Durante a operação de uma máquina síncrona, na condição de gerador, como a tensão elétrica nos terminais ( \mathrm{V}_{\mathrm{t}} ) pode superar o valor nominal? Qual(is) a(s) função(ões) ANSI responsável(is) por esta(s) proteção(ões)? ( 2,0 pontos)

Passo 1

O enunciado pede para entender por que, em operação como gerador, a tensão nos terminais \mathrm{V}_t pode ultrapassar seu valor nominal e em seguida identificar quais funções ANSI fazem a proteção contra esse excesso de tensão. Vamos usar conceitos de regulação automática de tensão (AVR), comportamento de geradores síncronos em regime de fluxo de potência reativa e as normas de proteção ANSI.

Passo 2

Quando um gerador síncrono está em regime de entrega de potência ativa e reativa, a tensão terminal \mathrm{V}_t é controlada pelo sistema de excitação (AVR). Se ocorrerem situações como remoção súbita de carga (phenômeno Ferranti), conexão de bancos capacitivos ou comando excessivo do AVR visando manter tensão sob carga leve, o campo de excitação é aumentado acima do ponto de ajuste nominal. Como resultado, a corrente de campo cresce e, pela equação de circuito interno do gerador, a tensão de gerador open-circuit aumenta, elevando \mathrm{V}_t acima do valor nominal.

Passo 3

Para evitar danos à máquina e ao sistema de isolamento, são usados relés que monitoram sobretensão e sobreexcitação:
  • A função \mathrm{ANSI\;59} (Overvoltage Relay) detecta quando a tensão terminal excede um limiar ajustável acima da tensão nominal.
  • A função \mathrm{ANSI\;59N} protege contra sobretensão de neutro quando há aterramento via ponto neutro, evitando sobretensões desequilibradas.
  • A função \mathrm{ANSI\;24} (Overexcitation or V/Hz Relay) bloqueia o gerador se a relação tensão/frequência ultrapassar o valor admissível, protegendo o enrolamento de campo contra saturação contínua.
    Opcionalmente, a função \mathrm{ANSI\;47} (Negative-Sequence Overcurrent) pode intervir se houver componente negativa de sequência causada por desbalanceamentos de tensão que também geram sobrecarga térmica no campo.

Resposta

As principais proteções ANSI contra elevação de \mathrm{V}_t são:
\mathrm{ANSI\;59} (sobretensão de terminais),
\mathrm{ANSI\;59N} (sobretensão de neutro)
e
\mathrm{ANSI\;24} (sobreexcitação ou proteção V/Hz).

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