cálculo do icc

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C.T. n 158 Clculo das correntes de curto-circuito1 / 44 clculo das correntes de curto-circuito ndice Cahier Technique Merlin Gerin n 158 (1992) Trad. e adapt. Noel Moreira (2002-3) 1. introduoOs principais defeitos de curto-circuito p. 4 Estabelecimento da intensidade de curto-circuito p. 6 Normas e clculo dos Iccp.10 Os mtodos apresentados neste Caderno Tcnico p.11 Hipteses de basep.11 2. clculo das Icc pelo mtodo das impedncias Icc consoante os diversos tipos de curto-circuito p.13 Determinao das diversas impedncias de curto-circuito p.14 Relao entre as impedncias dos diferentes nveis de tenso de uma instalao p.23 Exemplo de clculop.25 3. Clculo das Icc em redes radiais com ajuda das componentes simtricas Interesse deste mtodop.33 Componentes simtricas (resumo)p.33 Clculo de acordo com a norma CEI 909 p.35 Equaes das diferentes correntesp.38 Exemplo de clculop.40 4. clculos por computador e concluso p.44 Anexo: bibliografiap.44 C.T. n 158 Clculo das correntes de curto-circuito2 / 44Odimensionamentodeumainstalaoelctricaedosequipamentosautilizareaescolhadas proteces de pessoas e bens, necessitam do clculo das correntes de curto-circuito em todos os pontos da rede. EsteCadernoTcnicoenumeraosmtodosdeclculodascorrentesdecurto-circuitoprevistos pelas normas UTE 15-105 e CEI 909-781. Trata o caso de circuitos radiais BT baixa tenso e AT Alta Tenso. O objectivo que se pretende atingir o de dar a devida informao sobre os mtodos de clculo paradeterminarcomtodooconhecimentodecausaascorrentesdecurto-circuito,incluindoa utilizao de meios informticos. lxico Abreviaturas PdCpoder de corte QGBTquadro geral de baixa tenso Smbolos ngulo de ataque (aparecimento do defeito em relao ao zero da tenso) cfactor de tenso cos factor de potncia Ereactncia em % das mquinas rotativas Efora electromotriz (valor mximo) cngulo de desfasamento (corrente em relao tenso) Icorrente (valor instantneo) iacomponente alternada sinusoidal da corrente instantnea iccomponente contnua da corrente instantnea ipvalor mximo da corrente (primeira crista da corrente de defeito) Iintensidade eficaz mxima Ibcorrente de curto-circuito cortada (CEI 909) Iccintensidade de curto-circuito permanente (Icc3 = trifsica, Icc2 = difsica, ...) Ikintensidade de curto-circuito permanente (CEI 909) Ikcorrente de curto-circuito inicial (CEI 909) Ircorrente nominal do alternador Isintensidade da corrente de servio factor dependente da indutncia de saturao de um alternador k e Kconstantes dadas (tabelas ou bacos) Rmresistncia equivalente da rede a montante RL resistncia linear das linhas Sseco dos condutores Sccpotncia de curto-circuito Snpotncia aparente do transformador tmintempomortomnimo de estabelecimento do curto-circuito,frequentementeigual temporizao de atraso de um disjuntor utenso (valor instantneo) ucctenso de curto-circuito do transformador (em %) Utenso composta da rede em vazio Untenso nominal em carga da rede Xmreactncia equivalente da rede a montante XLreactncia linear das linhas Zmimpedncia equivalente da rede a montante Zccimpedncia a montante da rede sobre defeito trifsico Zd, Zi, Zh impedncias directa, inversa e homopolar da rede, ou de um elemento ZLimpedncia de ligao C.T. n 158 Clculo das correntes de curto-circuito3 / 441.introduo Todas as instalaes elctricas devem ser protegidas contra curto-circuitos, tal devendo verificar- -se, salvo excepes, sempre que haja uma descontinuidade elctrica, o que mais frequentemente correspondeaumamudanadesecodoscondutores.Aintensidadedecurto-circuitodever sercalculadanosdiferentesnveisdainstalao,parasepoderemdeterminarascaractersticas do equipamento que dever suportar ou cortar esta corrente de defeito. Ofluxogramadafigura1mostraaabordagemqueconduzsdiferentescorrentesdecurto- -circuito e os parmetros resultantes para os diferentes dispositivos de proteco. potncia dotransformador MT/BTUcc (em%)Iccaos terminais do transformadorIccdas sadas QGBTIcc entrada dosquadros parciaisIcc entrada dosquadros terminaisI ccna extr emidade das sada s terminaispotncia dosreceptoresintensidades nominaisdas sadasquedas de tensofactor de potnciacoef. de simultaneidadecoef. de uti lizaocoef. de aumento previsvelcaractersticas dos condutores> barramentos:- comprimento- largura- espessura> cabos:- natureza do isolamento- cabo unipolar ou multipolar- comprimento- seco> estabelecimento:- temperatura ambiente- modo de colocao- nmero de circuitos agrupados Scc a montantePoder de corteReg. disparo instantneoPoder de corteReg. disparo instantneoPoder de corteReg. disparo instantneoPoder de corteReg. disparo instantneodisjuntor geradisjuntores dedistribuiodo QGBTdisjuntoresdas sadassecundriasdisjuntoresdas sadasterminais Fig. 1 : procedimento de clculo de Icc para a concepo de uma instalao elctrica Paraescolhereregularconvenientementeasproteces,devemserconhecidosdoisvaloresda corrente de curto-circuito: a corrente mxima de curto-circuito, que determina: oo poder de corte PdC dos disjuntores, oo poder de fecho dos aparelhos, oa robustez electrodinmica das canalizaes e da aparelhagem. Corresponde a um curto-circuito na proximidade imediata dos terminais jusante do rgo de proteco. Deve ser calculada com uma boa preciso (margem de segurana). C.T. n 158 Clculo das correntes de curto-circuito4 / 44acorrentemnimadecurto-circuito,indispensvelparaaescolhadacurvadedisparodos disjuntores e dos fusveis, em particular quando: oo comprimento dos cabos importante e(ou) a fonte relativamente impedante (geradores onduladores); oa proteco das pessoas assenta no funcionamento dos disjuntores ou dos fusveis, o que essencialmente o caso nos esquemas de ligao terra do neutro TN ou IT. Recorde-sequeacorrentedecurto-circuito mnimacorrespondeaumdefeitodecurto-circuitonaextremidadedacanalizao protegida quando ocorre um defeito bifsico enascondiesdeexploraomenos severas(defeitonaextremidadedeum feederenoimediatamenteapsa proteco,umnicotransformadorem servioquandopodemestardoisligados, etc.). Recorde-setambmqueemtodososcasos, qualquerquesejaacorrentedecurto-circuito(damnimamxima),aproteco devereliminarocurto-circuitonumtempo (tc)compatvelcomasolicitaotrmica que o cabo protegido pode suportar: 2 2 2S k dt i (cf. fig. 2, 3, 4) em que S a seco dos condutores, e k uma constantecalculadaapartirdediferentes factoresdecorreco,funodaformade estabelecimentodoscondutores,donmero decircuitoscontguos,danaturezadosolo, etc. os principais defeitos de curto-circuito Nasinstalaeselctricaspodemocorrer diferentes curto-circuitos: Caractersticas dos curto-circuitos Os curto-circuitos so principalmente carac- terizados pela: suadurao:auto-extintor,fugidioou permanente; sua origem: omecnica(roturadecondutores,liga- o elctrica acidental entredois condu- Fig. 2 : caractersticas I2t de um condutor em funo da temperatura ambiente Fig. 3 :proteco de um circuito por disjuntor Fig. 4 : proteco de um circuito por fusvel aM C.T. n 158 Clculo das correntes de curto-circuito5 / 44tores por um corpo estranho condutor ou por animais), osobretenses elctricas, de origem interna ou atmosfrica, ooudevidoaumadegradaodoisolamento,consequnciadecalor,humidadeouambiente corrosivo; sua localizao: interna ou externa a uma mquina ou a um quadro elctrico. Entre outras caractersticas, os curto-circuitos podem ser: monofsicos: 80 % dos casos; bifsicos: 15 % dos casos. Estes defeitos degeneram frequentemente em defeitos trifsicos; trifsicos: apenas 5 % de origem. Estas diferentes correntes de curto-circuito so representadas na figura 5. Fig. 5 : os diferentes curto-circuitos e as suas correntes. O sentido indicado pelas flechas arbitrrio. (cf. CEI 909) Consequncias dos defeitos de curto-circuito Asconsequnciasdosdefeitosdecurto-circuitovariamconsoanteanaturezaeaduraodos defeitos, o local a que respeitam e a intensidade da corrente: no local do defeito: ocorrncia de arcos de defeito, tendo por consequncia: odeteriorao dos isolamentos, ofuso dos condutores, oincndio e perigo para as pessoas; C.T. n 158 Clculo das correntes de curto-circuito6 / 44no circuito afectado: oesforos electrodinmicos, provocando -deformao dos barramentos, -arrancamento de cabos; osobreaquecimentodevidoaoaumentodeperdasporefeitoJoule,comriscode deteriorao de isolamentos; nos outros circuitos elctricos da rede afectada ou de redes situadas na proximidade: ofalhasdetensoduranteaduraodaeliminaododefeito(dealgunsmilissegundosa algumas centenas de milissegundos), ocolocaoforadeserviodeumapartemaioroumenordarede,consoanteoseu esquema e a selectividade das suas proteces, oinstabilidade dinmica e(ou) perda de sincronismo das mquinas, operturbaes nos circuitos de comando e controle oetc. estabelecimento da intensidade de curto-circuito Umaredesimplificadareduz-seaumafontedetensoalternada,uminterruptoreuma impednciaZccquerepresentatodasasimpednciassituadasamontantedointerruptor,euma impedncia de carga ZS (cf. fig. 6). Narealidade,aimpednciadafontecomposta portudooqueestamontantedocurto-circuito, com redes de tenses diferentes (AT, BT) e cana- lizaesemsriecomsecesecomprimentos diferentes. Noesquemadafigura6,estandoointerruptor fechadocirculanaredeacorrentedeservio,de intensidade IS. Umdefeitodeimpednciadesprezvelentreos pontosAeBoriginaumacorrentedecurto--circuitoIccdeintensidademuitoelevada, limitada unicamente pela impedncia Zcc. A intensidade Icc estabelece-se segundo um regime transitrio, em funo das reactncias X e das resistncias R que constituem a impedncia Zcc: 2 2X R Zcc+ = . Emsistemasdepotncia,areactnciaL X = geralmentebastantemaiselevadaquea resistnciaR,situando-searelaoR/Xentre0,1e0,3sendoparaestesreduzidosvalores praticamente igual ao cos cc (em curto-circuito): 2 2cosX RRcc+= . Contudo, o regime transitrio de estabelecimento da corrente de curto-circuito difere consoante o afastamento entre o local de defeito e os alternadores. Este afastamento no implica necessaria- menteumadistnciageogrfica,massubentendequeasimpednciasdosalter