O sistema elétrico precisa de INÉRCIA mínima

Olá pessoal vamos entender a importância da inércia de um gerador de energia elétrica a frequência elétrica do Sistema Brasileiro ela é padronizada em 60 hz e ela se mantém nesse valor quando há o equilíbrio entre o torque motor da turbina e o torque elétrico do gerador de forma análoga é a mesma coisa de dizer que a geração é igual a carga no sistema elétrico ou seja a frequência se mantém em 60 hz quando há o estado de Equilíbrio e vimos isso detalhadamente no vídeo falando sobre controle de frequência em 60 hz mas o que acontece

se ligarmos um motor elétrico uma lâmpada ou um grande Parque Industrial teremos um desequilíbrio e a carga do sistema será maior que a geração nesse caso haverá uma sub frequência mas porque isso acontece é que o conjunto turbina gerador ele não consegue suprir instantaneamente a carga ligada levará um tempo até que a água da hidrelétrica ela passe pela turbina acione o gerador e tenhamos assim a geração excedente que irá suprir a carga que foi ligada mas perceba que não ficamos esperando até a lâmpada acender ou o motor iniciar o movimento tudo acontece instantaneamente de onde

vem então essa energia vem da inércia do conjunto turbina gerador da energia cinética acumulada ou seja quando ligamos qualquer equipamento elétrico essa energia ela é roubada ela é retirada da inércia do gerador e com isso temos uma queda de velocidade caindo a velocidade temos então uma sub frequência no sistema elétrico e somente depois é que haverá a atuação do regulador de velocidade e do controle automático de geração considere agora a frequência do sistema elétrico em 60 hz e ocorre uma perda de um bloco de geração temos então uma fundamento da frequência para 59,8 hz Isso

é o que operador verifica na sala de controle somente os valores em regime permanente a frequência passou de 60 para 59,8 hz mas essa variação ela pode tomar diversos caminhos por exemplo nesse caminho temos uma oscilação que atingiu um valor crítico de 58,2hertz e essa oscilação ela pode ser menor perceba então que temos diversos gráficos da variação de frequência todos eles terminando em regime Permanente no valor de 59,8 hz mas em regime transitório cada um Poss uma frequência mínima diferente e aí vem a pergunta interessante Qual é a melhor curva de resposta desse gerador Com

certeza aquela curva que produz a menor variação de frequência precisamos entender agora um conceito da constante de inércia Observe que para cada uma das curvas temos uma constante inércia diferente e a constante inércia é representada pela letra H temos quatro curvas então constante de inércia H1 H2 H3 e H4 perceba que quanto maior a constante inércia menor será a variação de frequência com isso teremos uma menor oscilação da frequência elétrica e uma maior estabilidade do sistema elétrico Dessa forma podemos concluir que é ideal uma alta constante inércia para reduzir as oscilações e aumentar a estabilidade

do sistema elétrico mas o que é inércia inércia ela é a resistência à aceleração Observe duas pessoas empurrando uma esfera a esfera tem massa de 50 kg e a esfera B massa de 200 kg as pessoas vão empurrar essas esferas com a mesma força Observe podemos então perceber que a esfera B de maior massa ela teve menor aceleração e Menor deslocamento ou seja ela é a esfera que possui maior inércia dito isso podemos concluir que a massa é um dos parâmetros que tem impacto na inércia do gerador de energia elétrica vamos agora conhecer o momento

de inércia que é a resistência à aceleração rotacional vimos anteriormente a aceleração no movimento retilíneo horizontal mas o nosso conjunto turbina gerador ele gira precisamos então de um momento de inércia rotacional e esse momento de inércia ele é o produto da massa pelo quadrado do raio qual desses geradores tem maior inércia um gerador de uma tonelada ou um gerador de duas toneladas considerando que eles têm as mesmas dimensões Com certeza o gerado de duas toneladas porque ele possui maior massa e agora um segundo caso dois geradores de mesma massa uma tonelada mas um deles tem

diâmetro de 10 m e o outro diâmetro de 15 metros nesse caso é o gerador de maior diâmetro conforme vimos na fórmula do momento de inércia chegamos então a uma constante muito utilizada na engenharia elétrica que chama-se constante de inércia que representa a energia cinética armazenada no rotor do gerador essa constante de inércia H ela é a razão da energia cinética do gerador dividida pela potência e a energia cinética sabemos da física que é um meio multiplicado pelo momento inércia multiplicado pelo quadrado da velocidade angular juntando essas duas equações temos aqui a fórmula da constante

de inércia ela vai depender do momento de inércia da velocidade angular e da potência do gerador ou seja essa constante inércia ela Depende fundamentalmente do momento de inércia e velocidade angular e vamos agora a mais uma pergunta temos dois geradores iguais mesmo diâmetro e mesma massa porém um deles gira a velocidade de 100 rotações por minuto e o segundo a 400 rotações por minuto qual desses geradores terá maior constante de inércia Com certeza aquele de maior velocidade porque concentra maior energia cinética para entendermos essa questão basta fazermos a seguinte pergunta qual é mais difícil parar

um Fusquinha a 30 km por hora ou um Fusquinha a 100 km por hora Com certeza é mais difícil parar que ele com maior velocidade essa constante de inércia ela está alocada no gerador e cinco das hidrelétricas e usinas termelétricas e varia na faixa de dois a Oito Segundos É isso mesmo a unidade da Constante inércia é o segundo porque porque a energia em Joule dividida pela Potência em watts resultado grandeza em segundo Observe agora em tela a ilustração de um gerador de uma usina hidrelétrica perceba que é um gerador de elevado diâmetro no Encanto

baixa rotação em torno de 100 rotações por minuto mesmo assim é um gerador que possui elevada constante de inércia por exemplo o gerador de Itaipu ele possui constante de inércia de 5,7 segundos ou seja se cortarmos a água que gira a turbina do gerador de Itaipu somente pelo movimento de rotação da inércia ele consegue irá suprir a potência nominal durante 5,7 segundos Isso é o que significa a constante de inércia E agora temos o gerador termoelétrico Observe que nesse caso o gerador termeletrico o turbo gerador ele possui comprimento elevado e Alta Rotação pode atingir 1800

rotações por minuto e de qual modo o gerador terme elétrico ele pode alcançar elevadas constantes de inércia tudo depende para o gerador hidrelétrico e termelétrica das dimensões da massa e da rotação diante de tudo que vimos até agora o que é mais importante é que precisamos garantir para o sistema elétrico brasileiro uma inércia mínima Qual objetivo reduzir as oscilações de frequência e aumentar a estabilidade do sistema elétrico e quem define essa imensa mínima é o ons o operador Nacional do sistema elétrico é por esse motivo que temos que manter um número mínimo de geradores sincronizados

Hidráulicos e termoelétricos para que seja garantida a inércia mínima do sistema não podemos substituir tudo por geração fotovoltaica ou eólica precisamos garantir nessa mínima quanto maior a inércia do sistema elétrico maior será o amortecimento e consequentemente menores serão as variações de frequência Observe temos aqui uma resposta super amortecida de uma variação de frequência uma resposta sub amortecida Observe que houve mais oscilações porém o que não pode acontecer De forma alguma é uma resposta não amortecida perceba que nesse caso a oscilação ela vai aumentando não há amortecimento Observe então que neste caso podemos ter perda da

estabilidade havendo até blackouts no sistema elétrico e agora a pergunta mais importante Como podemos manter a imensa mínima se a cada dia temos a penetração no sistema elétrico de uma maior quantidade de usinas fotovoltaicas e de usinas eólicas E por que eu pergunto isso porque essas usinas não agregam inércia porque a conexão é a sincrona através de inversores e isso reduz a inércia equivalente do sistema se reduzimos essa inércia é equivalente haverá maiores oscilações de frequência no sistema Como podemos então resolver isso Observe agora que temos em tela um gerador eólico poderia ser fotovoltaico suprindo

uma carga do Sistema interligado Nacional essa conexão do gerador com Sistema interligado Nacional ela é assíncrona é feita através de inversores E isso não contribui com a inércia do sistema elétrico mas aí há uma solução da eletrônica de potência e dos sistemas de controle que é chamada inércia sintética nada mais é do que um bloco de Sistema de Controle que vai emular uma inércia de igual modo que o geradores síncronos dessa forma os geradores eólicos e fotovoltaicos eles deixam 10% da potência nominal reservada para uma necessidade de suprimento a uma oscilação de frequência dessa forma

temos uma reserva de potência para nessa rcia sintética mas como funciona essa nessa sintética Deixaremos isso para um outro vídeo Valeu pessoal Espero que tenham gostado do vídeo Um forte abraço e bons estudos