SISTEMA DE PROTECÇÃO DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DA FEUP

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1 SISTEMA DE PROTECÇÃO DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DA FEUP Projecto FEUP Grupo Ele323 Supervisor: Prof. Hélder Leite Outubro de 2009

2 RESUMO Este relatório aborda a temática dos sistemas de protecção de circuitos eléctricos, e em particular o caso da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP). Quando se fala em energia eléctrica, há que ter em conta todo o seu percurso, toda a rede envolvente, de modo que este se faça da melhor maneira possível, sem causar danos, seja em aparelhos ou pessoas, e fazendo com que a energia esteja disponível para os utilizadores o máximo de tempo possível. O sistema de protecção vai, deste modo, corrigir anomalias, nomeadamente a sobreintensidade, evitando danos na rede e nos próprios utilizadores. Para averiguar a eficácia dos mecanismos de protecção, dos quais se frisa os disjuntores e fusíveis, existe uma série de referências, técnicas e construtivas, para que operem da melhor forma. A FEUP destaca-se como um complexo onde a rede de distribuição de energia eléctrica está essencialmente protegida por disjuntores, desde os postos de transformação, até às divisões de cada edifício, sendo este facto uma mostra de modernidade e desenvolvimento tecnológico. O que se fez foi, então, uma investigação acerca dos principais mecanismos de protecção, acima referidos, acerca das suas características, e, por fim, uma visita aos postos de transformação da FEUP, onde foi possível averiguar a aplicação dos mesmos, e perceber a sua distribuição ao longo de todos os edifícios.

3 ÍNDICE GERAL RESUMO i 1. INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES GERAIS OBJECTIVOS ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO 1 2. SISTEMAS DE PROTECÇÃO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS DISJUNTORES FUSÍVEIS 4 3. SISTEMA DE PROTECÇÃO NA FEUP 6 SUMÁRIO 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 9

4 INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES GERAIS No presente relatório trata-se o tema Distribuição de energia eléctrica na FEUP. Como questões-chave deste assunto tem-se: Como é feita a distribuição de energia dentro da FEUP? e Qual é o Sistema de Protecção associado à Distribuição de Energia na FEUP e qual a sua eficácia?, sendo neste último que iremos focar mais a nossa atenção. OBJECTIVOS Como objectivos fundamentais desta investigação tem-se o querer dar resposta à pergunta/problema, percebendo desse modo em que consiste um sistema de protecção de uma rede de distribuição de energia, particularmente na FEUP; conhecer as protecções contra contactos directos e indirectos; quais as diferenças e semelhanças entre os principais mecanismos de protecção, a saber, disjuntores e fusíveis; quais as referências que um sistema de protecção deve apresentar para que seja eficaz. Como objectivos secundários, mas não menos importantes, quer-se com este trabalho aprender e assimilar os métodos de elaboração de um relatório em engenharia. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO Num primeiro momento deste relatório, abordar-se-á o tema sistemas de protecção de circuitos eléctricos de modo geral, percebendo os conceitos-base que estão por detrás, essenciais à compreensão do resto do relatório. Seguidamente, explicar-se-ão os dois principais mecanismos de protecção de redes de distribuição (disjuntores e fusíveis). Finda esta parte, partiremos para o caso particular da FEUP e, em linhas gerais, descrever-se-á a organização do seu sistema de protecção, desde os postos de transformação, até às divisões nos edifícios.

5 SISTEMAS DE PROTECÇÃO DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS Quando se faz o projecto de um circuito eléctrico, tem-se sempre em conta todos os parâmetros de funcionamento, de modo a que este seja normal, e que se garanta a protecção das pessoas contra choques eléctricos. Estes podem advir de contactos directos, quando uma pessoa entra em contacto com uma parte activa de um elemento sob tensão, por negligência ou desrespeito das instruções de segurança, ou de contactos indirectos, quando uma pessoa entra em contacto com um elemento que está acidentalmente sob tensão devido, por exemplo, a um defeito de isolamento (imprevisível). Como tal, torna-se necessário adoptar protecções contra contactos directos, que se baseiam, essencialmente, em medidas preventivas (separação física entre os locais de risco de electrocussão e as pessoas, por exemplo) e contra contactos indirectos, que assentam principalmente em fusíveis, disjuntores e sistemas terra. Um dos principais parâmetros a ter em conta na projecção de um circuito eléctrico é a intensidade de corrente. Em ocasiões em que este parâmetro ultrapassa o valor recomendado dá-se uma situação denominada sobreintensidade. Este fenómeno pode dever-se a: - Sobrecargas: quando a potência absorvida por aparelhos é superior à permitida pelas características físicas dos condutores; - Curto-circuitos: quando há uma ligação indevida entre dois pontos do circuito com pequena resistência; - Defeitos de isolamento: quando diminui o nível de isolamento. Assim sendo, devido aos problemas que podem advir destas situações (explosões, incêndios, entre outros), justifica-se, como antes dito, os sistemas de protecção. Contudo, para que as protecções possam eliminar de forma eficiente a perturbação acima descrita, devem dar resposta a uma série de exigências, como as que passamos a referir:

6 - Fiabilidade: a protecção deve ser simples, no plano construtivo, e não susceptível de deterioração, capaz de pôr em causa o seu normal funcionamento. Para controlar a fiabilidade, deve-se, periodicamente, proceder a revisões e ensaios para averiguar o estado das protecções (quer fusíveis, quer disjuntores); - Sensibilidade: as protecções devem ser sensíveis o suficiente, de modo a poderem operar eficazmente em condições mínimas de defeito, e de modo a garantirem a sua própria estabilidade em condições máximas de carga. - Rapidez: para que os estragos nos equipamentos eléctricos sejam mínimos, e para que se possa manter a estabilidade das redes, as protecções devem ser rápidas a actuar, eliminando tão cedo quanto possível a anomalia em causa. - Segurança: a protecção deve actuar de modo fiável na sua zona de actuação, não operando incorrectamente quando não está previsto que tal aconteça. A protecção de uma dada zona deve operar eficazmente, para que outras zonas da rede não tenham que ser interrompidas para corrigir a falha. - Selectividade: para que uma anomalia não afecte todo um edifício, por exemplo, as protecções devem actuar selectivamente. Dividindo a protecção da rede por zonas, é possível que se isole apenas o troço em que se deu a anomalia. Desta forma, só aquela zona ficou inoperacional, enquanto que todas as outras puderam continuar o normal funcionamento. São estas as características mais importantes que um sistema de protecção deve possuir para que possa desempenhar eficazmente a sua função. - DISJUNTORES De acordo com o RSIUEE (Regulamento de Segurança de Instalações de Utilização de Energia Eléctrica), define-se disjuntor como um aparelho de corte, comando e protecção, dotado de conveniente poder de corte para correntes de curto-circuito e cuja actuação se pode produzir automaticamente em condições prédeterminadas Este tipo de aparelho contém, entre outros, um detector de defeito e um disparador que actua como interruptor. A detecção de avarias, como as inicialmente referidas, é mais simples, rápida e eficaz que os fusíveis. Normalmente, para verificar o que se sucedeu, basta verificar qual é o disjuntor, no quadro eléctrico, que

7 está na posição off (patilha voltada para baixo), reparar a avaria junto ao aparelho que o disjuntor está a proteger e depois, reparada a avaria, voltar a patilha para a posição on (patilha voltada para cima). Existem vários tipos de disjuntores, a referir: disjuntores a sopro magnético, a óleo, a vácuo, a ar comprimido, a SF₆ Vantagens: - Não precisa de ser substituído depois de ser disparado; - Uma vez resolvido o problema que provocou o desligamento, basta ligá-lo novamente, para que a circulação da corrente se restabeleça. Desvantagens: - Custo elevado; - Montagem mais complicada que o fusível. - A poeira pode alterar a eficácia destes aparelhos, prejudicando o seu funcionando, devendo, por isso, ser instalados em ambiente resguardado. - As vibrações exteriores também podem perturbar o seu funcionamento. - FUSÍVEIS Os fusíveis são utilizados a nível da engenharia eléctrica e até mesmo na electrónica como um sistema de protecção dos sistemas eléctricos contra a sobreintensidade causada normalmente por curtos circuitos. Um fusível consiste num filamento de um metal ou liga metálica (prata, cobre, chumbo, etc.) com um baixo ponto de fusão envolvido por um material não condutor e não combustível como por exemplo o vidro, que se coloca intercalado num determinado circuito eléctrico que queremos proteger. Desta forma, quando a intensidade de corrente for superior ao valor estipulado, ou seja, sobreintensidade, o filamento do fusível derrete devido ao efeito Joule, interrompendo a passagem de corrente, e protegendo assim os elementos do circuito. Vantagens: - São muito eficazes quando ocorrem sobrecargas, dependendo a velocidade com que actuam, do material que constitui o filamento de metal.

8 - Baixo preço de aquisição. Desvantagens: - Não são reutilizáveis, o que faz com que seja necessário ter sempre um grande número de fusíveis disponíveis para substituir. - Erros de manutenção muito frequentes, devido à utilização de fusíveis que não são apropriados para a tensão a que vão ser sujeitos.

9 SISTEMA DE PROTECÇÃO NA FEUP Na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), os seus três Postos de Transformação dispõem da mais avançada tecnologia para protecção de sistemas eléctricos. Sendo postos privados, a FEUP pode escolher os materiais e sistemas a adoptar, utilizando disjuntores a vácuo ao invés de fusíveis, dado que estes são mais fiáveis e, embora tenham um custo de aquisição mais elevado, têm uma manutenção menos dispendiosa. Estes postos de transformação da FEUP recebem uma média tensão de 15 kv, transformando-a em baixa tensão (230 V), a mesma que a utilizada em nossas casas. Posteriormente, é distribuída por todos os edifícios do seu complexo. Em cada edifício existem quadros eléctricos que permitem a distribuição pelas diferentes divisões e subdivisões, e o controlo da intensidade de corrente nas divisões. O sistema de segurança utilizado nesses quadros é o de disjuntores de baixa tensão que já têm na sua constituição o relé. Este tem como função medir grandezas eléctricas como a tensão, disparar o disjuntor quando sujeito a uma sobrecarga energética, protegendo a instalação eléctrica, e evitando acidentes e avarias dos aparelhos eléctricos. É, portanto, um sistema baseado essencialmente em disjuntores, desde o posto de transformação até às divisões e subdivisões que usufruem da rede. Fusíveis Disjuntores PT Posto de transformação MT Média tensão BT Baixa tensão FIG 1: ESQUEMA DO SISTEMA DE PROTECÇÃO NA FEUP.

10 SUMÁRIO Com esta investigação, foi possível conhecer os sistemas de protecção associados a redes de distribuição de energia, em geral, e na FEUP em particular. Verifica-se que o fenómeno da sobreintensidade é prejudicial para um circuito eléctrico, e como tal há que resolvê-lo eficazmente. Para tal, há que adoptar como referência uma série de padrões, essencialmente construtivos e técnicos, de modo a que as protecções possam ser fiáveis e desempenhar a sua função de forma simples, rápida, eficiente, e com o mínimo de prejuízo quer para os aparelhos eléctricos, quer para as pessoas servidas pela rede em causa. Quando se fala em sistemas de protecções, fala-se essencialmente em fusíveis e disjuntores. Ambos apresentam vantagens e desvantagens, sendo o custo e a manutenção o que mais os diferencia. No que diz respeito aos fusíveis, são mais baratos mas de manutenção mais complicada, e no que toca aos disjuntores, são mais caros, mas de manutenção mais simples. Assim sendo, na projecção de um circuito eléctrico, em grande ou pequena escala, tem que se equacionar convenientemente qual ou quais os sistemas a adoptar, e como os distribuir pelas zonas de modo a conseguir uma boa relação de selectividade, para que com uma anomalia, apenas seja afectado o troço em questão. Este é um dos factores chave nos sistemas de protecção. Relativamente à FEUP, é notória a aposta feita, acima de tudo, na manutenção do sistema de protecção. Com um sistema essencialmente constituído por disjuntores, de vácuo e de baixa tensão, o esforço financeiro inicial foi de certo superior ao que teria sido se tivesse optado por fusíveis, no entanto, a manutenção a longo prazo compensará o esforço. Respondendo então à pergunta/problema: Qual é o Sistema de Protecção associado à Distribuição de Energia na FEUP e qual a sua eficácia? O sistema de protecção baseia-se essencialmente em disjuntores, como já explicitado, e é um sistema eficaz, de manutenção fácil e rápida, em que as características referência, das quais destaco a selectividade, parecem ser adequadas, proporcionando ao utilizador final o melhor usufruto da rede eléctrica, com o mínimo de interrupções e avarias nos aparelhos eléctricos.

11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Universidade Aberta. (accessed 1 October, 2009). Universidade Aberta. (accessed 1 October, 2009). Universidade Aberta. (accessed 1 October, 2009). Universidade Aberta. (accessed 1 October 2009). Universidade Aberta. (accessed 29 September, 2009) FEUP. (accessed 30 September, 2009) (accessed 29 September, 2009)