UNIJU UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

DETEC DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA ELTRICA

JONATAN COSTA BEBER

PROTEO CONTRA SOBRECORRENTES EM SUBESTAES CLASSE 15 KV

Iju (RS)

2008

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JONATAN COSTA BEBER

PROTEO CONTRA SOBRECORRENTES EM SUBESTAES CLASSE 15 KV

Trabalho de Concluso apresentado ao Curso de Engenharia Eltrica, do Departamento de Tecnologia DETEC, da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJU, como requisito parcial para obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Eliseu Kotlinski Co-orientador: Mario Noronha Agert

Iju (RS)

2008

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JONATAN COSTA BEBER

PROTEO CONTRA SOBRECORRENTES EM SUBESTAES CLASSE 15 KV

Trabalho de Concluso de Curso de Graduao em Engenharia Eltrica Departamento de Tecnologia (DETEC) da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul

(UNIJU), aprovado pela banca abaixo subscrita.

Iju, RS, 30 de julho de 2008.

Prof. Eliseu Kotlinski .................................................................................... DETEC/UNIJU Orientador

Prof. Mario Noronha Agert .................................................................................... DETEC/UNIJU.

Prof. .................................................................................... DETEC/UNIJU

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edico este trabalho e toda a minha vida a Deus, que me fez

chegar at aqui. Sem Ele e seu amor atravs de seu Filho Jesus Cristo minha vida no faria sentido. Sei que todas as coisas existem por mrito dEle, e as coisas criadas so a prova da Sua existncia. Minha vontade agora que todos conheam Seu amor e saibam que Ele nos amou primeiro!!!!!!!

D

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AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, agradeo de todo o corao, por tudo o que fizeram por mim e ainda vo fazer. Desde a ajuda financeira para pagar a faculdade como toda a educao que me deram. Lembro de quantas vezes em que perdi o nibus para a faculdade, e vocs tiveram que levar-me at a Avipan para pegar outro nibus.

Aos meus colegas, todos vocs que tiveram participao na minha formao, desde a ajuda nos trabalhos at os momentos de aguardar o retorno para Panambi depois das aulas. Agradeo em especial aos meus colegas da minha cidade, comeando pelo Alesandre, que foi meu colega em inmeras disciplinas e que me ajudou em vrios trabalhos. Ao Mateus, Carlos P., Luciano, Marcos, Elmo, Robson, Carlos H., Jeferson, Clvis, Luciano M., Alexandre, entre outros.

No esquecerei dos professores que foram grandes amigos. Apesar dos trabalhos terrveis, sempre foram alm de bons profissionais, tambm bons amigos!!!!!!!!!!!!

Fao meno aqui tambm aos motoristas da Avipan, Sul Serra e Tarojotur, que foram responsveis e cumpriram muito bem seus papis. Aos membros da Unicap e todos os amigos que fiz nas idas e vindas de Iju. Um abrao a todos!!!!!!!!!!!

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RESUMO

Este trabalho apresenta, de forma sucinta, um estudo sobre a metodologia de clculo para a proteo contra sobrecorrentes em uma subestao consumidora, atendida em mdia tenso. Uma abordagem geral sobre subestaes feita no decorrer dos captulos, dando nfase s subestaes modulares metlicas, na qual foi feito o estudo de caso. Faz-se meno tambm, as normas tcnicas brasileiras, responsveis pela padronizao desse setor, facilitando o projeto e desenvolvimento das mesmas. A necessidade de se ter uma boa operao da instalao eltrica do consumidor, faz com que o dimensionamento dos equipamentos de proteo e sua coordenao e seletividade , sejam fundamentais para a qualidade do sistema . Devido a extenso dos clculos para dimensionamento da proteo, todo esforo em simplific-los atravs de software vlido e sugestivo para continuao desse trabalho.

Palavras-chave: Mdia tenso. Subestao. Curto-circuito. Proteo.

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ABSTRACT

The present paper concisely presents a study case about the calculus methodology to prevent charges in a consumer substation in medium voltage tension. Moreover, a general approach to substations is made throughout the chapters, emphasizing the metallic modular substations, in which the study case was based on. The Brazilian National Standards are responsible for the standardization of the mentioned section, making the design and development processes easier. Therefore, the need for a good operation of consumers electrical installations makes the dimension adjustments of the protection equipment and its coordination and selectivity an elemental factor to the quality of the system. Due to the long extension of the calculus used to set the dimension of the protection, all the efforts in order to simplify them through software are worthwhile and suggestive for the progress of this work.

Key words: Medium voltage tension. Substation. Short circuit. Protection.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Componentes de uma corrente de curto-circuito afastada dos terminais do gerador..................................................................................................

20 Figura 2 - Barramento simples..................................................................................... 28 Figura 3 - Duplo barramento simples.......................................................................... 29 Figura 4 - Barramento simples seccionado.................................................................. 30 Figura 5 - Barramento em anel.................................................................................... 31 Figura 6 - Subestao modular metlica isolada a ar................................................... 31 Figura 7 - Vista frontal de uma subestao modular metlica, do tipo flange lateral.. 32 Figura 8 - Vista frontal de uma subestao modular metlica do tipo flanges

superior e lateral..........................................................................................

33 Figura 9 - Vista frontal e superior de uma subestao modular metlica com tela

aramada.......................................................................................................

34 Figura 10 - Vista frontal e superior de uma subestao modular metlica em chapa

de ao...........................................................................................................

35 Figura 11 - Elementos de entrada de servio de uma unidade consumidora de alta

tenso...........................................................................................................

36 Figura 12 - Terminal primrio para uso interno............................................................. 37 Figura 13 - Bucha de passagem para uso interno........................................................... 38 Figura 14 - Fusveis limitadores primrios associados a um seccionador..................... 40 Figura 15 - Composio interna de um pra-raios de ZnO............................................ 42 Figura 16 - Transformador de corrente.......................................................................... 44 Figura 17 - Transformador de Potencial........................................................................ 45 Figura 18 - Disjuntor a vcuo........................................................................................ 47 Figura 19 - Disjuntor a gs SF6..................................................................................... 47 Figura 20 - Chave seccionadora a gs SF6.................................................................... 48 Figura 21 - Curva caracterstica de tempo definido....................................................... 51

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Figura 22 - Curva caracterstica de tempo dependente.................................................. 51 Figura 23 - Curvas caractersticas normalmente inversa (NI), muito inversa (MI) e

extremamente inversa (EI).......................................................................

52 Figura 24 - Diagrama elementar trifilar de proteo...................................................... 55 Figura 25 - Transformador tipo pedestal........................................................................ 56 Figura 26 - Transformador a seco.................................................................................. 57 Figura 27 - Transformador a leo do tipo flanges laterais............................................. 57 Figura 28 - Circuito equivalente de Thvenin............................................................... 60 Figura 29 - Diagrama unifilar das protees.................................................................. 62 Figura 30 - Diagrama das impedncias do sistema........................................................ 63 Figura 31 - Curvas caractersticas normalmente inversas (NI)...................................... 81

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Classificao da tenso de atendimento.................................................. 26 Tabela 2 - Tabela ANSI............................................................................................ 52 Tabela 3 - Tabela referente ao ponto ANSI.............................................................. 75 Tabela 4 - Coeficientes da equao do tempo de atuao do rel............................ 81

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LISTA DE SIGLAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica ANSI American National Standarts Institute IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers TC Transformador de corrente TP Transformador de potencial

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LISTA DE TERMINOLOGIAS

Coordenao uma estratgia de proteo, onde para qualquer corrente de curto-circuito, h uma escada de tempo no sentido do rel de vanguarda para os rels de retaguarda, de modo a garantir e permitir seletividade no desligamento do sistema

Corrente de Curto-Circuito Assimtrico aquela em que o componente senoidal da corrente se forma de maneira assimtrica em relao ao eixo dos tempos

Corrente de Curto-Circuito Simtrico - aquela em que o componente senoidal da corrente se forma simetricamente em relao ao eixo dos tempos

Impedncia de Seqncia Positiva (Z1) a impedncia dos componentes do sistema no caso de carga simtrica

Impedncia de Seqncia Negativa (Z2) para condutores e transformadores igual impedncia positiva.

Impedncia de Seqncia Zero (Z0) para os transformadores depende da forma construtiva e dos tipos de conexes dos enrolamentos. Para os condutores depende da forma construtiva e do retorno pela terra, alm da resistncia de blindagem metlica em cabos blindados de mdia tenso

Invlucro envoltrio de partes energizadas destinado a impedir qualquer contato com partes internas

Ponto ANSI - corresponde ao mximo valor de corrente simtrica de curto-circuito que o transformador pode suportar durante certo tempo

Seletividade a capacidade que possui o sistema de proteo de selecionar a parte danificada da rede e retir-la de servio sem afetar os outros circuitos

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SUMRIO

INTRODUO ......................................................................................................................14

1 FALTAS NO SISTEMA ELTRICO ...............................................................................16 1.1 INTRODUO ................................................................................................................16 1.2 CAUSAS DAS FALTAS NO SISTEMA ELTRICO ..................................................16 1.2.1 Problemas de Isolao ...................................................................................................17 1.2.2 Problemas Mecnicos ....................................................................................................17 1.2.3 Problemas Eltricos .......................................................................................................17 1.2.4 Problemas de Natureza Trmica..................................................................................17 1.2.5 Problemas de Manuteno............................................................................................17 1.2.6 Problemas de Outra Natureza......................................................................................18 1.3 TIPOS DE FALTAS.........................................................................................................18 1.3.1 Falta Transitria............................................................................................................18 1.3.2 Falta Permanente ou Temporria................................................................................19 1.4 CONSEQNCIA DAS FALTAS E FATORES QUE AS INFLUENCIAM ............19 1.5 FALTA DISTANTE DOS TERMINAIS DO GERADOR ...........................................19

2 SUBESTAO ....................................................................................................................21 2.1 INTRODUO ................................................................................................................21 2.2 CLASSIFICAO ...........................................................................................................21 2.3 ANTEPROJETO E PROJETO DE SUBESTAES ..................................................23 2.3.1 Roteiro de Estudo ..........................................................................................................23 2.3.2 Estudo de Viabilidade (Anteprojeto) ...........................................................................24 2.3.3 Observaes Sobre Sobretenses .................................................................................25 2.4 ARRANJOS DE SUBESTAES..................................................................................26 2.4.1 Generalidades ................................................................................................................26 2.4.2 Efeitos Dinmicos das Correntes de Curto-Circuito..................................................27 2.4.3 Efeitos Trmicos das Correntes de Curto-Circuito....................................................27 2.5 ARRANJOS DE BARRAMENTOS ...............................................................................27 2.5.1 Informaes Gerais .......................................................................................................27 2.5.2 Tipos de Arranjos de Barramento ...............................................................................28 2.6 SUBESTAO MODULAR METLICA ....................................................................31 2.6.1 Introduo ......................................................................................................................31 2.6.2 Classificao ...................................................................................................................32 2.7 PARTES COMPONENTES DE UMA SUBESTAO DE CONSUMIDOR ...........36

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2.8 DISPOSITIVOS QUE COMPEM UMA SUBESTAO.........................................37 2.8.1 Muflas Terminais primrias ou Terminaes.............................................................37 2.8.2 Buchas de Passagem ......................................................................................................38 2.8.3 Fusveis Limitadores Primrios ...................................................................................40 2.8.4 Pra-Raios ......................................................................................................................41 2.8.5 Transformadores ...........................................................................................................43 2.8.6 Disjuntores .....................................................................................................................46 2.8.7 Chaves.............................................................................................................................47 2.8.8 Rel de Sobrecorrente ...................................................................................................49 2.9 ALGUNS EXEMPLOS DE APLICAO DE TRANSFORMADORES EM CUBCULOS METLICOS .........................................................................................56 2.9.1 Transformadores do Tipo Pedestal (pad-mounted) ....................................................56 2.9.2 Transformador a Seco...................................................................................................57 2.9.3 Transformador a leo (usados para distribuio).....................................................57

3 ESTUDO DE CASO ............................................................................................................59 3.1 INTRODUO ................................................................................................................59 3.2 METODOLOGIA DE CLCULO PARA PROTEO CONTRA SOBRECORRENTES............................................................................................................59 3.2.1 Frmulas e Dedues Importantes para o Estudo......................................................59 3.2.2 Clculo das Correntes de Curto-Circuito em cada Ponto .........................................62 3.2.3 Clculo das Correntes de Magnetizao dos Transformadores................................74 3.2.4 Especificao dos Transformadores de Corrente (TCs) da Proteo Geral..........76 3.2.5 Especificao do Rel de Sobrecorrente ......................................................................78

CONSIDERAES FINAIS.................................................................................................83

REFERNCIAS......................................................................................................................84

ANEXOS .................................................................................................................................86

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INTRODUO

O objetivo deste trabalho apresentar uma metodologia de clculo, visando dimensionar a proteo contra sobrecorrentes em uma subestao consumidora. Alm da parte do dimensionamento da proteo, deve haver uma seleo dos equipamentos que sero usados, necessitando assim um bom conhecimento sobre os tipos e as suas caractersticas.

Basicamente, um projeto de proteo feito com trs dispositivos: fusveis, disjuntores e rels. Para que os mesmos sejam selecionados adequadamente necessrio se proceder determinao das correntes de curto-circuito nos vrios pontos do sistema eltrico. Uma proteo bem dimensionada contra as anomalias e perturbaes possveis no sistema resulta em economia, havendo preservao do material e maior continuidade do fornecimento de energia eltrica.

As normas tcnicas brasileiras fazem especificaes que auxiliam no projeto de uma subestao, tratando de todo o seu arranjo. Assim, os equipamentos de proteo de uma subestao tambm devem estar de acordo com estas especificaes, que podem variar de acordo com a concessionria local.

Mundialmente, as faltas constituem a maior causa de defeitos nos sistemas eltricos. Por isso, deve haver uma proteo contra sobrecorrentes bem ajustada na instalao, alm de garantir que os dispositivos do sistema suportem os efeitos mecnicos e trmicos das correntes de defeito.

Este estudo dividido em trs captulos e aborda um conjunto de informaes necessrias para um projeto de uma subestao. Alm de textos e figuras, o estudo apresenta, em anexo, parte do projeto de uma subestao eltrica de consumidor.

No primeiro captulo abordado o assunto das faltas no sistema eltrico, levando em conta os fatores que as causam, os tipos e as suas conseqncias na rede. Esta abordagem muito importante para salientar a importncia de haver uma proteo contra correntes de

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faltas no sistema eltrico, visto que elas podem ser causadas por vrios fatores e provocam srios danos ao sistema se no forem tratadas de forma rpida.

No segundo captulo consta um estudo sobre subestaes, enfatizando o tipo modular metlico. As caractersticas dessas subestaes so apresentadas no decorrer do captulo, alm de algumas noes de equipamento e projeto das subestaes em geral.

No terceiro captulo descrito um estudo de caso, em que apresentada a metodologia de clculos para o dimensionamento de uma proteo geral contra sobrecorrentes. Os clculos e as especificaes dos dispositivos de proteo esto apresentados em forma de itens e os temas so os seguintes: apresentao de frmulas e dedues; clculos das correntes de curto-circuito em cada ponto da instalao em mdia tenso; clculos das correntes de magnetizao dos transformadores; especificao dos transformadores de corrente e especificao do rel de sobrecorrente.

Na seqncia seguem as consideraes finais a que se chegou com o estudo, as referncias bibliogrficas que fundamentam o tema e os anexos, os quais complementam e ilustram o trabalho.

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1 FALTAS NO SISTEMA ELTRICO

1.1 INTRODUO

Proteo em eletricidade a tcnica de selecionar, coordenar e ajustar os equipamentos protetores disponveis no mercado para sistemas eltricos, de tal forma que na ocorrncia de anormalidades na rede eltrica (curtos-circuitos, instabilidades, sobrecargas, etc.), esta possa ser isolada, afetando o menor nmero de consumidores possvel. Dessa maneira, as finalidades da proteo de um sistema eltrico so:

efetuar o isolamento da seo da rede sob defeito no menor tempo possvel, reduzindo os danos aos condutores e equipamentos existentes;

menor nmero de consumidores atingidos por defeitos. Os requisitos que um sistema de proteo deve ter para operar de forma eficiente so: seletividade: deve-se isolar apenas a parcela atingida pelo defeito; rapidez: as sobrecorrentes geradas a partir dos defeitos devem ser eliminadas de

maneira suficientemente rpida para no propagar o problema; sensibilidade: os equipamentos devem ser suficientemente sensveis aos defeitos

do sistema; segurana: o sistema no deve falhar quando da ocorrncia de defeitos, nem ter

atuaes intempestivas durante operaes normais; economia: deve-se apresentar vivel economicamente, evitando-se a instalao de

dispositivos em excesso. Com o sistema de proteo devidamente dimensionado e ajustado, observando os itens

anteriores, se obtm vantagens como menores danos aos condutores e equipamentos, menores custos de manuteno, aumento do faturamento, melhoria da imagem da empresa, etc. (AGERT, 2007).

1.2 CAUSAS DAS FALTAS NO SISTEMA ELTRICO

Ao projetar um sistema, o objetivo bsico sempre efetu-lo adequadamente, com estrutura otimizada, com materiais de qualidade comprovada, bem desenhados e prevendo a execuo da obra e a instalao da melhor qualidade. Mesmo assim, o sistema estar exposto s condies mais diversas e imprevisveis e, impreterivelmente, as faltas aparecero em pontos aleatrios do sistema.

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1.2.1 Problemas de Isolao

As tenses nos condutores do sistema so elevadas, conseqentemente, rupturas para a terra ou entre cabos podem ocorrer por diversos motivos:

a) desenho, fabricao, especificao ou operao inadequada da isolao dos equipamentos, estrutura ou isoladores;

b) material empregado inadequado ou de m qualidade na fabricao; c) envelhecimento do prprio material.

1.2.2 Problemas Mecnicos

So oriundos da natureza e provocam ao mecnica no sistema eltrico: a) ao do vento; b) rvores.

1.2.3 Problemas Eltricos

So intrnsecos da natureza ou devidos operao do sistema: a) descargas atmosfricas diretas ou indiretas; b) surtos de chaveamento (manobra); c) sobretenso no sistema.

1.2.4 Problemas de Natureza Trmica

O aquecimento nos cabos e equipamentos do sistema, alm de diminuir a vida til, prejudica a isolao e devido a:

a) sobrecorrentes em conseqncia da sobrecarga no sistema; b) sobretenso dinmica no sistema.

1.2.5 Problemas de Manuteno

a) Substituio inadequada de peas e equipamentos; b) pessoal no treinado e desqualificado; c) peas de reposio no adequadas;

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d) falta de controle de qualidade na compra do material; e) inspeo na rede no adequada.

1.2.6 Problemas de outra Natureza

a) Atos de vandalismo; b) queimadas; c) inundaes; d) desmoronamentos; e) acidentes de qualquer natureza.

1.3 TIPOS DE FALTAS

Todos esses itens podem levar a ocorrncias de defeitos no sistema. Tendo em vista os diversos tipos de curtos, tem-se a seguinte estatstica em uma rede de distribuio tpica:

a) trifsica 6% b) bifsica 15% c) bifsica-terra 16% d) monofsica 63% Outro ponto importante tambm a ser considerado a natureza da falha temporizada

ou permanente. As falhas passageiras representam cerca de 90% dos curtos que ocorrem nas redes, enquanto 10% so de natureza permanente. Esses fatores so de grande importncia no momento da definio dos equipamentos a serem utilizados no projeto da proteo do alimentador (AGERT, 2007).

1.3.1 Falta Transitria

As faltas transitrias ou fortuitas so aquelas que ocorrem sem a existncia de defeito contnuo na rede eltrica. Aps a atuao da proteo o sistema pode ser restabelecido sem problemas. As causas mais comuns de defeitos transitrios so:

a) descargas atmosfricas; b) contatos momentneos entre cabos; c) abertura de arco eltrico; d) materiais sem isolao adequada ou defeituosa.

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A literatura informa que cerca de 80 a 90% das faltas que ocorrem nas redes de distribuio so faltas temporrias (MAMEDE FILHO, 2001).

1.3.2 Falta Permanente ou Temporria

As faltas permanentes so do tipo irreversveis, necessitando de atuao direta na rede eltrica para restabelecer o sistema. Eventualmente, uma falta do tipo transitria pode se transformar em uma falta do tipo permanente, caso no haja uma operao adequada dos equipamentos de proteo.

1.4 CONSEQNCIA DAS FALTAS E FATORES QUE AS INFLUENCIAM

As faltas no sistema eltrico so as maiores responsveis pelas ocorrncias de afundamentos de tenso. De um modo geral, a intensidade e a durao relativas dependem dos seguintes parmetros:

localizao da falta; tipo de falta; impedncia da falta; conexo dos transformadores; desempenho dos sistemas de proteo; fatores diversos.

1.5 FALTA DISTANTE DOS TERMINAIS DO GERADOR

Com o afastamento do ponto de curto-circuito dos terminais do gerador, a impedncia acumulada das linhas de transmisso e de distribuio to grande que a corrente de curto-circuito simtrica j a de regime permanente acrescida apenas do componente de corrente contnua. Em outras palavras, a corrente inicial de curto-circuito igual corrente permanente (MAMEDE FILHO, 2001).

A corrente de curto-circuito assimtrica apresenta dois componentes na sua formao: componente simtrico: a parte simtrica da corrente de curto-circuito; componente contnuo: a parte da corrente de curto-circuito de natureza

contnua.

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A qualquer instante, a soma desses dois componentes mede o valor da corrente assimtrica. A Figura 1 mostra graficamente os componentes de uma onda de curto-circuito:

Figura 1: Componentes de uma corrente de curto-circuito afastada dos terminais do gerador. Fonte: Mamede Filho (2001).

Essa forma de onda de corrente de curto-circuito a que aparece quando se tem falta em uma subestao de consumidor. Assim, o efeito eletrodinmico e trmico, causado no sistema eltrico por uma falta, pode ser calculado atravs da corrente assimtrica e simtrica de curto-circuito, respectivamente.

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2 SUBESTAO

2.1 INTRODUO

So definidas como o conjunto de equipamentos e dispositivos que tm a funo de supervisionar, proteger ou transformar alguns parmetros da energia eltrica, visando adequ-la s condies de utilizao. Suas principais funes so:

elevar/rebaixar tenses interligar e proteger os diversos elementos do sistema interligado retificar/inverter.

2.2 CLASSIFICAO

As subestaes, segundo Canha (2007), podem ser classificadas de diversas maneiras: a) quanto tenso: subestao de baixa tenso (BT) (< 1 kV), mdia tenso (MT)

(1kV69 kV), alta tenso (AT) (69 500 kV), extra alta tenso (EAT) (500800 kV ) e ultra alta tenso (UAT) (> 800 kV).

b) quanto relao entre os nveis de tenso de entrada e sada: > S.E. de manobra com mesmo nvel de tenso > S.E. transformadora com mudana de nvel de tenso e pode ser:

Elevadora com tenso da sada superior de entrada (geralmente em usina geradora)

Rebaixadora com tenso (ou tenses de sada inferiores) de entrada. c) Quanto funo no sistema eltrico global:

> S.E. de Transmisso: ligada a linhas de transmisso (destinadas a transporte de energia eltrica em bloco, entre S.E.s, normalmente sem derivaes);

> S.E de Subtransmisso: ligada a linhas de subtransmisso (destinadas a transporte de energia eltrica das S.E.s de transmisso para as S.E.s de distribuio, podendo ter derivaes, ramificaes, anis);

> S.E. de Distribuio recebendo energia de linha(s) de subtransmisso e transferindo-a (geralmente com abaixamento de tenso) para as linhas de distribuio (que alimentam os consumidores, diretamente, ou atravs de transformao adicional e distribuio secundria);

> S.E Industrial; > S.E. Predial.

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d) Quanto ao fluxo de potncia entre a S.E. e o sistema de transmisso: > transmissora sentido de fluxo sempre da S.E. (geralmente associada usina

geradora) para o sistema; > seccionadora S.E. de manobra inserida numa LT do sistema com potncia de

entrada sempre igual de sada; > receptora sentido do fluxo sempre do sistema para a S.E. (ex. S.E de

distribuio e S. E de consumidor); > interligadora S.E. de conexo entre 2 ou mais sistemas, com sentido do fluxo

varivel.

e) Quanto ao tipo de instalao: > externa instalado ao tempo; > abrigada protegida; > interna instalada dentro de edificao; > mvel montada permanentemente dentro de um ou mais veculos; > subterrnea construda abaixo da superfcie do solo.

f) Quanto ao tipo construtivo: > em alvenaria o tipo mais comum de subestao industrial e dividida em

compartimentos denominados postos ou cabines; > em cabine metlica Blindada S.E. em cabine metlica em que os

barramentos e cada um dos equipamentos principais so dotados de invlucros metlicos individuais (obs.: esta S.E. pode ter como meio isolante o ar ou outro gs - SF6);

> em concreto armado o caso da subestao compacta que consta basicamente de um envoltrio de concreto armado vibrado, de estrutura monobloco, em cujo interior incorporam-se todos os componentes eltricos.

h) Quanto natureza da corrente eltrica: > S.E. de CA; > S.E. Conversora de Freqncia destinada a converter energia de uma

determinada freqncia para outra freqncia diferente; > SE Conversora (de corrente) destinada a converter energia de CA para energia

de CC e/ou vice-versa; quando operar apenas no sentido CA CC, e S.E. denominada retificadora, e quando operar apenas no sentido CC , inversora.

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h) Em relao prioridade de atendimento aos consumidores: > 1 Categoria: hospitais, bombeiros, aeroportos, centro de processamento de

dados, indstrias petroqumicas e de alumnio e outras cargas cuja existncia de continuidade tal que justifique o uso de suprimentos de emergncia prprio: geradores diesel, banco de baterias, no-break, etc.;

> 2 Categoria: consumidores em geral, indstrias e residenciais; > 3 Categoria: consumidores rurais, temporrios ou sazonais.

2.3 ANTEPROJETO E PROJETO DE SUBESTAES

2.3.1 Roteiro de Estudo

Segundo Canha (2007), os dados bsicos de partida para o projeto de subestaes so: definio da rea a ser atendida e do respectivo centro de carga; descrio e requisitos das cargas a serem atendidas; tenso de trabalho; nvel de isolamento compreende o estudo de sobretenses; mxima corrente ou mxima potncia em regime contnuo;

corrente de curto-circuito para a determinao da suportabilidade ao curto-circuito.

De posse destes dados, os setores de planejamento/engenharia da empresa podem estabelecer, preliminarmente, em funo dos critrios de planejamento adotados pela empresa:

potncia a ser instalada na S.E. e respectiva modulao; diagrama unifilar da S.E. (incluindo o setor de distribuio, se houver). Seguem-se, ento, as seguintes atividades: listagem do equipamento de manobra e de transformao necessrio; estudo das necessidades de reativos e conseqente dimensionamento de bancos de

capacitores, se necessrio (o fator de potncia da unidade consumidora deve ser maior ou igual a 0,92, devendo ser apresentado no projeto estudo correspondente);

listagem preliminar de equipamentos auxiliares e acessrios; verificao da necessidade ou no de instalar junto a S.E. outros servios da

concessionria;

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avaliao aproximada da rea necessria a S.E. e subseqente levantamento preliminar de terrenos disponveis para instalao da S.E., nas proximidades do centro de carga e, caso no haja, em reas progressivamente mais distantes do mesmo;

preparao do cronograma bsico de execuo, compatvel com as necessidades de atendimento;

elaborao do Memorial Descritivo: importante a elaborao do Memorial Descritivo, contendo informaes necessrias ao entendimento do projeto. Entre outras informaes devem constar: finalidade do projeto; local onde ser construda a S.E. (endereo completo); carga prevista e demanda adotada; tipo de S-E.; memorial de clculo da demanda prevista; descrio sumria de todos os elementos de proteo utilizados; caracterstica completa de todos os equipamentos; oramento completo.

2.3.2 Estudo de Viabilidade (anteprojeto)

2.3.2.1 Escolha do Terreno

Uma vez obtida a aprovao do empreendimento, deve-se proceder imediatamente a escolha do local adequado para a S.E. (e conveniente, em zonas urbanizadas onde possa haver dificuldades na obteno de terrenos, que a concessionria tenha um cadastre de locais de possvel aproveitamento). No caso de S.E. urbanas, o assunto, em geral, crtico face a pouca disponibilidade de reas e a valorizao imobiliria, e representa o ponto fundamental na definio do projeto. Mesmo para S.E.s na periferia de cidades, a obteno de servides para as linhas de sub-transmisso ligadas a S.E. pode ser problemtica.

2.3.2.2 Localizao das Subestaes

A localizao das Subestaes deve: a) estar situada nas dependncias do consumidor;

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b) apresentar facilidade de instalao e remoo dos equipamentos; c) no estar situada em reas previstas para alargamento de ruas e ajardinamentos,

exceto com autorizao da Prefeitura Municipal; d) no ser instalada em telhados, terraos ou marquises; e) no ficar sujeita a inundaes ou infiltraes dgua.

2.3.3 Observaes sobre Sobretenses

2.3.3.1 Introduo

Sobretenso um aumento no valor eficaz da tenso CA, maior do que 110% do valor nominal (tipicamente entre 1,1 e 1,2 p.u.), por uma durao maior do que um minuto. Usualmente resultam do desligamento de grandes cargas, taps dos transformadores incorretamente conectados e energizao de bancos de capacitores;

As redes eltricas esto sujeitas a vrias formas de fenmenos transitrios variaes sbitas de tenso e corrente provocadas por descargas atmosfricas, faltas no sistema de operao de disjuntores ou seccionadores. Os estudos realizados com a especificao dos equipamentos de um sistema eltrico so denominados de ESTUDOS DE SOBRETENSES. Os principais tipos de sobretenses so:

sobretenses temporrias; sobretenses de manobra; sobretenses atmosfricas.

2.3.3.2 Conseqncias de Operar Equipamentos em Condies de Sobretenso

Transformadores, cabos, disjuntores, TCs, TPs e mquinas rotativas geralmente no apresentam falhas imediatas. Entretanto, tais equipamentos podero ter sua vida til reduzida quando submetidos a repetidas sobretenses.

Obs.: vale lembrar que as concessionrias de energia eltrica devem fornecer uma energia de qualidade e de acordo com os nveis estabelecidos pela Aneel. Um dos nveis de fornecimento de energia eltrica estabelecido o da tenso, como tratado na resoluo n. 505 da Aneel. Esta Resoluo estabelece, de forma atualizada e consolidada, as disposies relativas conformidade dos nveis de tenso de energia eltrica em regime permanente.

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A tabela a seguir referente aos pontos de entrega ou conexes em tenso nominal superior a 1 kV e inferior a 69 kV:

Tabela 1

Classificao da tenso de atendimento

Classificao da Tenso de Atendimento (TA)

Faixa de variao da Tenso de Leitura (TL) em relao Tenso Contratada (TC)

Adequada 0,93 TC TL 1,05 TC Precria 0,90 TC TL < 0,93 TC Crtica TL < 0,90 TC ou TL > 1,05 TC

Fonte: Tabela 3 da Resoluo n. 505 da Aneel.

2.4 ARRANJOS DE SUBESTAO

Para o arranjo da subestao, precisa-se conhecer os padres da concessionria local, as dimenses mnimas dos cubculos, dos transformadores e equipamentos e o diagrama unifilar com todos os detalhes das ligaes entre os equipamentos.

Deve-se fazer o arranjo em planta e tantos cortes quantos necessrios para ficar entendido pelo instalador todas as posies dos equipamentos.

Toda a subestao deve ser aterrada em uma malha de terra que, normalmente, obedece aos padres da concessionria.

2.4.1 Generalidades

Ao se especificar um equipamento eltrico, h necessidade do conhecimento das seguintes informaes:

> tenso nominal da rede; > corrente nominal;

> corrente de curto-circuito; > freqncia nominal;

> regime de operao (contnuo, intermitente, curta durao); > tipo da instalao (ar livre, abrigado, boa ou m ventilao); > presena de agentes qumicos agressivos no ar (gases cidos, proximidade do mar,

poluio agressiva, etc.); > eventuais esforos mecnicos.

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Algumas destas informaes devem ser conhecidas no incio de qualquer projeto (tenso nominal, fator de potncia, freqncia, regime de operao, etc.). Outras so obtidas por intermdio de clculos como, por exemplo, a corrente nominal, a corrente de curto circuito e seus efeitos trmicos e dinmicos (CANHA, 2007).

2.4.2 Efeitos Dinmicos das Correntes de Curto-Circuito

Dois condutores eltricos instalados paralelamente sofrem os efeitos dinmicos das correntes de curto circuito, seja por repulso entre ambos (no caso das correntes serem opostas), seja por atrao (correntes no mesmo sentido). Estes efeitos, em um projeto bem elaborado, precisam ser conhecidos para que se possa prever a resistncia mecnica suficiente dos componentes da instalao.

2.4.3 Efeitos Trmicos das Correntes de Curto-Circuito

fato conhecido que as perdas por efeito Joule, ou seja RI, traduzem o efeito trmico da corrente eltrica e, no caso de um curto-circuito, embora de curta durao, trazem conseqncias desastrosas, pois uma corrente nominal multiplicada no mnimo por 10, no caso de um curto.

2.5 ARRANJOS DE BARRAMENTOS

2.5.1 Informaes Gerais

Segundo Canha (2007), barramento um grupo de condutores eltricos, normalmente nus, pintados ou no, eventualmente encapsulados, com as seguintes finalidades:

a) permitir o transporte de altas correntes entre dois pontos; b) proporcionar uma distribuio de correntes em varais alimentaes e mltiplas

sadas. Material: cobre ou alumnio apoiados sobre isoladores apropriados ou no interior de

calhas ventiladas ou fechadas, denominadas busway. Dimensionamento: obedece a trs critrios bsicos: a) eltrico; b) trmico; c) mecnico.

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O critrio eltrico implica em: dimensionamento da corrente nominal permanente; dimensionamento da queda de tenso; dimensionamento do isolamento com a escolha dos afastamento entre fases dos

isoladores.

2.5.2 Tipos de Arranjos de Barramento

Os arranjos mais usados, segundo Canha (2007), so: a) Barramento simples (Barra Singela) o arranjo mais simples, mais

econmico e menos seguro. utilizado em instalaes de pequena potncia e nos casos em que se admitem cortes de fornecimento com algumas freqncias. Todos os circuitos se conectam mesma barra e so todos desligados quando ocorre um defeito nesta barra.

Figura 2: Barramento simples. Fonte: Canha (2007).

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Obs.: O disjuntor permite abrir e fechar o circuito com carga. As seccionadoras no podem operar com carga, assim, elas so abertas aps aberto o disjuntor e so instaladas para isolar o disjuntor para sua manuteno. A faca de terra operada quando a linha est desenergizada, e serve para proteo contra ligao indesejada da linha pelo outro extremo.

b) Duplo barramento simples um arranjo indicado para instalaes consumidoras que requerem alta confiabilidade para as cargas essenciais e aceitam desligamentos rotineiros para as cargas no essenciais. Normalmente so encontrados nas subestaes de consumidores do tipo hospital, hotel e muitos tipos de indstrias.

Figura 3: Duplo barramento simples. Fonte: Canha (2007).

c) Barramento simples seccionado Este arranjo inclui um disjuntor de barra (ou disjuntor de paralelo) e com este arranjo perde-se apenas parte dos circuitos quando ocorre um defeito numa seo de barra. O seccionamento da barra melhora a continuidade do fornecimento, pois, em caso de falha, somente o setor afetado

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desligado. O seccionamento do barramento permite uma maior flexibilidade das manobras para manuteno e uma maior continuidade operacional.

Figura 4: Barramento simples seccionado. Fonte: Canha (2007).

d) Barramento em anel Barramento que forma um circuito fechado por meio de dispositivos de manobras. O custo aproximadamente o mesmo que a de barramento simples e mais confivel, embora sua operao seja mais complicada. Cada equipamento (linha, alimentador, transformador) alimentado por dois disjuntores separados. Em caso de falha, somente o segmento em que a falha ocorre ficara isolado. A desvantagem que se um disjuntor estiver desligado para fins de manuteno, o anel estar aberto, e o restante do barramento e os disjuntores alternativos devero ser projetados para transportar toda a carga. Cada circuito de sada tem dois caminhos de alimentao, o tornando mais flexvel.

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Figura 5: Barramento em anel. Fonte: Canha (2007).

2.6 SUBESTAO MODULAR METLICA

2.6.1 Introduo

Figura 6: Subestao modular metlica isolada a ar. Fonte: Site da Siemens.

Tambm chamada de subestao em invlucro metlico. Possui espao de instalao reduzido e pode ser construda para uso interno ou ao tempo. Pode ser fabricada em srie e testada na prpria fbrica. Um aspecto importante que a entrada de energia deve ser subterrnea neste tipo de subestao.

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Apresenta algumas desvantagens, como a possibilidade de corroso, energizao acidental da sua carcaa e falta de isolamento trmico. O que se faz na prtica tentar evitar esses danos, fazendo uma boa e eficiente pintura na chaparia, no esquecendo de fazer as devidas manutenes, aterramento das partes metlicas, aberturas para ventilao e ventilao forada, quando necessrio, em transformadores embutidos na subestao.

2.6.2 Classificao

Pode ser classificada, segundo Mamede Filho (2001) quanto sua construo, em quatro tipos bsicos:

Subestao com transformador com flanges laterais: uma subestao localizada no centro de carga. constituda de um transformador de construo especial, onde as buchas, primria e secundria, so fixadas lateralmente carcaa e protegidas por um flange de seo retangular que se acopla aos mdulos metlicos, primrio e secundrio.

Figura 7: Vista frontal de uma subestao modular metlica, do tipo flange lateral. Fonte: Mamede Filho (2001).

Subestao com transformador com flanges superior e lateral: possui as mesmas caractersticas da subestao anterior, exceto que esta possui um

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transformador com bucha primria superior, onde associada por uma caixa flangeada a lateral do mdulo metlico de mdia tenso.

Figura 8: Vista frontal de uma subestao modular metlica do tipo flanges superior e lateral. Fonte: Mamede Filho (2001).

Subestao com transformador enclausurado em posto metlico em tela aramada: nesse tipo de subestao os transformadores so instalados dentro de um invlucro metlico, cuja cobertura feita de chapa de ao. Esse invlucro lateralmente protegido por uma tela aramada e est acoplada a mdulos metlicos primrio e secundrio. Sua instalao, porm, no recomendada ao tempo.

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Figura 9: Vista frontal e superior de uma subestao modular metlica com tela aramada. Fonte: Mamede Filho (2001).

Transformador e demais equipamentos enclausurados em posto metlico em chapa de ao: essa subestao composta de transformadores instalados internamente a invlucros metlicos, constitudos totalmente em chapa de ao de espessura adequada e providos de pequenas aberturas para ventilao.

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Figura 10: Vista frontal e superior de uma subestao modular metlica em chapa de ao Fonte: Mamede Filho (2001).

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2.7 PARTES COMPONENTES DE UMA SUBESTAO DE CONSUMIDOR

Figura 11: Elementos de entrada de servio de uma unidade consumidora de alta tenso Fonte: Mamede Filho (2001).

Segundo Mamede Filho (2001), as subestaes de consumidor apresentam os seguintes componentes:

Entrada de servio: compreende o trecho do circuito entre o ponto de derivao da rede de distribuio pblica e os terminais da medio. A entrada de servio mostrada na Figura 11 e apresenta duas partes;

Ponto de ligao: aquele de onde deriva o ramal de ligao e corresponde ao ponto A da Figura 11;

Ramal de ligao: o trecho do circuito areo compreendido entre o ponto de ligao e o ponto de entrega, que corresponde ao ponto B da Figura 11;

Ponto de entrega: aquele no qual a concessionria tem a obrigao de fornecer a energia eltrica, sendo esta responsvel tecnicamente pela execuo dos servios de construo, operao e manuteno. A entrada da subestao pode ser area ou subterrnea;

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Ramal de entrada: o conjunto de condutores, com os respectivos materiais necessrios sua fixao e interligao eltrica do ponto de entrega aos terminais da medio. O ramal de entrada pode ser areo (subestaes de alvenaria) ou subterrneo (subestaes de alvenaria ou modular metlica). Os ramais de entrada subterrneo devem ser dotados de caixas de passagem construdas em alvenaria ou concreto, com dimenses mnimas aproximadas de 80 x 80 x 80 cm.

2.8 DISPOSITIVOS QUE COMPEM UMA SUBESTAO

2.8.1 Muflas Terminais Primrias ou Terminaes

2.8.1.1 Introduo

Mufla terminal primria ou terminao um dispositivo destinado a restabelecer as condies de isolao da extremidade de um condutor isolado quando este conectado a um condutor nu.

H uma grande variedade de muflas ou terminaes, sendo que alguns so constitudos de um material termocontravel, como mostra a Figura 12.

Figura 12: Terminal primrio para uso interno. Fonte: Mamede Filho (1994).

Porm, as mais conhecidas so as muflas constitudas de um corpo de porcelana vitrificada com enchimento de composto elastomrico e fornecidas com kit que contm todos os materiais necessrios a sua execuo.

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Esse tipo de mufla pode ser singelo ou trifsico. O primeiro destina-se s terminaes dos cabos unipolares (muflas terminais singelas), enquanto o segundo tipo utilizado em cabos tripolares (muflas terminais trifsicas). Podem ser utilizadas tanto ao tempo quanto em instalaes abrigadas (MAMEDE FILHO, 1994).

2.8.1.2 Especificao Sumria

Para se especificar corretamente uma mufla ou terminao, necessrio estabelecer os seguintes parmetros:

- tenso nominal;

- tenso mxima de operao; - tenso suportvel de impulso; - tenso suportvel a seco durante 1 min; - tenso suportvel sob chuva, durante 10 s; - caractersticas do cabo;

nvel de isolamento: 100% para sistemas com neutro ligado terra e 133% para sistemas com neutro isolado;

material do condutor: cobre ou alumnio; tipo do encordoamento (somente para condutores de alumnio).

2.8.2 Buchas de Passagem

2.8.2.1 Introduo

Buchas de passagem so elementos isolantes prprios para instalao em cubculos metlicos ou de alvenaria e em equipamentos diversos cuja finalidade permitir a passagem de um circuito de um determinado ambiente para outro.

Figura 13: Bucha de passagem para uso interno. Fonte: Mamede Filho (1994).

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Alm dos componentes normais as buchas podem ser equipadas com outros recursos auxiliares, tais como transformadores de corrente, chifres metlicos para disrupo de tenses impulsivas, etc. (MAMEDE FILHO, 1994).

2.8.2.2 Caractersticas Construtivas

As buchas de passagem podem ser classificadas em dois tipos bsicos, como se ver a seguir.

Quanto instalao: buchas de passagem para uso exterior: so as buchas em que os terminais esto

expostos ao meio exterior. Sua aplicao restrita a casos especiais, tais como a alimentao de transformadores de fora separados por barreiras corta-fogo construdas em concreto armado;

buchas de passagem para uso interior: so as buchas em que os dois terminais esto constitudos num ambiente abrigado no sujeito s intempries. So destinados instalao em ambiente abrigado como na passagem de cubculos adjacentes de subestao em alvenaria ou na passagem entre mdulos de subestao em invlucro metlico;

buchas de passagem para uso interior-exterior: so as buchas em que um dos terminais est exposto ao meio ambiente abrigado, enquanto o outro est instalado ao tempo. So destinados instalao em subestaes em alvenaria em que o ramal de ligao areo, possibilitando a continuidade entre os condutores externos do ramal com os barramentos de descida fixados internamente;

buchas para uso em equipamentos: so as buchas em que um terminal fica exposto ao meio ambiente normalmente prprio para operao ao tempo, e o outro voltado para o interior do equipamento, geralmente cheio de leo mineral isolante.

Quanto construo: buchas de passagem sem controle de campo eltrico: este tipo de bucha no

dispe de elementos apropriados para distribuir uniformemente as linhas de fora resultantes do campo eltrico . Este tipo constitui a maioria das buchas de mdia tenso, utilizadas em subestaes industriais e em equipamentos, apresentados anteriormente;

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buchas de passagem condensivas: tambm conhecidas como buchas capacitivas so aquelas na qual o condutor metlico est instalado no interior do isolador de porcelana e envolvido com materiais especiais com a finalidade de assegurar a distribuio uniforme das linhas de campo eltrico. Desta forma, evita a ionizao do ar na regio do flange, onde fixada a estrutura de sustentao.

Essas buchas so prprias para instalao em equipamento em que o nvel de tenso muito elevado.

2.8.3 Fusveis Limitadores Primrios

Os fusveis limitadores primrios so dispositivos extremamente eficazes na proteo de circuitos de mdia tenso devido s suas excelentes caractersticas de tempo e corrente. So utilizados na proteo de transformadores de fora, acoplados, em geral, a um seccionador interruptor, ou, ainda, na substituio do disjuntor geral de uma subestao de consumidor de pequeno porte, quando associados a um seccionador interruptor automtico.

A principal caracterstica deste dispositivo de proteo a sua capacidade de limitar a corrente de curto-circuito devido aos tempos extremamente reduzidos em que atua. Alm disso, possui uma elevada capacidade de ruptura, o que torna esse tipo de fusvel adequado para aplicao em sistemas onde o nvel de curto-circuito de valor muito alto.

Normalmente, os fusveis limitadores podem ser utilizados tanto em ambientes internos como externos, dependendo apenas das caractersticas de uso dos seccionadores aos quais esto associados (MAMEDE FILHO, 1994).

Figura 14: Fusveis limitadores primrios associados a um seccionador. Fonte: Agert (2007).

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2.8.4 Pra-Raios

2.8.4.1 Introduo

Os pra-raios so equipamentos responsveis por funes de grande importncia nos sistemas eltricos de potncia, contribuindo decisivamente para a sua confiabilidade, economia e continuidade de operao. Atuam como limitadores de tenso impedindo que valores acima de um determinado nvel pr-estabelecido alcancem os equipamentos das. subestaes.

Principais caractersticas:

classe de trabalho:subestao e distribuio; capacidade: 5, 10 e 20 kA. Atualmente, os principais fabricantes de pra-raios esto fabricando somente pra-

raios de xido de Zinco (ZnO), mas ainda possvel encontrar pra-raios de Carboneto de Silcio (SiC).

2.8.4.2 Constituio

a) Corpo de porcelana: constitudo de porcelana de alta resistncia mecnica e dieltrica no qual esto alojados os principais elementos ativos do pra-raios.

b) Resistores no lineares: so blocos cermicos feitos de material refratrio, qumica e eletricamente estveis. Esse material e capaz de conduzir altas correntes de descarga com baixas tenses residuais. Entretanto, o resistor no linear oferece uma alta importncia a corrente subseqente. So formados de xido de zinco.

c) Desligador automtico: e composto de um elemento resistivo colocado em serie com uma cpsula explosiva protegida por um corpo de baquelite. Serve como indicador de defeito do pra-raios.

d) Centelhador Srie: constitudo de um ou mais espaamentos entre os eletrodos, dispositivos em serie com os resistores no lineares, e cuja finalidade e assegurar, sob quaisquer condies, uma caracterstica de disrupo regular com uma rpida extino da corrente subseqente.

e) Protetor contra sobrepresso: e um dispositivo destinado a aliviar a presso interna devida a falhas ocasionais do pra-raios e cuja ao permite o escape dos gases antes que haja rompimento da porcelana (MAMEDE FILHO, 1994).

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2.8.4.3 Especificao

Na especificao de um pra-raios necessrio que se indiquem, no mnimo, os seguintes elementos:

tenso nominal eficaz, em kV;

freqncia nominal;

mxima tenso disruptiva de impulso sob frente de onda, em kV; mxima tenso residual de descarga, com onda de 8 x 20ns, em kV; mxima tenso disruptiva freqncia industrial, em kV; corrente de descarga, em A; tipo (estao ou distribuio).

2.8.4.4 Principais Vantagens dos Pra-raios de xido de Zinco

Simplicidade na construo aumenta a confiabilidade; o nvel de proteo mais bem definido por causa da ausncia de gaps; melhor desempenho sob contaminao; maior capacidade de absoro de energia; entra e sai de conduo suavemente.

Figura 15: Composio interna de um pra-raios de ZnO. Fonte: Agert (2007).

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2.8.5 Transformadores

Transformadores de potncia so produtos empregados na converso de tenses e correntes em sistemas de transmisso e distribuio de energia eltrica. Seus principais componentes so: enrolamentos, ncleo magntico, invlucro metlico, sistema de comutao, sistema de refrigerao, liquido isolante, terminais e acessrios de controle e proteo.

Diviso dos transformadores quanto finalidade: a) transformadores de fora; b) transformadores de distribuio; c) transformadores de corrente; d) transformadores de potencial; e) autotransformadores.

Acessrios:

a) desumidificadores de ar (slica-gel); b) rel de gs (tipo buchholz); c) termmetro; d) indicador de nvel de leo; e) vlvula de alivio de presso; f) rel de presso sbita.

2.8.5.1 Transformadores de Corrente

Os transformadores de corrente so equipamentos que permitem aos instrumentos de medio e proteo funcionarem adequadamente sem que seja necessrio possurem correntes nominais de acordo com a corrente de carga do circuito ao qual esto ligados. Na sua forma mais simples, eles possuem um primrio, geralmente de poucas espirais e um secundrio, no qual a corrente nominal transformada e, na maioria dos casos, igual a 5

Sua funo transformar, atravs do fenmeno de converso eletromagntica, correntes elevadas, que circulam no seu primrio, em pequenas correntes secundrias, segundo uma relao de transformao. Dessa forma, os instrumentos de medio e proteo so dimensionados em tamanhos reduzidos.

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Figura 16: Transformador de corrente. Fonte: ABB.

Os TCs de baixa tenso normalmente tm o ncleo fabricado em ferro-silcio de gros orientados e esta, juntamente com os enrolamentos primrios e secundrios, encapsulado em resina epxi, submetida polimerizao, o que lhe proporciona endurecimento permanente, formando um sistema inteiramente compacto e dando ao equipamento caractersticas eltricas e mecnicas de grande desempenho, ou seja:

incombustibilidade do isolamento; elevada capacidade de sobrecarga, dada a excepcional qualidade de condutividade

trmica da resina epxi; elevada resistncia dinmica as correntes de curto-circuito; elevada rigidez dieltrica. J os TC's de mdia tenso, semelhantemente aos de baixa tenso, so normalmente

construdos em resina epxi quando destinados s instalaes abrigadas. Tambm so encontrados transformadores de corrente para uso interno, construdos em tanque metlico cheio de 1eo mineral e provido de uma bucha de porcelana vitrificada comum aos terminais de entrada e sada da corrente primria.

Os transformadores de corrente fabricados em epxi so normalmente descartveis depois de um defeito interno, no sendo possvel sua recuperao.

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Os transformadores de corrente destinados a sistemas iguais ou superiores a 69 kV tm os seus primrios envolvidos por uma blindagem eletrosttica, cuja finalidade uniformizar o campo eltrico (MAMEDE FILHO, 1994).

2.8.5.2 Transformadores de Potencial

Os transformadores de potencial so equipamentos que permitem aos instrumentos de medio e proteo funcionarem adequadamente sem que seja necessrio possuir tenso de isolamento, de acordo com a da rede a qual esto ligados.

Na sua forma mais simples, os transformadores de potencial possuem um enrolamento primrio de muitas espiras e um enrolamento secundrio atravs do qual se obtm a tenso desejada, normalmente padronizada em 115 V ou 115/3 V. Dessa forma, os instrumentos de proteo e medio so dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas e demais componentes de baixa isolao.

Os transformadores de potencial usados para suprirem rels de proteo possuem classe de exatido de 1,2%. J os TPs usados para medio pelas concessionrias apresentam uma exatido de 0,3%.

Figura 17: Transformador de Potencial. Fonte: ABB.

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Os transformadores de potencial so fabricados em conformidade com o grupo de ligao requerido, com as tenses nominais primrias e secundrias necessrias e com o tipo de instalao desejada.

O enrolamento primrio constitudo de uma bobina de vrias camadas de fios, submetido a uma esmaltao, em geral dupla, enrolado em um ncleo de ferro magntico, sobre o qual tambm se envolve o enrolamento secundrio.

J o enrolamento secundrio ou tercirio de fio de cobre duplamente esmaltado e isolado do ncleo e do enrolamento primrio por meio de fitas de papel especial (MAMEDE FILHO, 1994).

2.8.6 Disjuntores

Disjuntores so equipamentos destinados interrupo e restabelecimento das correntes eltricas num circuito. Devem fechar circuitos eltricos durante condies normais de carga e abrir na presena de curto-circuito no menor espao de tempo possvel.

Os disjuntores de alta tenso devem ser instalados junto com rels, os quais so responsveis pela deteco e anlise das correntes eltricas do circuito. Os reles devem ser previamente ajustados para enviar para os disjuntores ordem de comando para a sua abertura. Um disjuntor instalado sem os rels correspondentes transforma-se apenas numa chave de manobra, sem qualquer caracterstica de proteo.

A principal funo dos disjuntores num circuito a interrupo imediata da corrente de falta, limitando ao mximo os danos causados por um curto-circuito. Alm disto, o disjuntor deve ser capaz de interromper correntes normais de carga, correntes de magnetizao de transformadores e reatores a as correntes capacitivas de bancos de capacitores e de linhas em vazio (MAMEDE FILHO, 1994).

As tcnicas de interrupo existentes so: sopro magntico;

ar comprimido; grande volume de leo; pequeno volume de 1eo; vcuo;

SF6; Semicondutores.

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Exemplos de ilustrao:

Figura 18: Disjuntor a vcuo. Fonte: Siemens.

Figura 19: Disjuntor a gs SF6. Fonte: Schneider Eletric.

2.8.7 Chaves

As chaves tm diferentes funes nas subestaes. Por exemplo: a) seccionamento de circuitos por necessidade operativa (by pass) ou para isolar

componentes do sistema, tais como equipamentos ou linhas para manuteno; b) aterramento de componentes do sistema (linhas, barramentos, bancos de

capacitores) para manuteno; c) abertura ou fechamento de circuitos em carga;

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d) aterramento rpido de componentes energizados para fins de testes ou ensaios, ou no caso de defeitos em reatores no manobrveis ligados a linhas de transmisso sem esquemas de proteo com transferncia de disparo, ou no caso de linhas terminadas por transformador sem disjuntor no outro terminal da linha.

Vrios fatores podem influenciar na escolha do tipo de seccionadora a ser usado: nvel de tenso e esquema de manobra da subestao; limitao de rea ou de afastamentos eltricos; funo desempenhada, entre outros. O mecanismo de operao dos seccionadores pode ser manual ou motorizado. A operao manual do seccionador pode ser feita por uma simples vara isolante (por

exemplo: chaves-fusveis em redes de distribuio) ou por uma manivela (ou volante), localizada na base do seccionador (MAMEDE FILHO, 1994).

A operao motorizada pode ser feita por um nico mecanismo que comanda a operao conjunta dos trs plos, atravs de hastes, ou por mecanismos independentes para cada plo do seccionador (pantogrfico e semi-pantogrfico).

Geralmente os seccionadores motorizados tm um mecanismo de operao manual usado em caso de defeito do mecanismo motorizado, ou no caso de ajuste de lminas durante o servio de manuteno.

Figura 20: Chave seccionadora a gs SF6. Fonte: ABB.

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2.8.8 Rel de Sobrecorrente

2.8.8.1 Introduo

A proteo dos Sistemas Eltricos de Potncia feita por esquemas de proteo que, por sua vez, so basicamente comandados por rels. A funo primordial desses rels identificar os defeitos, localiz-los da maneira mais exata possvel e alertar a quem opera o sistema, promovendo o disparo de alarmes, sinalizaes e, tambm, dependendo do caso, promovendo a abertura de disjuntores de modo a isolar o defeito, mantendo o restante do sistema em operao normal, sem que os efeitos desse defeito prejudiquem sua normalidade.

Portanto, os rels so os elementos mais importantes do sistema de proteo. Eles so sensores que vigiam diuturnamente as condies de operao do Sistema Eltrico. Havendo alguma anomalia, por exemplo, um curto-circuito, a corrente de curto-circuito sensibiliza o rel, que opera enviando um sinal para a abertura do disjuntor. Com a abertura do disjuntor, o trecho defeituoso desconectado do sistema (KINDERMANN, 1999).

Os princpios de funcionamento dos rels evoluem, mas a filosofia da proteo sempre a mesma, ou seja, o objetivo do rel proteger com garantia de:

sensibilidade; seletividade; rapidez; confiabilidade; robustez; vida til.

2.8.8.2 Classificao dos Rels de Sobrecorrente

De uma maneira geral a classificao dos rels feita da seguinte forma (KINDERMANN, 1999):

aspectos construtivos;

rels fluidodinmicos; rels eletromecnicos ou de induo:

rels eletrnicos ou estticos; rels digitais; rels digitais numricos;

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atuao no circuito a proteger:

atuao direta; atuao indireta;

instalao:

rel primrio; rel secundrio;

corrente de ajuste: tracionamento na mola;

variaes de entreferro; mudanas de taps na bobina magnetizante; variaes de elemento no circuito; controle por software;

Tempo de atuao: rel instantneo;

rel temporizador: > tempo definido; > tempo inverso (norma IEC):

inverso;

moderadamente inverso; muito inverso;

extremamente inverso.

O rel instantneo (funo 50) atua instantaneamente para qualquer corrente maior que o seu ajuste. O nome instantneo indica que o rel propositalmente no-temporizado e nem tem caracterstica temporizada.

O rel temporizado (funo 51) tem na sua prpria funcionalidade caracterstica temporizada, ou seja, a sua atuao ocorre aps certo tempo. A atuao pode ser feita baseada num tempo definido ou numa curva tempo x corrente (curva de tempo inverso).

As curvas de tempo inverso tambm so conhecidas como de tempo dependente. Nessas curvas o tempo de atuao do rel inversamente proporcional ao valor de corrente. Isto , o rel ir atuar em tempos decrescentes para valores de corrente igual ou maior do que a corrente mnima de atuao.

Alguns exemplos de curvas temporizadas:

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Figura 21: Curva caracterstica de tempo definido. Fonte: Kindermann (1999).

Figura 22: Curva caracterstica de tempo dependente Fonte: Kindermann (1999).

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Figura 23: Curvas caractersticas normalmente inversa (NI), muito inversa (MI) e extremamente inversa (EI). Fonte: Kindermann (1999).

2.8.8.3 Tabela ANSI

Tabela 2

Tabela ANSI

Nr Denominao 1 Elemento Principal 2 funo de partida/ fechamento temporizado 3 funo de verificao ou interbloqueio 4 contator principal 5 dispositivo de interrupo 6 disjuntor de partida 7 disjuntor de anodo 8 dispositivo de desconexo da energia de controle 9 dispositivo de reverso

10 chave de seqncia das unidades 11 reservada para futura aplicao 12 dispositivo de sobrevelocidade 13 dispositivo de rotao sncrona 14 dispositivo de subvelocidade 15 dispositivo de ajuste ou comparao de velocidade ou freqncia 16 reservado para futura aplicao 17 chave de derivao ou descarga 18 dispositivo de acelerao ou desacelerao 19 contator de transio partida-marcha 20 vlvula operada eletricamente 21 rel de distncia 22 disjuntor equalizador 23 dispositivo de controle de temperatura

53

(...continuao da Tabela 2)

24 Rel de sobreexcitao ou Volts por Hertz 25 rel de verificao de Sincronismo ou Sincronizao 26 dispositivo trmico do equipamento 27 rel de subtenso 28 reservado para futura aplicao 29 contator de isolamento 30 rel anunciador 31 dispositivo de excitao 32 rel direcional de potncia 33 chave de posicionamento 34 chave de seqncia operada por motor 35 dispositivo para operao das escovas ou curto-circuitar anis coletores 36 dispositivo de polaridade 37 rel de subcorrente ou subpotncia 38 dispositivo de proteo de mancal 39 reservado para futura aplicao 40 rel de perda de excitao 41 disjuntor ou chave de campo 42 disjuntor/ chave de operao normal 43 dispositivo de transferncia manual 44 rel de seqncia de partida 45 reservado para futura aplicao 46 rel de desbalanceamento de corrente de fase 47 rel de seqncia de fase de tenso 48 rel de seqncia incompleta/ partida longa 49 rel trmico 50 rel de sobrecorrente instantneo 51 rel de sobrecorrente temporizado 52 disjuntor de corrente alternada 53 rel para excitatriz ou gerador CC 54 disjuntor para corrente contnua, alta velocidade 55 rel de fator de potncia 56 rel de aplicao de campo 57 dispositivo de aterramento ou curto-circuito 58 rel de falha de retificao 59 rel de sobretenso 60 rel de balano de tenso/ queima de fusveis 61 rel de balano de corrente 62 rel temporizador 63 rel de presso de gs (Buchholz) 64 rel de proteo de terra 65 Regulador 66 rel de superviso do nmero de partidas 67 rel direcional de sobrecorrente 68 rel de bloqueio por oscilao de potncia 69 dispositivo de controle permissivo 70 reostato eletricamente operado 71 dispositivo de deteco de nvel

54

(...continuao da Tabela 2)

72 disjuntor de corrente contnua 73 contator de resistncia de carga 74 funo de alarme 75 mecanismo de mudana de posio 76 rel de sobrecorrente CC 77 transmissor de impulsos 78 rel de medio de ngulo de fase/ proteo contra falta de sincronismo 79 rel de religamento 80 reservado para futura aplicao 81 rel de sub/ sobrefrequncia 82 rel de religamento CC 83 rel de seleo/ transferncia automtica 84 mecanismo de operao 85 rel receptor de sinal de telecomunicao 86 rel auxiliar de bloqueio 87 rel de proteo diferencial 88 motor auxiliar ou motor gerador 89 chave seccionadora 90 dispositivo de regulao 91 rel direcional de tenso 92 rel direcional de tenso e potncia 93 contator de variao de campo 94 rel de desligamento

95 a 99 usado para aplicaes especficas Fonte: ANSI (2008).

Complementao da tabela ANSI: 50 N sobre-corrente instantneo de neutro; 51N sobre-corrente temporizado de neutro (tempo definido ou curvas inversas).

2.8.8.4 Diagrama Elementar Trifilar de Proteo

A seguir est ilustrado um diagrama de proteo, com as funes 50, 51, 50N e 51N. Essas funes so as mesmas usadas para o estudo de caso deste trabalho. A medio do rel de sobrecorrente se d atravs dos secundrios dos TCs.

55

Figura 24: Diagrama elementar trifilar de proteo. Fonte: Kindermann (1999).

As unidades 50 e 51 proporcionam proteo contra os curtos-circuitos que envolvem, principalmente, as fases (trifsico e bifsico). J os trs TCs em paralelo formam um filtro onde s passam as componentes de seqncia zero, ou seja, pelo trecho do terra passa somente a seqncia zero proveniente do sistema. Toda a corrente do sistema eltrico que escoa pela terra tem o seu reflexo no rel de neutro. Portanto, o rel de neutro s sensvel s correntes de seqncia zero (KINDERMANN, 1999).

No sistema eltrico as correntes que geram componentes de seqncia zero so: curto-circuito monofsico terra;

56

curto-circuito bifsico terra; cargas desequilibradas aterradas; abertura de fase de sistemas aterrados. Assim, o rel de neutro (50N/51N) no ir atuar para: curtos-circuitos trifsicos; curtos-circuitos bifsicos; cargas desequilibradas no-aterradas; abertura de fase em circuitos no aterrados.

2.9 ALGUNS EXEMPLOS DE APLICAO DE TRANSFORMADORES EM CUBCULOS METLICOS

2.9.1 Transformadores do Tipo Pedestal (pad-mounted)

Figura 25: Transformador tipo pedestal. Fonte: Siemens.

So projetados para serem montados sobre uma base de concreto e aptos para instalaes externas, onde ficam sujeitos a intempries, bem como para instalaes subterrneas. So pintados na cor verde segurana (normalizado), com o objetivo de facilitar a camuflagem desse equipamento em ambientes arborizados.

57

2.9.2 Transformador a Seco

Figura 26: Transformador a seco. Fonte: Siemens.

So encapsulados a vcuo e tm a vantagem de no precisarem de manuteno. Para esses transformadores recomendada uma ventilao forada, feita por ventiladores fixados nas laterais dos cubculos. Podem ser instalados em ambientes externos por meio da utilizao de cubculos.

2.9.3 Transformador a leo (Usados para Distribuio)

Figura 27: Transformador a leo do tipo flanges laterais. Fonte: Siemens.

58

Esse tipo de transformador usado em subestaes localizadas no centro da carga, em subestaes que sejam ao tempo ou abrigadas. Tambm existem os transformadores a leo do tipo flanges superior e lateral, que tambm esto sendo abordados neste captulo, no item 2.6.2. Os transformadores de distribuio a leo, sem flanges, tambm podem ser usados enclausurados em posto metlico. Esse tipo de situao comum em subestaes de alvenaria.

bom salientar tambm, a importncia de se ter esses tipos de informao sobre as subestaes, pois alm da parte do dimensionamento dos equipamentos, deve-se ter um bom conhecimento da variedade dos tipos de equipamentos que compem uma subestao. Nesse caso, a experincia do projetista conta muito para projetar uma subestao, dando a ela uma boa distribuio dos componentes que lhe sero fixados.

59

3 ESTUDO DE CASO

3.1 INTRODUO

A indstria, na qual foi realizado o estudo de caso, localiza-se no Estado do Paran. Todos os seus projetos das subestaes eltricas dela foram baseados nas especificaes das normas brasileiras vigentes, especialmente nas especificaes da concessionria Copel, responsvel pelo seu fornecimento de energia eltrica.

A empresa trabalha com armazenagem de gros e cerca de 70 % da sua carga eltrica total composta por motores de induo.

A subestao (SE-01) foi projetada, fabricada e instalada pela empresa do Grupo Fockink, sendo uma subestao do tipo modular metlica e instalada com grau de proteo 44. Essa subestao foi instalada abrigada do tempo e possui reparties com medio, proteo, distribuio e transformao. Ligada a ela existem mais trs subestaes de transformao que faro parte dos clculos para dimensionamento da proteo geral.

3.2 METODOLOGIA DE CLCULO PARA PROTEO CONTRA SOBRECORRENTES

3.2.1 Frmulas e Dedues Importantes para o Estudo

3.2.1.1 Lei de Ohm

[E] = [Z] x [ I ]; [E] = matriz tenso de barra; [Z] = matriz impedncia de barra, onde Z = R + jX; [I] = matriz corrente de barra.

3.2.1.2 Corrente de curto-circuito simtrica

Para circular a corrente de curto-circuito simtrica, deve-se primeiro obter o circuito equivalente de Thvenin no local do defeito antes da ocorrncia da falta.

60

Figura 28: Circuito equivalente de Thvenin. Fonte: Fischer (2002).

A corrente da falta ento:

[ ] [ ][ ]ZTHETH

Icc = (FISHER, 2002)

3.2.1.3 Corrente de Curto-Circuito Assimtrica (mtodo IEEE):

Fator de assimetria, definido pela IEEE std 241:

( )( )X/R

2-2xe1 FA pi+=

A corrente de curto-circuito assimtrica definida pela equao a seguir: Icc ass. = FA x Icc

3.2.1.4 Sistema pu (por unidade):

( )Sb

2Vb Zb =

xVbSbIb

3= (STEVENSON JNIOR, 1974)

ZbZrealZ =

_

Mudana de base:

2_

nova) dada/Vb(Vn x dada Snova Sb

x dada X nova X = (STEVENSON JNIOR, 1974)

Zt h

Et h Ic c

61

Sb potncia de base Vb tenso de base Ib corrente de base Z impedncia de base

_

Z impedncia em pu _

X reatncia em pu

A vantagem de se adotar os valores em pu est na equivalncia de impedncia do transformador tanto no lado de alta como no de baixa.

3.2.1.5 Corrente de Curto-Circuito do Tipo Fase-Terra

pupupupuccFT

xRfZxxZExI

30123

_

)( ++= (AGERT, 2007)

xIbII puccFTccFT )(=

tenso do sistema em pu Z1pu impedncia de seqncia positiva em pu Z0pu impedncia de seqncia zero em pu Rfpu resistncia de contato em pu Obs.: valores de impedncia no ponto onde ocorre a falta.

3xRf = 0 - para corrente de curto-circuito fase-terra 3xRf= 39,9 - para corrente de curto-circuito fase-terra mnimo

Adota-se internacionalmente o valor de 39,9 para a impedncia de contato como um valor real e, para clculos em pu dever ento ser feita a converso.

3.2.1.6 Corrente de Curto-Circuito Bifsico

Icc 2F = 0,866 x Icc 3F (AGERT, 2007)

62

3.2.1.7 Corrente de Curto-Circuito Trifsico

pu

_

(pu) Z1E3F Icc = (AGERT, 2007)

Icc 3F = Icc3F(pu) x Ib

3.2.2 Clculo das Correntes de Curto-circuito em Cada Ponto

3.2.2.1 Diagrama Unifilar das Protees

Segue a seguir, a figura representando o diagrama unifilar das protees, que inclui as quatro subestaes da indstria que esto localizadas em pontos diferentes:

Figura 29: Diagrama unifilar das protees. Fonte: Grupo Fockink.

FUSVEL DE PROTEO DE MDIATENSO.

SECCIONADORA DE MDIA TENSO.

TRANSFORMADOR TRIFSICO DEPOTNCIA DE 02 ENROLAMENTOS.

CHAVE FUSVEL COM ELOS FUSVEL

DISJ UNTOR DE MDIA TENSO.

TC DE PROTEO CONECTADO AREL DE PROTEO SECUNDRIADE SOBRECORRENTE.

CABO AREO (CA) OUSUBTERRNEO (CS) DEDISTRIBUIO

52

89

LEGENDA

1F3

BASES DO SISTEMA:Sb= 100MVAVb= 13,8k VIb= 4,1837k A= 4183,7AZb= 1,9044 OHMS

DIAGRAMA UNIFILAR DAS PROTEES

TRANSFORMADOR TRIFSICO DEPOTNCIA DE 03 ENROLAMENTOS.

89-01

10L200

TC1200/5A

52-01

1F3

P2

CS1

13 ,8k V/0,22-0,127k VTR4

P8

150KVAZ%= 4,00%

P1

P2

0,045k m

REDE 3~ 13,8k V COPEL

Z0= 0,72135+ j20,86259 puZ1= 1,90493+ j3,29276 puCA

PONTO DE ENTREGA DE ENERGIA

CABINE DE MEDIO, PROTEO,

SECUNDRIO DO TR

4# 70m m 2 COBRE 12/20k V

DISTRIBUIO E TRANSFORMAO

13,8k V/0,44-0,254k VTR1

P3

500KVAZ%= 5,00%

P2 PRIMRIO DO TR

SECUNDRIO DO TR

13,8k V/0,22-0,127k VTR2

P4

150KVAZ%= 4,00%

P2 PRIMRIO DO TR

SECUNDRIO DO TR

P2 PRIMRIO DO TR

13,8k V/0,44-0,254k VTR3

P6

500KVAZ%= 5,00%

P2 PRIMRIO DO TR

SECUNDRIO DO TR

P5 PRIMRIO DO TR

CS2

0 ,124k m4# 35m m 2 COBRE 12/20k V

P7 PRIMRIO DO TR

CS3

0 ,424k m4# 35m m 2 COBRE 12/20k V

13,8k V/0,44-0,254k VTR5

P10

750KVAZ%= 5,00%

SECUNDRIO DO TR

P9 PRIMRIO DO TR

CS4

0 ,135k m4# 35m m 2 COBRE 12/20k V

P7

SE-04

SE-03SE-02

SE-01

63

3.2.2.2 Diagrama das impedncias do sistema

Segue a seguir, a figura representado o diagrama das impedncias do sistema, levando em considerao tambm, as quatro subestaes da empresa:

Figura 30: Diagrama das impedncias do sistema. Fonte: Grupo Fockink.

Z0,

Z1,

Z2

Sis

tem

a C

on

ce

ss

ion

ria

ZES

0,ZE

S1,ZE

S2P

01P

on

to de

En

tre

ga

Ra

ma

l de

e

ntr

ada

s

ubt

err

ne

aC

abi

ne

de

m

edi

o

e

pr

ote

o

P02

ZIS0

,Z

IS1,

ZIS2

0,04

5 K

mD

es

co

ns

ide

rada

di

st

nc

iaP

02

Tra

fo 50

0 K

VA

- SE

1

ZT0,

ZT1,

ZT2

P03

P02

Tra

fo 15

0 K

VA

- SE

1

ZT0,

ZT1,

ZT2

P04

Re

de pr

imr

ia in

tern

a

P02

ZIS

0,ZI

S1,Z

IS2

0,12

4 K

m

P05

Tra

fo 50

0 K

VA

- SE

2

ZT0

,ZT

1,ZT

2P

06s

ubt

err

ne

a

Re

de pr

imr

ia in

tern

a

P02

ZIS

0,ZI

S1,Z

IS2

0,42

4 K

m

P07

Tra

fo 15

0 K

VA

- SE

3

ZT0

,ZT

1,ZT

2P

08s

ubt

err

ne

a

Re

de pr

imr

ia in

tern

a

P02

ZIS

0,ZI

S1,Z

IS2

0,55

9 K

m

P09

Tra

fo 75

0 K

VA

- SE

4

ZT0,

ZT1,

ZT2

P10

su

bte

rrn

ea

DIAGRAM A DAS IM PEDNCIAS DOSISTEM A

64

3.2.2.3 Impedncia do Cabo do Ramal de Entrada Subterrneo

Cabo 4 # 70 mm cobre 12/20 KV [tabela Pirelli (Prysmian) - Eprotenax FX-3] ZES1= ZES2 = ZES0 = 0,3432 + j 0,1403 /km

3.2.2.4 Impedncia do Cabo da Rede Primria Interna Subterrnea

Cabo 4 # 35 mm cobre 12/20 kV [tabela Pirelli (Prysmian) - Eprotenax FX-3] ZIS1 = ZIS2 = ZIS0 = 0,6693 + 0,1555 /km

3.2.2.5 Ponto 01 (P01)

Os valores apresentados neste item foram fornecidos pela concessionria.

Seqncia positiva e negativa: Z1(pu)=Z2(pu) = 2,0224 61,63 pu = 0,960971 + j 1,779505 pu Seq. Zero: Z0(pu) = 9,7183 81,11 pu = 1,501846 + j 9,601553 pu

Icc 3 F = 2,068 kA Icc 2 F = 1,79 kA Icc FT = 0,923 kA Icc FT min = 0,4523 kA Icc 3F ass = 2,137 kA (valor calculado esse valor no foi fornecido pela concessionria)

Sb= 100 MVA e = 10o pu 3Rf = 40,0

Vb = 13,8 kV

3.2.2.6 Impedncia do Ponto 01 ao Ponto 02 (P01 P02)

== 9044,1)02(2

SbVbPZb ( ) kAA

xVbSbPIb 1837,47,183.4

302 ===

65

Para L= 0,045 km ZES1 = ZES0 = 0,015444 + j 0,0063135

puj 00332,000811,0Zb

Z Z Z ES1ES0(pu)ES1(pu) +===

3.2.2.7 Correntes de Curto-Circuito no Ponto P02:

Z1(P02) =Z1(pu) + Z ES1(pu) = 0,969081 + j 1,782825 pu Z1(P02) pu = 2,0291861,47 pu

Z0(P02) = Z0 (pu) + Z ES0(pu) = 1,509956 + j 9,604873 pu Z0(P02) = 9,7228 81,06 pu

)(4928,047,6102918,2

01Z1

E

(P02)pu

_

)(3 mdulopuLLI puFcc ===

ICC3F = ICC3F(pu) . IB = 2,061 kA ICC2F = 0,866 . ICC3F = 1,785 kA

puZxZ

x

puPpuP

220354,06144,133

012E 3I

)02()02(FT(pu) cc ==+

=

ICCFT = ICCFT(pu) . IB = 0,922 kA

3Rf = 40,0 ; Rf = 13,33 ; Rf(pu) = ZBRf

= 7,0 pu; 3Rf(pu) = 21 pu

puxRfZxZ

ExIpupuPpuP

ccFT 10803,077,273

30123

)()02()02(min ==++

=

ICCFT min = ICCFT min(pu) . IB = 0,452 kA

66

Pelo clculo do fator de assimetria (IEEE Std 241):

( )( )X/R

2- 2xe1 FA pi+=

( )( )969081,0/782825,1

2- 2xe1 FA pi+=

FA = 1,032

I CC 3F ass = I CC 3F x FA

I CC 3F ass = 2,127 kA

3.2.2.8 Clculo para o Transformador de 500 KVA (SE-01)

Impedncia do transformador (Tringulo / Estrela) Z1 = Z2 = 5% VN: 13,8 kV 440 / 254V Z0 = 0,85 x Z1 = 4,25% (FISCHER, 2002)

ZT1(pu) = Z1 x SNSb

(VN/Vb) = 0,05 x kVAkVA

500100

x (13,8KV/13,8KV)

ZT1(pu) = 10 pu

Recomendao da NBR 5440

Para os transformadores de potncia igual ou menor a 1.000 kVA, a impedncia considerada 20% resistiva.

RT1(pu) = 0,2 x Z1 = 2 pu XT1(pu) = ZT1 - RT1 = 10 - 2 = j9,798 pu Z T1(pu) = 2 + j 9,798 pu Z T1(pu) = 10 78,46 pu

67

ZT0(pu) = Z0 x SNSB

(VN/VB) = 8,5 pu

RT0(pu) = 0,2 x Z0 = 1,7 pu XT0(pu) = Zo - Ro = 8,328 pu ZT0(pu) = 8,5 78,46 pu ZT0(pu) = 1,7 + j8, 328 pu

Correntes de curto-circuito no primrio do transformador: iguais s correntes de curto-circuito no ponto P02, pois foi desconsiderada a

impedncia dos barramentos no interior da subestao por ser um trecho curto.

Correntes de curto-circuito no secundrio do transformador (P03): Obs.: de suma importncia observar que as impedncias de seqncia zero da rede

pblica, do cabo de mdia tenso de entrada de energia e dos cabos primrios dos transformadores, no faro parte do diagrama de impedncias do curto-circuito monofsico na baixa tenso, j que as respectivas correntes de seqncia zero no passam para as linhas primrias dos transformadores tringulo-estrela.

Valores de base: Ib (P01) = Ib (P02) = 4.183,7A Vb (P01) = Vb (P02) = 13,8kV

( ) ( )SbPVbPZb

20303 =

Zb (P03) = 0,00194

Vb (P03) = Vb (P02) x kVV

8,13440

= 440V

Ib (P03) = ( )033 PxVbSb

= 131.215,97 A

3Rf = 40

3 Rf(pu) = 20.618,8 pu

Impedncias: Z1 (P03)pu = Z1 (P02)pu + ZT1pu = 2,96908 + j 11,5808pu Z1 (P03)pu = 11,9554 75,62 pu Z0 (P03)pu = ZT0(pu) = 1,7 + j8, 328 pu

68

Correntes de curto-circuito: Icc3F = Icc 3F (pu) x Ib(P03) = 10,975 kA Icc2F = 0,866 x Icc3F = 9,504 KA IccFT = Icc FT(pu) x Ib(P03) = 12,1486 kA Icc FTmin = Icc F min(pu) x Ib(P03) = 0,019 kA FA = 1,182872339 Icc3F ass. = Icc3F x FA = 12,983 kA

3.2.2.9 Clculo para o transformador de 150 kVA (SE-01)

Impedncia do transformador (Tringulo / Estrela): Z1 = Z2 = 4%

Z0 = 0,85 x Z1 = 3,4%

VN: 13,8 kV 220 / 127V

ZT1 = 26,67 pu RT1 = 5,334 pu XT1 = j 26,13 pu ZT1 = 26,67 78,46 pu ZT0 = 22,67 pu RT0 = 4,53 pu XT0 = 22,2 pu

ZT0 = 22,67 78,46 pu

Correntes de curto-circuito no primrio do transformador Iguais s correntes de curto-circuito no ponto 02.

Correntes de curto circuito no secundrio do transformador (P04): Valores de base: Zb (P04) = 0,000484

Vb (P04) = Vb (P02) x kV 13,8

220V = 220V

Ib (P04) = 262.431,94 A

69

3RF = 40

3Rf(pu) = 82.644,63 pu

Impedncias: Z1 (P04)pu = Z1 (P02)pu + ZT1(pu) Z1 (P04)pu = 28,61 77,28 pu Z0 (P04)pu = ZT0(pu) = 4,53 + j 22,2 pu

Correntes de curto-circuito: Icc3F = 9,173 kA Icc2F= 7,944 kA IccFT = 9,8547 kA IccFTmin = 0,0095 kA FA = 1,2182 Icc3Fass = 11,174 kA

3.2.2.10 Impedncia do Ponto 02 ao Ponto 05 (P02 P05)

Valores de base: Zb = 1,9044 em 13,8kV Ib = 4.183,7 A em 13,8 kV Zb = 0,00194 em 440V Ib = 131.215,97A em 440V

Impedncias:

Para L = 0,124 km ZIS0 = Z IS1 = 0,08299 +j 0,0192821

Z IS0(pu) = Z IS1(pu) = ZB

Z IS1= 0,043578 + j0,010125 pu

70

3.2.2.11 Clculo para o Transformador de 500 KVA (SE-02)

Impedncia do transformador (Tringulo / Estrela): Z1 = Z2 = 5% VN = 13,8 KV 440 / 254V Z0 = 0,85 x Z1 = 4,25%

ZT1(pu) = 10 pu RT1(pu)=2pu XT1(pu) = j9,788 pu ZT1 = 10 78,46 pu ZT0(pu) = 8,5pu RT0(pu) = 1,7 pu XT0(pu) = j8,328 pu ZT0 = 8,5 78,46 pu

Z1 (P05)pu = Z1 (P02)pu + ZIS1(pu) Z1 (P05)pu = 2,0599162 60,54 pu Z0 (P05)pu =Z0 (P02)pu + ZIS0(pu) = 1,553534 + j 9,614998 pu

Correntes de curto-circuito no primrio do transformador (P05):

Icc3F = 2,032 kA Icc2F = 1,760 kA IccFT = 0,918 kA IccFTmin = 0,450 kA FA = 1,028359 Icc3Fass = 2,089 kA

Correntes de curto-circuito no secundrio do transformador (P06): Impedncias: Z1 (P06)pu = Z1 (P05)pu + ZT1pu

Z1 (P06)pu = 11,976 75,43pu Z0 (P06)pu = ZT0pu = 1,7 + j8,328pu Z0 (P06)pu = ZT0pu = 8,5 78,46pu

Correntes de curto-circuito: Icc3F = 10,956 kA 3Rf = 40 Icc2F = 9,488 kA 3Rf (pu) = 20.618,56 pu

71

IccFT = 12,1334 kA IccFTmin = 0,019 kA

FA = 1,179258 Icc3Fass. = 12,920 kA

3.2.2.12 Impedncia do Ponto 02 ao Ponto 07 (P02 P07)

Valores de base: Em 13,8kV:

Zb = 1,9044 Ib = 4.183,7 A

Em 220V: Zb = 0,000484 Ib = 262.431,94 A

Impedncias: Para L = 0,424 km

ZIS0 = Z IS1 = 0,2837 + j 0,06597

ZIS0(pu) = Z IS1(pu) = ZBZ IS1

= 0,14897 + j 0,03464 pu

3.2.2.13 Clculo para o Transformador de 150 KVA (SE-03)

Impedncia do transformador (tringulo/estrela): Z1 = Z2 = 4% VN: 13,8 kV 220 / 127V Z0 = 0,85 x Z1 = 3,4% ZT1(pu) = 26,67pu ZT1 = 26,67 78,46pu ZT0(pu) = 22,67 pu ZT0 = 22,67 78,46pu

72

Correntes de curto-circuito no primrio do transformador (P07): Impedncias: Z1(P07)pu = Z1(P02)pu + Z IS1(pu)

Z1(P07)pu = 2,1338 58,40 pu Z0(P07)pu = Z0(P02) + Z IS0 = 1,658925 + j 9,639513pu

Correntes de curto-circuito: Icc3F = 1,961 kA IccF = 1,698 kA IccFt = 0,907 kA IccFTmin = 0,445 kA FA = 1,02074 Icc3Fass. = 2,002 KA

Correntes de curto-circuito no secundrio do transformador (P08): Impedncias: Z1 (P08)pu = Z1 (P07)pu + ZT1(pu) Z1 (P08)pu = 2,68 77 pu Z0 (P08)pu = Z T0(pu) = 4,53 + j 22,2 pu Z0 (P08)pu = 22,67 78,46pu

Correntes de curto-circuito: Icc3F = 9,150 kA 3 Rf = 40 Icc2F = 7,924 kA 3 Rf = 82.644,628 pu IccFT = 9,8385 kA IccFt min = 0,0095 kA FA = 1,21197 Icc3Fass. = 11,089 kA

3.2.2.14 Impedncia do Ponto 02 ao Ponto 09 (P02-P09)

Valores de base: Em 13,8 kV Em: 440V ZB = 1,9044 ZB = 0,00194 IB = 4.183,7 A IB = 131.215,97 A

73

Impedncias:

Para 0,559 km ZIS0 = Z IS1 = 0,37413 + j 0,08697481

ZIS0(pu) = Z IS1(pu) = ZBZ IS1

= 0,1964 + j 0,04567 pu

4.2.2.15 Clculo para o transformador de 750 KVA (SE-04)

Impedncia do transformador (Tringulo / Estrela): Z1 = Z2 = 5% Z0 = 0,85 x Z1 = 4,25% VN = 13,8 KV 440 / 254V

ZT1 = 6,67pu RT1 = 1,334pu XT1 = j 6,53pu

ZT0 = 5,67pu RT0 = 1,134pu XT0 = j 5,55pu