, aciona as respetivas proteções, por exemplo, quando o gerador passa a
funcionar como motor consumindo energia elétrica do SEE.
40 – Relé de excitação – A função deste relé é detetar a falta, a diminuição ou o excesso de
corrente de excitação numa máquina AC. Este relé deve funcionar determinada gama ou
ligeiramente abaixo da corrente de excitação nominal. Quando existe perda de excitação
num gerador síncrono, este passa a operar como um gerador de indução, girando abaixo
da velocidade sincronismo absorvendo potência reativa do SEE.
41 -Disjuntor de campo - Permite aplicar ou cortar a corrente de excitação em máquinas AC.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
161
Anexo F
46 – Relé de sequência negativa – Um sistema trifásico deve operar de forma equilibrada.
Isto é, os vetores das tensões das três fases devem ter amplitudes idênticas e devem estar
desfasados 120º. O relé de sequência negativa mede o desequilíbrio no sistema e atua
caso o desequilíbrio apresente características fora dos parâmetros.
49 – Relé térmico – Este relé atua quando a temperatura dos enrolamentos do transformador
ou do gerador excederem um valor predefinido.
50 – Relé de sobrecorrente instantâneo – Este relé permite uma proteção de alta velocidade
e sensibilidade, atuando imediatamente sempre que o valor de corrente ultrapasse um
valor predefinido.
50BF – Relé de proteção contra falha de disjuntor – Um disjuntor pode não atuar mediante
uma ordem de manobra. Este acontecimento pode ser devido a questões elétricas (a
potência de curto-circuito ultrapassa a capacidade disruptiva do disjuntor) ou
mecânicas (parte móveis com defeito).
50N – Sobrecorrente instantânea – Este relé monitoriza as correntes que fluem no neutro do
transformador atuando de imediato caso o valor da corrente ultrapasse um limite
predefinido.
51 – Relé de sobrecorrente temporizado – Este relé atua quando a corrente excede o valor
máximo predefinido durante um período de tempo definido. A característica de tempo é
muitas vezes desejável de forma a coordenar as proteções.
51N – Sobrecorrente de temporizado do neutro – Este relé monitoriza as correntes que
fluem no neutro do transformador. Este atua de forma temporizada caso o valor da
corrente ultrapasse um limite predefinido.
51V – Relé de sobrecorrente com restrição de tensão – Este relé monitoriza a corrente e a
tensão dos equipamentos elétricos. Este relé permite ser ajustado para valores de
corrente abaixo da corrente nominal do equipamento, uma vez que ele só atua se a
tensão se encontrar abaixo de um valor predefinido. Este tipo de equipamento permite
atuar na ocorrência de um curto-circuito cuja corrente de defeito seja inferior ou
aproximada a corrente nominal, por exemplo, um curto-circuito num gerador elétrico.
52 – Disjuntor de corrente alternada – Este equipamento permite efetuar o corte num
circuito de corrente alternada. Este pode ser acionado de forma manual ou a partir da
ordem de um dispositivo de proteção tal como um relé.
162
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo F
57 – Seccionador de terra – Permite efetuar uma ligação física à terra de um equipamento
elétrico (motor, alternador, transformador, parque de linhas de uma subestação). Esta
função é útil quando se pretende efetuar trabalhos onde ocorra o risco de electrocução.
Com este tipo de ligação garantimos um caminho alternativo de baixa resistência por
onde as correntes de defeito podem fluir para terra isolando deste modo o equipamento.
59 – Relé sobretensão – Este relé atua quando a tensão num circuito elétrico excede um valor
predefinido para a sua atuação. As sobretensões podem ter origem pela perda de cargas,
sobrexcitação da máquina, descargas atmosféricas ou manobras de abertura ou fecho
dos circuitos (sobretensões transitórias).
62 – Relé temporizador – Relé temporizado que atua em conjunto com um dispositivo de
corte ou de interrupção de um circuito elétrico de forma automática.
63B – Relé de pressão de gás (Buchholz) – O relé de Buchholz é a combinação de o relé de
pressão com o relé detetor de gás. A sua aplicação em transformadores a óleo deriva da
formação de gás na ocorrência de uma falha de isolamento (produção lenta de gás) ou
um curto-circuito interno que dê origem a um arco elétrico (produção rápida de gás).
Deste modo, este relé analisa o gás existente no interior da cuba de um transformador
avaliando a pressão do mesmo. Na ocorrência de uma formação rápida de gás devido a
um curto-circuito interno, este atua diretamente nas proteções do transformador de
forma a isolar o mesmo.
63BJ – Relé Buchholz Jansen – Este relé tem como função proteger a regulação das tomadas
do transformador na ocorrência de uma falha no dispositivo de regulação.
63L – Válvula de alívio sobrepressão – Dispositivo que atua na deteção de pressão superior
a um valor predefinido de forma a reduzir a pressão do sistema.
63V – Sensor de pressão – Dispositivo que opera a uma dada pressão ou numa gama de
variação de pressão (Pressóstato).
64 – Relé de proteção de terra – Relé que atua quando ocorre um defeito a terra. Este relé
não substitui outros relés que tenham como sufixo a letra N ou G tal como o relé 51N.
71 – Sensor de nível – Dispositivo que atua a um dado nível ou numa determinada gama de
variação de nível de um líquido (por exemplo água ou óleo).
74 – Relé de alarme – Este relé atua aquando há existência de um alarme sonoro ou visual.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
163
Anexo F
78 – Relé de medição de ângulo de fase – Este relé opera numa determinada gama de ângulo
de fase registado entre duas grandezas. A comparação de angulo de fase é um princípio
bastante usado de forma a determinar a direção da corrente com relação a uma
determinada referência (geralmente a própria tensão existente no circuito). Dado um
fluxo de potência, o ângulo de fase entre a corrente e a tensão vai variar em função do
fator de potência.
81 – Relé de frequência – Protege máquinas ou equipamentos elétricos contra as variações
da frequência da rede elétrica, permitindo apenas a operação dos mesmos dentro de uma
determinada gama (tipicamente ±5% ou ±10% da frequência nominal). A operação com
sobrefrequência pode indicar um acréscimo de velocidade em relação a velocidade
nominal, sendo prejudicial, por exemplo, às partes rotativas de um grupo
electroprodutor, por sua vez uma subfrequência pode indicar uma sobrecarga nos
equipamentos devendo rapidamente ser corrigida.
86 – Relé de bloqueio – Dispositivo indicado para desligar e bloquear circuitos de proteção,
desligar circuitos auxiliares ou principais de disjuntores e seccionadores, desligar e
bloquear todas os seccionadores ou disjuntores de um barramento. Também são
utilizados em conjunto com relés diferenciais, para proteger transformadores,
barramentos, entre outros sistemas elétricos.
87 – Relé de proteção diferencial – Dispositivo de proteção contra curto-circuitos. O seu
princípio de funcionamento assenta no método de comparação das correntes que entram
e saem dos terminais (caso de um transformador). Quando houver uma diferença acima
de um valor predefinido em percentagem ele dará ordem atuação às respetivas
proteções.

87B - Proteção diferencial – Barramento;

87T - Proteção diferencial – Transformador;

87G - Proteção diferencial – Gerador;

87L - Proteção diferencial – Linha.
89 – Seccionador de linha – Este dispositivo mecânico de manobra assegura, na posição
aberta, o isolamento de um troço de um circuito elétrico segundo os requisitos de
segurança especificados. Estes dispositivos protegem igualmente as linhas de
transmissão de um SEE contra sobrecargas, correntes de curto-circuito e contatos a terra
94 – Relé de desligamento ou disparo livre – Dispositivo com capacidade de desarmar
disjuntores, contatores ou outros equipamentos de forma a permitir o desarme imediato
através de outros dispositivos.
164
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo G
Características do Contator CK85B300
165
Anexo G
Figura 5 – Vida útil do contador CK85B300 [39].
A figura 5 ilustra o tempo médio de vida útil (número de manobras de abertura e fecho) em
função da corrente que suporta. O tempo de vida útil do contator descrito no presente relatório
é representado pela linha vermelha.
Figura 6 – Contator CK85B300.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
167
Anexo H
Esquema unifilar dos grupos electroprodutores
(Grupo II)
169
171
Anexo I
Características do Sobreaquecedor Elétrico
173
Anexo I
O Sobreaquecedor elétrico da Central Termoelétrica de Ciclo Combinado de Lares apresenta
as seguintes características [33]:
Potência
730 KW
Alimentação
3~ 400V 50Hz
Fluido
Vapor
Fluxo de Vapor
Máximo: 5443 kg/h
Mínimo: 1814 kg/h
Pressão projetada
31,3 bar
Pressão de Vapor
10 bar
Queda de pressão
Inferior a 0,5 bar
Temperatura de projeto
399 ºC
Temperatura de entrada de vapor
180 ºC
Temperatura de saída de vapor
329 ºC Mínimo,
357 ºC Normal
386 ºC Máximo
Controlo de potência
Modulo de tirístor
Peso total
5220 kg
Figura 7 – Dimensões do sobreaquecedor elétrico [33].
1 - Flange Entrada do vapor 3” 300Lb. RF.
2 - Flange Saída do vapor 3” 300Lb RF.
3 - Válvula de segurança.
4 - Válvula de purga do ar ¾” 300Lb RF.
5 - Válvula para purga ¾” 300Lb RF.
6 - Sonda de controlo de temperatura Pt-100.
7 - Aquecedor nº1 365kW 3~400V.
8 - Aquecedor nº2 365kW 3~400V.
9 - Armário de controlo
Figura 8 – Sobreaquecedor de vapor elétrico [33].
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
175
Anexo J
Preparação dos Arranques
177
Anexo J
O presente estudo pretende descrever de forma sucinta os requisitos necessários a verificar
antes de cada arranque dos grupos electroprodutores. Os requisitos encontram-se ilustrados de
forma a tornar mais percetível o que cada um representa. Os mímicos (HMI) usados nas
ilustrações foram retirados da sala de comando da Central Termoelétrica de Lares. A
descrição da preparação dos arranques foi efetuada tendo como base o manual de arranque
existente na Central de Ciclo Combinado de Lares. Este manual foi disponibilizado de forma
a efetuar o presente estudo. Os requisitos a verificar são listados em função da ordem em que
devem ser verificados.
Sistema de hidrogénio e óleo de selagem do veio:
 Verificar se a pressão do hidrogénio no alternador está aproximadamente a 4 bar;
 Verificar se o diferencial de pressão do óleo de selagem está aproximadamente a
8,5 psi (0,6 kg/cm2).
Figura 9 – Sistema de Hidrogénio e óleo de selagem.
Verificações em campo:
 Tensão das baterias de 125 Vdc (figura 10);
 Tensão das baterias 250 Vdc (figura 11);
 Pressão do CO2 deve estar acima de 300 psi (figura 12);
 Gerador Diesel de emergência em modo automático e nível de combustível acima de
80% (figura 14);
 O sistema de combate a incêndios Diesel e o depósito Diesel deve conter pelo menos
85% da sua capacidade máxima de combustível (figura 15);
 A pressão no rack de hidrogénio (refrigeração do alternador) deve ter uma pressão de
125 psi e deve existir um rack suplente preparado em casa de necessidade (figura 16);
 Nível de amónia acima de 30% (figura 17);
 Disjuntor do LCI e do Alternador/grupo (BAC) em modo Remoto (figura 18).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
179
Anexo J
Figura 10 – Controlador das baterias de 125 Vdc.
Figura 12 – Indicador de pressão do CO2.
Figura 14 – Controlador do gerador de
emergência Diesel.
180
Figura 11 – Controlador das baterias de 250 Vdc.
Figura 13 – Válvula manual do tanque de CO2.
Figura 15 – Indicador do nível de Diesel do tanque das
bombas de combate aos incêndios.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo J
Figura 16 – Rack's de hidrogénio e manómetro indicativo da pressão do hidrogénio (psi/bar).
Figura 17 – Tanque de amónia e indicação de nível.
Figura 18 – Disjuntor de grupo em modo remoto.
Drenos Caldeira:
 Fechar as linhas de aquecimento do bypass de alta, média e baixa pressão.
 Abrir o dreno manual do pote LP SH até à drenagem completa da água.
Figura 19 – Linhas de aquecimento de by-pass. Indicação visual das válvulas a fechar.
Figura 20 – Dreno manual do pote LP SH.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
181
Anexo J
Preparação do BOP:
 Verificar o nível de água nos tanques do sistema de combate a incêndios e apontar a
percentagem da quantidade de água contida neles (figura 21);
 Verificar a abertura das válvulas de gás para a caldeira auxiliar e TG (figura 22);
 Verificar se a pressão do vapor auxiliar está a 8 bar e com temperatura acima de 160 ºC;
 Confirmar se o PH da água desmineralizada está na gama correta (ph ≈ 9);
 Confirmar se os sistemas do BOP (figura 23) estão em serviço e em modo automático,
respetivamente, sistema de condensado, água desmineralizada, doseamento químico;
 Efetuar o arranque do sistema de vapor auxiliar (verificar se as válvulas se encontram
abertas e os drenos da caldeira auxiliar estão em modo automático;
 Confirmar se o sistema de lubrificação do eixo e se o virador estão a funcionar
corretamente;
 Verificar se o disjuntor de excitação do alternador se encontra fechado (figura 24);
Figura 21 – Mímico dos tanques de água potável e
de serviço.
Figura 22 – Mímico do sistema de gás de alimentação
da caldeira e da TG do grupos I e II.
Figura 23 – Sistema BOP, mímico do condensado.
Figura 24 – Disjuntor de excitação do alternador.
182
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo J
Sistema de Vácuo:
 Verificar se a pressão a montante da válvula SSFV está superior a 7 bar (figura 25);
 Arrancar o sistema de vapor de selagem através o sobreaquecedor elétrico (figura 25);
 Arrancar um dos ventiladores do condensador de vapor de bucins;
 Verificar se a válvula de quebra vácuo está aberta (figura 26);
 Arrancar o sistema de vapor de selagem;
 Arrancar as bombas de vácuo. Devem estar as duas bombas em serviço;
 Fechar a válvula de quebra vácuo, são necessários aproximadamente 30 minutos para
obter vácuo com uma pressão inferior a 80 mbar.
Figura 25 – Vapor de selagem.
Figura 26 – Sistema de vácuo condensador.
Enchimento e Ventilação da Caldeira:
 Verificar se o PH na descarga das bombas de condensado se encontra entre 9,8 e 10,1;
 Verificar o nível de água contida no barrilete de BP. Caso o nível esteja inferior ao nível
predefinido é necessário arrancar com o sistema de controlo do nível do barrilete de BP;
 Arrancar com os sistemas de controlo de nível de água de alimentação dos barriletes de
média e alta pressão.
Figura 27 – Descarga condensado.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Figura 28 – Nível barrilete de baixa pressão.
183
Anexo J
Ilha de Potência:
 Confirmar se a pressão de hidrogénio no alternador se encontra a 4 bar (figura 9);
 Confirmar a pressão diferencial do óleo de selagem (aproximadamente 0,6 kg/cm2) em
relação à pressão do hidrogénio, este diferencial de pressão é necessário de forma a
garantir a selagem do hidrogénio no interior do alternador;
 Verificar os motores da turbina a vapor (motores do sistema de óleo de lubrificação, do
sistema de fluido hidráulico e do sistema de selagem do vapor), figura 29;
 Verificar a temperatura do óleo de lubrificação (aproximadamente 37 ºC). Esta é a
temperatura de referência no arranque. A temperatura nominal do óleo é de 49 ºC. O
aumento da temperatura garante uma viscosidade inferior do óleo (figura 31);
 Escolher o LCI para efetuar o arranque do grupo (figura 30);
 Verificar se a excentricidade é inferior a 0,025mm nos três pontos de medida (vibrações
no eixo comum do alternador e das turbinas a gás e vapor);
 Verificar o aquecedor elétrico do gás e as permissivas da turbina a vapor;
Figura 29 – Motores associados à turbina a vapor.
Figura 30 – Mímico de monitorização do LCI.
Sistema Óleo de Lubrificação e Teste Hidráulico
- Testar o funcionamento das bombas de óleo de lubrificação AC;
- Testar a bomba de óleo de lubrificação DC e a bomba de óleo hidráulico.
Figura 31 – Sistema de levantamento e lubrificação do eixo.
184
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo J
Sequências de arranque:
Como referido anteriormente, a sequência de arranque é totalmente automática até ao
mínimo técnico. Ao longo da fase de arranque é necessário verificar e/ou alterar o estado de
alguns requisitos, tais como:
1- Verificar se as permissivas da caldeira recuperativa e do BOP estão cumpridas;
2- Verificar se todas as permissivas de arranque da TG estão cumpridas, ficando a faltar
apenas as seguintes permissivas prestart check, Perfomance Heater e TV pronta (figura 33);
3- Verificar no mímico de monitorização da TG que o combustível selecionado é o gás;
4- Selecionar o modo "Remoto" ou "Auto and Start" no mímico de monitorização da TG;
5- Selecionar Auto-Sequence "ON", no mímico de monitorização da caldeira recuperativa
"HRSG ready to Start S2", verificar o by-pass do vapor e selecionar a seta que aponta para
a etapa "S4" (figura 34);
6- Após a deteção de chama (a partir das 430 rpm), confirmar se os 4 detetores de chama
estão a vermelho no mímico de monitorização da TG (figura 32);
7- As 1500 rpm, verificar se a válvula do vapor de arrefecimento da TV está aberta;
8- Confirmar as 2860 rpm a troca do modo de queima de D5 para 1D;
9- Antes da sincronização, confirmar a temperatura do óleo de lubrificação (deve estar acima
de 43 ºC);
10- Confirmar se a válvula de purga contínua de vapor está aberta;
11- Verificar o aquecimento da linha de vapor de AP, por forma à obtenção dos critérios
de temperatura para a TV;
12- Verificar o cumprimento das permissivas da TV (figura 39);
13- Verificar a admissão de vapor à TV;
14- Verificar se a temperatura de exaustão da TG se adequa ao diferencial de temperatura
entre o vapor e o metal da turbina de vapor;
15- Confirmar a auto-selagem da TV (SSFV fechada, SSDV ligeiramente aberta) quando a
pressão do vapor atinge a pressão adequada, (figura 25);
16- Quando Temperature Matching Sequence passa a OFF, (temperatura de exaustão da TG
próxima de 580 ºC), selecionar modo "Operador" e a potência desejada (mínimo. 200 MW);
17- Verificar a abertura das pás guias do compressor (IGV) para efetuar o controlo da
temperatura de exaustão (aproximadamente 649 ºC);
18- Confirmar que a sequência automática chega ao passo "S4", a potência ativa pode variar
entre 200 MW 440 MW.
19- Antes de se efetuar o início da sequência automática de arranque, é necessário
verificar o estado das permissivas da turbina a gás (figura 33).
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
185
Anexo J
Figura 32 – Mímico de monitorização da TG.
Figura 33 – Mímico das permissivas da turbina a gás.
Após serem verificadas todas as permissivas da figura 33 dá-se, finalmente, o arranque do
grupo electroprodutor. A sequência de arranque da TG pode ser visualizada na figura 34.
Figura 34 – Sequência de arranque da turbina a gás.
A figura 35 descreve, sucintamente, os passos da sequência automática de arranque
(sequência geral). Posteriormente, no presente capítulo será possível analisar de forma mais
pormenorizada as várias etapas da sequência (S1, S2, S3, RS2 e RS3)
186
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo J
Figura 35 - Etapas da auto-sequência de arranque dos grupos electroprodutores.
Na figura 35 é possível visualizar as permissivas gerais que devem ser cumpridas desde o
início de arranque até ao desligar do grupo. Deste modo, a sequência geral é composta por 5
etapas S1, S2, S3, RS2 e RS3.
Na transição entre cada etapa, existem condições/permissivas que têm de ser verificadas e
aceites. O estudo em questão não pretende descrever de forma exaustiva as permissivas
necessárias para efetuar a transição entre cada etapa, mas antes, descrever e explicar as várias
etapas de forma genérica. Deste modo, a sequência normal de arranque, funcionamento e
paragem dos grupos electroprodutores segue a sequência que pode ser visualizada nas figuras
36, 37 e 38.
Figura 36 – Permissivas de transição entre a etapa S1 e S2.
A figura 36 ilustra as permissivas de transição entre a etapa S1 a S2. Na transição de S1 para
S2 atribui-se particular atenção à preparação e arranque de caldeira recuperativa. Das
permissivas ilustradas na figura 36 destaca-se as permissivas relacionadas com os drenos, com
o sobreaquecedor elétrico e o bypass de vapor.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
187
Anexo J
Figura 37 – Permissivas de transição desde da etapa S2 até a etapa RS2.
A figura 37 ilustra as permissivas desde da etapa S2 até a etapa RS2. Na transição de S2
para S3 analisam-se as permissivas da TG. Das permissivas entre as etapas S2 e S3
destacam-se as permissivas que verificam se a TG efetuou o arranque, o fecho do disjuntor de
grupo (BAC) e se a variável “Temperature Matching Sequence” está a ON. Após verificar
estas permissivas, a sequência automática transita para a etapa S3.
Ao passar para a etapa S3, a sequência garante que a turbina a gás já se encontra a rodar à
velocidade nominal (3000 rpm) e que foi efetuado com sucesso o sincronismo com a rede
elétrica nacional. Nesta etapa, pretende-se acionar a turbina a vapor de forma a elevar a
potência ativa do alternador para o seu mínimo técnico (200 MW). Na transição de S3 para S4
verificam-se condições tais como aceitação da qualidade do vapor, o fim do processo de
aquecimento do metal da TV (Temperature Matching Sequence) e se o bypass de vapor se
encontra fechado. Por fim, verifica-se se o grupo electroprodutor atingiu o mínimo técnico.
Depois de verificadas todas as permissivas anteriores, a sequência automática transita para a
etapa S4. Nesta etapa, o grupo permanece em funcionamento normal, podendo variar a
potência ativa produzida dentro dos limites do alternador (200 MW > Potência > 440 MW). A
transição de S4 para RS3 ocorre quando se pretende desligar o grupo electroprodutor. Deste
modo, nesta transição é retirada potência mecânica à TG e TV, de seguida procede-se ao
isolamento da TV e ao respetivo corte de vapor. Na transição de RS3 para RS2 procede-se à
retirada da TG verificando-se, deste modo, o desligar total do grupo.
188
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
Anexo J
Figura 38 – Permissivas de transição da etapa RS2 para S1
A figura 38 ilustra as permissivas de transição das etapas RS2 para S1. Esta sequência
remete para os procedimentos de preparação para efetuar um novo arranque.
Após ser verificado o arranque do grupo e o sincronismo com a rede elétrica, é necessário
elevar a potência produzida pelo alternador. O aumento da potência ativa está dependente da
potência mecânica disponibilizada ao eixo pela turbina a vapor. De forma a acionar a TV é
necessário cumprir com as permissivas ilustradas na figura 39. Só quando se verificar que
todas as permissivas se encontram a verde é que se efetua o arranque da turbina a vapor.
Figura 39 – Permissivas da turbina a vapor.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
189
Anexo K
Descrição das Variáveis Consideradas na Caracterização dos Arranques
191
Anexo K
Potência ativa – É a potência ativa gerada pelo alternador. O mínimo técnico corresponde a
uma potência mínima gerada de 200 MW. Em condições favoráveis, os grupos
electroprodutores conseguem produzir uma energia máxima correspondente a 441 MW.
Potência exportada – É a potência que efetivamente foi injetada no SEE. Tendencialmente, a
potência injetada é 10 MW inferior à potência ativa gerada. Este acontecimento deve-se ao
facto do alternador alimentar os sistemas auxiliares da Central Termoelétrica através do
transformador auxiliar de grupo.
Temperatura do metal TV AP – Temperatura do metal da turbina a vapor de Alta
Pressão. A temperatura nominal do metal da turbina de Alta e Média Pressão é,
respetivamente, 560 ºC. Por seu turno, a temperatura do metal da turbina de Baixa Pressão
corresponde em média a 295 ºC.
Temperatura do metal TV MP – Temperatura do metal da turbina a vapor de Média
Pressão. A temperatura nominal do metal da turbina de Alta e Média Pressão é,
respetivamente, 560 ºC. Por seu turno, a temperatura do metal da turbina de Baixa Pressão
corresponde em média a 295 ºC.
Temperatura do Vapor AP – Temperatura do vapor a entrada da turbina de Alta Pressão. A
temperatura nominal do vapor de Alta e Média Pressão é, respetivamente, de 560 ºC. Por seu
turno, a temperatura do vapor da turbina de Baixa Pressão corresponde em média a 295 ºC.
Temperatura do Vapor MP – Temperatura do vapor a entrada da turbina de Média Pressão
A temperatura nominal do vapor de Alta e Média Pressão é, respetivamente, de 560 ºC. Por
seu turno, a temperatura do vapor da turbina de Baixa Pressão corresponde em média a 295 ºC
Aceitação Condutividades – A aceitação das condutividades é a variável que indica quando
o vapor proveniente da caldeira recuperativa se encontra em condições para ser expandido no
corpo da TV. A unidade de medida desta variável é o µS/cm. O valor ideal de funcionamento
da condutividade é de 0,15 µS/cm com tendência a descer devido as purgas contínuas de
vapor. Em caso excecionais, o valor limite das condutividades pode ser de 0,45 µS/cm.
Rodolfo Manuel Conceição Pereira
193
Anexo K
Mínimo Técnico – O mínimo técnico é o valor da potência ativa mínima que o alternador
pode produzir atendendo às suas condições de segurança e operacionalidade. O valor
estipulado pela GE é de 200 MW. A sequência de arranque é efetuada de forma totalmente
automática até o grupo electroprodutor atingir a potência correspondente ao mínimo técnico.
BAC – Disjuntor de grupo – Este disjuntor é o responsável pela ligação física do alternador
ao SEE. Na sequência de arranque, este permanece aberto até ocorrer o sincronismo entre o
alternador e o SEE.
Posição da válvula Vapor AP – A posição da válvula de vapor Alta Pressão dá a indicação
do estado da abertura da válvula em percentagem durante a fase de arranque. Esta vai abrindo
de forma graduada em função do diferencial de temperatura verificado entre a temperatura do
metal da turbina a vapor e do vapor.
Temperature Matching Sequence – Sequência que remete para o processo de aquecimento
do metal da turbina a vapor. A turbina a vapor é aquecida através do vapor proveniente da
caldeira recuperativa. Deste modo, a turbina a gás ajusta a queima do combustível de forma a
garantir um gradiente de aquecimento ajustado do vapor em função da temperatura do metal
da turbina a vapor. Esta variável toma o valor de 0 (OFF) ou 1 (ON) para indicar,
respetivamente, o decorrer ou o fim do processo de aquecimento da TV. Deste modo,
enquanto esta variável estiver a 0 o processo de aquecimento ainda não se encontra finalizado.
É de referir, que em situação alguma na sequência de arranque, o diferencial de temperatura
entre o vapor e o metal da TV deve exceder os 60 ºC.
Velocidade rotor – Velocidade em que o rotor se encontra a rodar. A velocidade nominal é
de 3000 rpm podendo oscilar entre 2995 e 3005 rpm.
Frequência do alternador – A frequência do alternador segue a frequência do SEE. O valor
nominal da frequência é 50 Hz.
194
Rodolfo Manuel Conceição Pereira