La Satisfaction au travail

Diz-se que existe variação de frequência num sistema eléctrico de corrente alternada quando se produzem alterações do equilíbrio entre a carga e a geração.

A frequência, num sistema eléctrico de corrente alternada, esta directamente relacionada com a velocidade de rotação, isto é, com o número de rotações por minuto dos alternadores. Dado que a frequência é comum a toda a rede, todos os geradores ligados a ela giram de maneira síncrona, à mesma velocidade angular eléctrica.

2.2.1 - Valores de referência

A frequência nominal da tensão é de 50Hz. Em condições normais de operação, o valor anunciado da frequência fundamental nos sistemas de distribuição, durante 10 segundos e segundo a norma NP EN 50 160, é:

Com sistema interligado:

50Hz ± 1% (49,5...50,5Hz) durante 95% de uma semana.

Com conexão assíncrona isolada de um sistema interconectado (por exemplo o sistema de interconexão de determinadas linhas):

50Hz ± 2% (49...51Hz) durante 95% de uma semana.

50Hz ± 15% (42,5...57,5Hz) durante 100% de uma semana.

2.2.3- Causas que as originam

Em condições normais de funcionamento, a capacidade de geração ligada a uma rede eléctrica é superior ao consumo. Para que isto se verifique é necessário manter uma reserva de energia redundante, isto é, uma capacidade não utilizada que pode compensar as variações bruscas da carga e manter a frequência dentro de uma margem de tolerância.

No entanto, existem condições excepcionais em que se produz um grande desequilíbrio entre a geração e a carga, dando lugar a uma variação da frequência.

Podem dar-se os seguintes casos:

1 - A carga é superior à geração. Neste caso, a frequência diminui. A sua velocidade de queda dependerá da reserva de energia redundante e da constante de inércia do conjunto de geradores conectados à rede Figura 11.

Em tais condições, se a diminuição da frequência se situa acima da margem de tolerância e os sistemas de regulação não são capazes de responder de forma suficientemente rápida para detectar a queda da mesma, pode chegar a produzir-se o colapso do sistema.

A recuperação do mesmo só se conseguiria mediante um deslastre rápido, selectivo e temporal de cargas.

Um incremento brusco de uma carga fará com que os alternadores percam alguma velocidade. Em tais casos os sistemas de regulação dos alternadores detectam essas variações de velocidade e fornecem energia mecânica adicional às turbinas. Assim, o incremento da carga reparte-se entre todos os geradores conectados à rede e alcança-se mais uma vez o equilíbrio entre a carga e a geração.

2 - A carga é inferior à geração. Neste caso, a frequência aumenta. O equilíbrio restabelece-se mediante um processo análogo ao anterior, actuando sobre os sistemas de regulação dos alternadores para diminuir a sua capacidade de geração. O equilíbrio alcança-se mais facilmente que no caso anterior, gráfico da Figura 11.

A relação entre a variação da carga e a variação da frequência depende do número e capacidade dos geradores interligados à rede. É mais desfavorável em sistemas isolados, que em grandes redes interligadas.

Assim, no sistema interconectado Europeu no qual está a integrada a rede Portuguesa, obtêm-se valores da ordem dos 12.000MW/Hz, isto é, é necessária uma variação de carga de 1.2000MW para que se produza uma variação de frequência de 0.1 Hz. Num sistema isolado de 120MVA, este valor seria da ordem dos 60MW/Hz.

2.2.4 - Efeitos que produzem

Nas margens normais de tolerância, o principal efeito das variações de frequência é a mudança de velocidade nas máquinas rotativas.

Em tais condições, podem produzir-se os seguintes fenómenos:

1- Os motores transmitem mais ou menos potência.

2 - Os relógios eléctricos sincronizados com a rede, atrasam-se ou adiantam-se. Também têm efeito sobre outros equipamentos:

3 - Os filtros de harmónicos sofrem um efeito de distorção.

4 - Os equipamentos eléctricos que utilizam a frequência como referência de tempo alteram o seu funcionamento.

5 - As turbinas das centrais eléctricas são submetidas a fortes vibrações que supõem um esforço para estas.

2.2.5 – Mitigação dos efeitos

Para prevenir fortes variações transitórias de frequência que poderiam afectar gravemente os equipamentos ligados a uma rede eléctrica, recomenda-se a existência de um sistema de deslastre por frequência.

No caso de um gerador, isto é, de uma instalação industrial que conta com uma fonte autónoma de energia, cabe distinguir situações diferentes que aconselham medidas de prevenção diferentes:

Quando a instalação funciona acoplada à rede de distribuição e o interruptor de interligação dispara, ficando a instalação isolada, o normal é que se produza um desequilíbrio transitório entre a carga e a fonte de produção de energia que, não sendo compensado rapidamente pelo regulador do gerador, dará lugar a um disparo deste. Neste caso, é essencial que o sistema de regulação do grupo produtor esteja adequadamente desenhado e regulado para esta circunstância.

Quando se trata de grandes grupos, em geral, existem protecções que têm por missão eliminar rapidamente o fornecimento de energia da fonte geradora perante uma falha na sua linha de alimentação, protegendo assim o grupo de gerador contra problemas derivados da perda de estabilidade. Estas protecções específicas calculam-se tomando como base processos de simulação dinâmica.

Quando uma abertura momentânea do interruptor de interligação faz com que o gerador aumente a sua velocidade de rotação ou a diminua, este fica fora de sincronismo em relação à rede de distribuição. Nesta situação, o rearme do interruptor dá lugar a um acoplamento fora de sincronismo que danificará seriamente a turbina e o gerador. Para fazer frente a esta situação, prevê-se a instalação de protecções de ligação de máxima e mínima frequência.