DISPOSITIVO DE PARTIDA DE

GRANDES MÁQUINAS ELÉTRICAS

OPERANDO A GRANDES

DISTÂNCIAS

CONSIDERAÇÕES GERAIS

OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA

Em todos os segmentos da sociedade, em todas profissões, os desafios

surgem sempre como situações a serem perseguidas e solucionadas.

Na engenharia elétrica não é diferente. Para aqueles que projetam,

operam e promovem a manutenção dos sistemas elétricos, o cotidiano

lhes reserva permanentes desafios tecnológicos, cuja solução passa pelo

conhecimento, pela motivação e pela necessidade de vê-los resolvidos.

O desafio: solucionar as reconhecidas dificuldades apresentadas nas

instalações elétricas industriais quando da partida de grandes máquinas

operando a expressivas distâncias em relação ao seu respectivo do

centro de carga, a exemplo do que ocorre nos acionamentos de:

- escavadeiras elétricas nas minerações a céu aberto;

- grandes bombas de captação d’água e

- grandes sistemas de ventilação.

OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA

E como forma de solucionar tecnicamente este desafio, a

CSN – MINERAÇÃO CASA DE PEDRA em conjunto com a SENIOR

ENGENHARIA estudaram e desenvolveram um

DISPOSITIVO DE PARTIDA DIRETA DE MOTORES DE INDUÇÃO

EM MÉDIA TENSÃO,

onde a rede elétrica impõe elevadas quedas de tensão, provocadas pelas

impedâncias do sistema elétrico.

OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA

MOTIVAÇÕES QUE LEVARAM AO DESENVOLVIMENTO

DO DISPOSITIVO DE PARTIDA

DIFICULDADES CONSIDERADAS:

- Sem o dispositivo de partida, a flexibilidade para realocação das escavadeiras

torna-se reduzida, uma vez que as distâncias limitam sua utilização;

- Em algumas situações é necessária a construção de subestações abaixadoras

(13,8kV-7,2kV) mais próximas do local de lavra;

- Para a construção de subestações gasta-se em torno de 30 dias (obras de

terraplenagem, drenagem, confecção de malha de aterramento, SPDA, instalação de

equipamentos e construção de redes de 13,8kV);

- O custo estimado (materiais) para realocação situa-se em torno de R$ 250.000,00,

sem considerar os gastos com mão-de-obra e equipamentos de mobilização

(guindastes, guindauto, pás mecânicas, etc.).

- Eliminando-se a necessidade da realocação das subestações, reduz-se a exposição

dos trabalhadores aos riscos inerentes da atividade e consegue-se alocá-los em

outras atividades (com o consequente aumento da produtividade e segurança

operacional).

- Além dito, obtém-se um aumento da flexibilidade e da velocidade das mudanças de

frentes de lavra, auxiliando no cumprimento do plano de lavra.

DIFICULDADES EQUACIONADAS COM A IMPLANTAÇÃO

DO DISPOSITIVO DE PARTIDA

ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO

1° Passo:

Levantamento dos parâmetros requeridos:

- Dados e impedâncias do sistema:

(Linhas de distribuição, cabos e

transformador);

- Dados e impedâncias do motor a ser

acionado;

ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO

2° Passo:

Estudos e modelamento do sistema

utilizando simulações das partidas no

ATP – Alernative Transients

Program.

ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO

3° Passo – Definição da solução:

Os estudos e simulações apontaram como

mais adequada a adoção de capacitores

série associados a indutores (reatores) e

resistores, passando a ser esta a solução

definida no projeto do equipamento.

ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO

CONSIDERAÇÕES SOBRE

O PROJETO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

Na concepção / filosofia do Diagramas Unifilar foram estudadas e

definidas as melhores formas que levassem o equipamento a operar

dentro das características desejadas.

PRINCIPAIS ASPECTOS CONSIDERADOS NA CONCEPÇÃO

DO PROJETO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

O DIAGRAMA UNIFILAR

O DIAGRAMA UNIFILAR

No Diagrama Unifilar estão presentes todos os componentes principais

de força e comando, com suas respectivas funções e ainda os

componentes da automação.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO DISPOSITIVO DE

PARTIDA JÁ EM OPERAÇÃO NA CSN

- Quatro disjuntores a vácuo, classe 7,2 kV, 400 A;

- Dois Bancos de Capacitores (2.200 Microfarads);

- Um Banco de Indutores (0,1 mH);

- Dois Bancos de Resistores de Amortecimento (2 Ohms);

- Um Relé numérico microprocessado;

- Um CLP com IHM.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO ACIONAMENTO

DAS ESCAVADEIRAS CARTEPILLAR EM OPERAÇÃO NA CSN

Potência nominal 1800 kW

Tensão nominal 7,2 kV

Frequência nominal 60 Hz

Corrente nominal 178 A

Rotação 1784 rpm

Conjugado nominal 9636 N.m

Fator de potência 0,85

Rendimento 95,7 %

Conjugado máximo 1,55 x Conj. nominal

Corrente de rotor bloqueado 3,5 x Corrente nominal

O PROJETO DE ENGENHARIA DE

AUTOMAÇÃO E CONTROLE

Da mesma forma que o projeto de engenharia elétrica, especial

atenção foi dada à concepção do projeto de engenharia de

automação e controle, considerando-se os requisitos envolvendo o

software utilizado, a arquitetura e as telas operacionais.

PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE

CLP - Controlador lógico programável;

Relé de proteção digital – IED;

PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE

Arquitetura do sistema

PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE

Lógica de funcionamento:

Situação 1 – Partida com 2 Bancos de Capacitores

(Distâncias maiores entre a carga e a subestação)

Situação 2 – Partida com 1 Banco de Capacitores

(Distâncias menores entre a carga e a subestação)

Situação 3 – Partida direta (Sem Banco de Capacitores)

PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE

Lógica de funcionamento:

Situação 1 – Partida com 2 Bancos de Capacitores

(Distancias maiores entre a carga e a subestação)

PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE

2 – Presença de Tensão3 – Durante a Partida

4 – Após partida 5 – Após partida: Operação Contínua

1 – DJ da SE Aberto (Sem tensão)

Lógica de funcionamento:

Situação 2 – Partida com 1 Bancos de Capacitores

(Distâncias menores entre a carga e a subestação)

PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE

2 – Presença de Tensão3 – Durante a Partida

4 – Após partida 5 – Após partida: Operação Contínua

1 – DJ da SE Aberto (Sem tensão)

ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO

ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO

Em atendimento às

exigências operacionais e

em função das necessidades

de deslocamentos, o

conjunto foi

adequadamente montado

sobre skid.

O arranjo físico do dispositivo

de partida foi estabelecido em

estrutura metálica, provida de

meios para fácil acesso a

todos os componentes

internos.

ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO

ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO

- VISÃO GERAL DO LAYOUT -

ARRANJO FÍSICO – VISTA INTERNA

A utilização de disjuntores de média

tensão com isolamento a vácuo,

proporcionou manobras seguras e com

baixo índice de manutenção;

ARRANJO FÍSICO – VISTA INTERNA

Os principais componentes de

comando e proteção incluíram o relé

numérico e os sensores de arco

elétrico;

ARRANJO FÍSICO – VISTA INTERNA

OSCILOGRAFIAS DA PARTIDA

PARTIDA SEM O DISPOSITIVO

PARTIDA COM O DISPOSITIVO

PARTIDA SEM O DISPOSITIVO

PARTIDA COM O DISPOSITIVO

PARTIDA COM O DISPOSITIVO

PARTIDA SEM O DISPOSITIVO

PARTIDA COM O DISPOSITIVO

TENSÃO NOMINAL: 7,2kV

TENSÃO DURANTE A PARTIDA :

SEM O DISPOSITIVO DE PARTIDA: ~ 5,5kV

COM O DISPOSITIVO DE PARTIDA: ~ 6,0kV

ACRÉSCIMO DE 500V DURANTE A PARTIDA!

A SENIOR ENGENHARIA AGRADECE à

CSN – MINERAÇÃO CASA DE PEDRA o apoio por ela dado para a

realização deste evento.

MUITO OBRIGADO A TODOS !