Ligações de Equipamentos de Raios X nas Redes de Distribuição de Energia Elétrica

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3 Ligações de Equipamentos de Raios X nas Redes de Distribuição de Energia Elétrica Revisão 05 0/03 NORMA ND.5

4 ELEKTRO Eletricidade e erviços.a. Diretoria de Operações Gerência Executiva de Engenharia, Planejamento e Operação Rua Ary Antenor de ouza, 3 Jd. Nova América Campinas P Tel.: (9) -000 ite: ND.5 Ligações de Equipamentos de Raios X nas Redes de Distribuição de Energia Elétrica Campinas P, páginas

5 Aprovações Alvaro Luiz Murakami Gerente Executivo de Engenharia, Planejamento e Operação Rodrigo Teodoro Bilia de Moraes Gerente de Expansão e Preservação de Redes

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7 Elaboração Clarice Itokazu Oshiro Edmilson Landenberger Menegatti José Carlos Paccos Caram Junior Juracy Pereira Mamede ND.5 Página 5 Revisão 05 0/03

8 À ELEKTRO é reservado o direito de modificar total ou parcialmente o conteúdo desta norma, a qualquer tempo e sem prévio aviso considerando a constante evolução da técnica, dos materiais e equipamentos bem como das legislações vigentes. Página 6 Revisão 05 0/03

9 ÍNDICE CONTROLE DE REVIÕE... 9 OBJETIVO... CAMPO DE APLICAÇÃO... 3 DEFINIÇÕE... 4 REFERÊNCIA NORMATIVA Legislação Normas técnicas brasileiras Normas técnicas da ELEKTRO CONDIÇÕE GERAI Regime de exposições seguidas - ritmo lento Regime de exposições seguidas - ritmo rápido Regime de cine-pulse CONDIÇÕE E ORIENTAÇÕE EPECÍFICA Atendimento a ligação de equipamento raios X Tensão secundária Tensão primária Limites de flutuações de tensão Potência Impedâncias dos elementos da rede Transformadores de distribuição Redes de distribuição primárias e secundárias Procedimentos para análise do atendimento Levantamento de dados do equipamento de raios X Análise do atendimento Atendimento a mais de um equipamento de raios X Medidas preventivas e corretivas... 3 TABELA... 5 ANEXO Página 7 Revisão 05 0/03

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11 CONTROLE DE REVIÕE Revisão Data Descrição Revisão e atualização do documento às diretrizes do GQ e ao modelo F-GQ-00. Revisão de forma e atualização dos valores de queda de tensão porcentual definidos nas tabelas, e 3. Página 9 Revisão 05 0/03

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13 OBJETIVO Apresentar os critérios básicos e subsídios técnicos necessários, para elaboração do estudo de viabilidade de ligação de equipamento de raios X nas redes de distribuição da ELEKTRO, bem como as medidas preventivas e corretivas que podem ser implementadas, a fim de minimizar as perturbações e preservar a qualidade do fornecimento de energia elétrica aos demais consumidores por ela supridos. CAMPO DE APLICAÇÃO Os critérios estabelecidos nesta norma aplicam-se aos estudos e análises técnicas de viabilidade de ligação de equipamento de raios X nas redes de distribuição, quer na tensão primária de 3,8 kv e 34,5 kv ou na tensão secundária de 0/7 V e 380/0 V. 3 DEFINIÇÕE 3. barra qualquer ponto significativo do sistema em que se queira destacar qualquer grandeza elétrica. 3. barramento infinito é uma barra do sistema que possui potência de curto-circuito infinita, na qual não existem variações de tensão ou de frequência. 3.3 corrente anódica I a é o valor da intensidade de corrente aplicada ao tubo de raios X, expressa em miliampéres (ma), obtida na placa de identificação do equipamento. 3.4 tensão anódica V a é o valor da tensão aplicada ao tubo de raios X, expressa em quilovolts (kv), obtida na placa de identificação do equipamento. 3.5 flicker é a impressão visual de uma variação na luminosidade, regular ou não, podendo, dependendo do grau, causar irritações à visão do ser humano. 3.6 flutuação de tensão é uma variação aleatória, repetitiva ou esporádica do valor eficaz da tensão. Página Revisão 05 0/03

14 3.7 demanda rx é o valor da potência absorvida da rede pelo equipamento, expressa em quilowatts (kw), calculada com base nos valores da corrente anódica (I a ) e tensão anódica (V a ) aplicadas ao tubo de raios X. 3.8 tensão de alimentação é a tensão efetivamente recebida pelo consumidor, no ponto de entrega de energia, em condições normais de operação do sistema. 3.9 queda de tensão qualquer redução verificada no nível de tensão produzida pela ligação de s no sistema. 3.0 fator característico fc fator que relaciona a potência do tubo com a corrente e tensão anódica,de acordo com o regime de funcionamento do aparelho. 3. raios X radiação de natureza eletromagnética, cujo comprimento de onda está compreendido na faixa de 00 a 0, angstrons. 3. equipamento de raios X conjunto de unidades que servem para alimentar um ou mais tubos de raios X, formado por transformador de alta tensão com os respectivos órgãos reguladores e interruptores, dispositivos de segurança e instrumentos de medição, como também circuitos de ligação e interconexões. 3.3 radiologia ramo da medicina que cuida da aplicação de radiações do espectro eletromagnético no ser vivo e compreende dois aspectos: o radiodiagnóstico e a radioterapia. 3.4 radiodiagnóstico compreende o uso dos raios X na investigação da estrutura e função do corpo humano. 3.5 radioterapia método de tratamento por meio de radiações ionizantes, provenientes dos equipamentos de raios X, do rádio e dos isótopos radioativos. Página Revisão 05 0/03

15 4 REFERÊNCIA NORMATIVA 4. Legislação BRAIL. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no istema Elétrico Nacional PRODIT, Módulo 8 Qualidade da Energia Elétrica. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/arquivos/pdf/módulo8_revisão_4.pdf>. Acesso em: 8 out Normas técnicas brasileiras ABNT NBR 540, Instalações elétricas de baixa tensão. ABNT NBR 4039, Instalações elétricas de média tensão de,0 kv à 36, kv. ABNT NBR 5440, Transformadores para redes aéreas de distribuição Requisitos. 4.3 Normas técnicas da ELEKTRO ND.0, Fornecimento de energia elétrica em tensão secundária a edificações individuais Norma. ND., Redes Protegidas Compactas Critérios para projetos e padronização de estruturas Norma. ND.0, Instalações consumidoras em tensão primária de distribuição de energia elétrica Norma. ND., Projetos de redes aéreas urbanas de distribuição de energia elétrica Norma. ND.5, Projetos de redes aéreas isoladas e protegidas de distribuição de energia elétrica Norma. 5 CONDIÇÕE GERAI Nas redes de distribuição, o funcionamento de um equipamento de raios X caracteriza-se pela variação brusca da demanda instantânea, o que causa o fenômeno da cintilação (flicker). Entretanto, a ligação de um equipamento de raios X juntamente com outros consumidores é possível, desde que as redes de distribuição sejam convenientemente dimensionadas, de modo que as flutuações de tensão não excedam os limites admissíveis. O consumidor interessado na ligação de um equipamento de raios X deve: dimensionar a sua rede elétrica interna, em conformidade com as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a fim de que as instalações projetadas tenham capacidades adequadas e proporcionem queda de tensão mínima; fornecer todas as informações necessárias para a ELEKTRO efetuar a análise técnica do fornecimento, inclusive catálogo e demais informações técnicas referentes ao equipamento de raios X; a instalação do equipamento de raios X deve ser suprida por circuito diretamente derivado do quadro geral de distribuição interno do consumidor, a fim de minimizar as interferências sobre outras s e para manter as condições ideais para o seu próprio funcionamento; efetuar consulta prévia à ELEKTRO, antes da aquisição do equipamento de raios X; Página 3 Revisão 05 0/03

16 respeitar os critérios e exigências da ELEKTRO para a ligação do equipamento de raios X. Para efeito desta Norma, o regime de funcionamento dos equipamentos de raios X está dividido basicamente nos tipos a seguir. 5. Regime de exposições seguidas - ritmo lento É o caso de radiografia em geral, em que há a tomada de várias chapas com um intervalo entre uma exposição e outra em torno de 50 s. Este tempo depende do tipo de aparelho usado e o seu valor mínimo deve ser fornecido pelo consumidor. 5. Regime de exposições seguidas - ritmo rápido É o caso da técnica chamada serigrafia rápida, utilizando um trocador de filmes ou uma câmara fotográfica rápida, podendo se obter uma série de cinco a trinta exposições em um tempo de 0 s a 30 s. 5.3 Regime de cine-pulse A técnica de cine-pulse consiste em se utilizar o gerador de raios X sincronizado a uma filmadora, de maneira a fazer uma pequena exposição para cada imagem do filme. Dependendo do aparelho utilizado podem-se ter filmagens de 0 s a uma velocidade de 60 imagens por segundo. 6 CONDIÇÕE E ORIENTAÇÕE EPECÍFICA 6. Atendimento a ligação de equipamento raios X A análise de viabilidade técnica da ligação de equipamento raios X, bem como a necessidade de adequação das redes elétricas, em tensão primária ou secundária será elaborada pela ELEKTRO com base nas informações fornecidas previamente pelo consumidor. 6.. Tensão secundária A Norma ND.0 estabelece as condições gerais para o fornecimento de energia elétrica às unidades consumidoras atendidas por redes de distribuição nas tensões de 0/7 V e 440/380 V. 6.. Tensão primária A Norma ND.0 estabelece as condições gerais para o fornecimento de energia elétrica às unidades consumidoras atendidas por redes de distribuição nas tensões de 3,8 kv e 34,5 kv. 6. Limites de flutuações de tensão Os limites de flutuações de tensão admissíveis para os equipamentos de raios X são determinados, com base do número de exposições, que é função do regime de funcionamento dos mesmos e do gráfico apresentado no Anexo C. Para facilitar a avaliação dos limites de flutuações de tensão admissíveis, os valores do gráfico do Anexo C, relativos à curva 3, adotada pela ELEKTRO, foram tabelados e são apresentados na Tabela 0. Página 4 Revisão 05 0/03

17 Com a informação da frequência das flutuações produzidas pelo equipamento de raios X, o valor admissível da flutuação de tensão na rede, pode ser obtido na Tabela 0. Caso o consumidor não informe o número de exposições, devido ao regime de funcionamento do equipamento de raios X, deve ser utilizada a freqüência média de 0 exposições por minuto, que equivale a um limite de flutuação de tensão de 3,5%, na Tabela Potência A potência absorvida pelo equipamento de raios X da rede é dada pela seguinte expressão: -3 rx fc Ia Va 0 endo: fc fator característico determinado de acordo com a Tabela ; I a corrente anódica informada na placa de identificação do mesmo, em ma; V a tensão anódica informada na placa de identificação do mesmo, em kv; potência útil ou demanda absorvida da rede, em kva. rx e na placa de identificação do equipamento estiver indicada somente a potência P em kw do aparelho, aplicar a expressão a seguir, para obter o seu valor kva. k P rx fp endo: P potência informada na placa de identificação, em kw; fp fator de potência do equipamento informado na placa de identificação. Caso não esteja disponível considerar fp 0, Impedâncias dos elementos da rede Os elementos avaliados na viabilidade de ligação do equipamento de raios X são os transformadores de distribuição, as redes de distribuição (primárias e secundárias), os quais são representados pelas suas respectivas impedâncias Transformadores de distribuição A impedância do transformador de distribuição, identificada pela letra Z e expressa em porcentagem (%), é obtida dos dados de placa. Como valores de referência, apresentamos na Tabela 9 os valores normalizados referentes à impedância dos transformadores de distribuição da classe 5 kv e 36, kv Redes de distribuição primárias e secundárias Para o cálculo da viabilidade de ligação do equipamento de raios X, há necessidade de ser verificada a queda de tensão nos circuitos secundários e/ou primários. A queda de tensão na rede secundária deve ser calculada de acordo com as bitolas dos cabos, número de fase e fator de potência, representados pelos coeficientes de queda de tensão (%/kva x 00 m) que são apresentados na Tabela a Tabela 4. Página 5 Revisão 05 0/03

18 Para o cálculo da queda de tensão na rede primária devem ser utilizados os valores de resistências e reatâncias, expressas em Ω/km, apresentados na Tabela 5 a Tabela 8, que levam em consideração a configuração e a modalidade da rede. 6.5 Procedimentos para análise do atendimento 6.5. Levantamento de dados do equipamento de raios X Devem ser fornecidos a ELEKTRO para análise da viabilidade do atendimento por equipamento de raios X os seguintes dados: - fabricante; - número de fases (, ou 3); - corrente anódica (ma); - tensão anódica (kv); - potência (KVA ou kw); - fator de potência; - número de pulsações do gerador; - regime de exposições por unidade de tempo (segundo, minuto e hora); - tensão de alimentação (V). Os dados referentes a cada um dos equipamentos devem ser coletados da placa de identificação fixada no próprio equipamento ou do catálogo técnico fornecido pelo fabricante e encaminhado a ELEKTRO pelo consumidor interessado Análise do atendimento Rede secundária Na análise do atendimento aos consumidores com equipamento(s) de raios X, é desprezada a impedância do sistema até o transformador de distribuição, em virtude de seu valor ser muito pequeno, quando comparado aos valores das impedâncias dos transformadores de distribuição e da rede secundária. Basicamente, a análise do atendimento consistirá em uma avaliação da flutuação de tensão provocada por esse tipo de equipamento, que deve levar em conta a queda de tensão da rede secundária e a queda de tensão interna do transformador de distribuição. Devem ser observadas as seguintes etapas: a) Cálculo da queda de tensão interna no transformador devido ao equipamento raios X. A queda de tensão interna porcentual nos transformadores de distribuição trifásico, provocada(s) pelo(s) equipamento(s) de raios X pode ser calculada por: QT QT QT rx (%) Z para equipamentos de raios X trifásicos; (%) (%) rx Z para equipamentos de raios X bifásicos (fase-fase); rx 6 Z para equipamentos de raios X monofásicos (fase-neutro). Página 6 Revisão 05 0/03

19 endo: QT (%) queda de tensão no transformador devido ao equipamento raios X; Z% impedância porcentual do transformador de distribuição; rx potência absorvida da rede pelo equipamento de raios X, em kva; potência nominal do transformador de distribuição, em kva. b) Cálculo da queda de tensão na rede secundária devido a um equipamento de raios X. A queda de tensão causada na rede secundária pela ligação do equipamento raios X deve ser calculada pela seguinte expressão: L QT rede (%) k 00 endo: rx k coeficiente de queda de tensão (%/kva x 00 m); L distância do transformador de distribuição ao ponto da rede onde está localizada o equipamento de raios X, em m; rx potência de curto-circuito do equipamento de raios X, em kva. c) Comparação da queda de tensão na rede secundária e no transformador de distribuição com o valor máximo de flutuação admissível, apresentado em e QT (%) + QT (%) QT (%) rede flutuação A ligação do equipamento de raios X pode ser liberada sem a necessidade de implementação de medidas corretivas e/ou preventivas na rede de distribuição. - e QT (%) + QTrede (%) > QTflutuação (%) Avaliar sob o aspecto técnico-econômico as alternativas de medidas preventiva e corretivas, viáveis de ser implementadas na rede (ver 6.5.4), para adequar a queda de tensão secundária (rede + transformador de distribuição) em relação à máxima flutuação admissível. d) Deve ser verificado, também se em condições normais de operação da rede, o aumento de devido à ligação do consumidor com o equipamento de raios X, não implicará em obras de melhoria, em função da necessidade de adequação da queda de tensão e/ou carregamento do transformador de distribuição. e) Observamos que nos cálculos para a avaliação das condições da rede, em regime normal, deve ser utilizada a potência que o equipamento de raios X, absorve da rede rx, que adicionada às demais s existentes no consumidor (iluminação, motores etc.) subsidiarão a determinação da demanda do mesmo Rede primária Na presente norma não será apresentado um método para calcular diretamente as perturbações provocadas pelo equipamento de raios X (flicker) e sim um que calcule a variação de tensão decorrente da ligação desse tipo de equipamento. Para verificar se o equipamento de raios X causará ou não flutuação de tensão indesejável, compara-se o valor de queda de tensão instantânea com o valor admissível. Página 7 Revisão 05 0/03

20 Observamos que o método é aproximado, e no cálculo da queda de tensão instantânea, são desprezadas as s existentes ao longo do alimentador e as do próprio consumidor onde o equipamento de raios X está instalado. Na análise do atendimento devem ser observadas as seguintes etapas: a) Elaboração do diagrama unifilar do alimentador mostrando a localização da subestação, rede primária, barra da rede onde vai ser ligado o equipamento de raios X, outras barras notáveis da rede com consumidor susceptível ao flicker; distâncias e bitolas dos condutores entre as barras, potência de curto-circuito na barra de 3,8 kv ou 34,5 kv do sistema e dados do transformador do consumidor (tensões, potência nominal e impedância porcentual (Z%). Barra do consumidor Barra da /E (n) (n) (m) cc3ø-tr L L # # Transformador do consumidor endo: n, n... m Equipamento de raio X barras sensíveis ao flicker; barra onde está ligado o transformador do consumidor com equipamento de raios X; #, # bitola dos cabos entre barras; L, L distância entre barras, em km; cc3φ-tr potência de curto-circuito do sistema na barra de 3,8 kv ou 34,5 kv, em MVA. b) Definição dos valores de base Como os cálculos são realizados em pu (por unidade) há necessidade de definirmos os valores de base, ou seja: V base base Z base tensão de base, que deve ser expressa pela tensão primária do transformador do consumidor, em kv; potência de base, que deve ser expressa pela potência absorvida do equipamento de raios X ( rx ) em MVA; cujo valor pode ser obtido conforme descrito em 6.3; impedância de base em ohms que pode ser obtida da expressão: base V Z base Ω base I base corrente de base em amperes que pode ser obtida da expressão: base I base A 3.V base c) Cálculo da impedância do sistema x s impedância do sistema expressa em pu, que pode ser calculada de acordo com a seguinte expressão: Página 8 Revisão 05 0/03

21 cc x s j pu cc3φ-tr Observamos que em função da componente resistiva da impedância do sistema ser muito menor que a reativa, é desprezada nos cálculos de flutuação de tensão. d) Cálculo da impedância do alimentador z, z... impedância do alimentador em pu; R L + j X L z + pu r jx Zbase R L + j X L z + pu r jx Zbase endo: R, R... resistências dos cabos do alimentador, cujos valores são apresentados na Tabela 5 a Tabela 8, em Ω/km. X, X... reatâncias dos cabos do alimentador, cujos valores são apresentados na Tabela 5 a Tabela 8, em Ω/km. L, L... extensão dos trechos entre barras, em km. e) Cálculo da impedância do transformador do consumidor x impedância do transformador expressos em pu, que é representada pela reatância do mesmo pode ser calculada de acordo com a seguinte equação: Z(%) 00 rx x j pu endo: Z% impedância porcentual do transformador do consumidor; potência nominal do transformador do consumidor, em MVA. f) Cálculo da impedância da v z pu i endo: v tensão aplicada no equipamento de raios X, que é igual ao próprio V base, logo v,0; i corrente de curto-circuito do equipamento de raios X expressa em pu, cujo módulo é igual a corrente de base, e vale portanto,0 pu. No caso da corrente, temos que considerar o fator de potência do equipamento que provoca uma defasagem angular em relação à tensão (cos ϕ). Assim: ( cosϕ + ϕ) zc arg a rc arg a + jxc arg a j sen pu endo: cos ϕ fator de potência, cujo valor a ser utilizado deve ser o informado pelo consumidor ou conforme 6.3; sen ϕ pode ser obtido da seguinte expressão trigonométrica: Página 9 Revisão 05 0/03

22 sen ϕ cos ϕ g) Diagrama de impedâncias Para a avaliação da variação de tensão na rede primária, há necessidade de ser elaborado um diagrama, no qual são locados desde a impedância do sistema, até a impedância da, ou seja: 0 j xs r + j x r + j 3 x j 4 x r + j x h) Cálculo da flutuação de tensão A flutuação de tensão, quando da ligação do equipamento de raios X à rede primária, pode ser calculada pela aplicação da técnica do divisor de tensão no diagrama de impedâncias apresentado em g). h) Cálculo da flutuação na, ou seja, na barra 4 v 4 jx s r + (r + jx ) + (r + jx + jx ) + jx + (r + jx ) v 4 z z eq ϕ θ eq endo: v 4 módulo de tensão da barra 4; z módulo da impedância da obtida pela expressão: (r ) (x ) z + ϕ c arga ângulo igual ao arc tg x r, em graus; z eq módulo da impedância obtida pela soma dos valores constantes no denominador da expressão de v 4, ou seja: eq (r + r + r ) + (xs + x + x + x x ) z + θ eq ângulo igual ao arc tg x r eq eq, em graus; Página 0 Revisão 05 0/03

23 ) x 00 h) Cálculo da flutuação na barra 3 v 3 jx s r + (r + jx ) + (r + j(x + jx + x ) + jx ) + (r + jx ) v 3 z + z eq θ eq θ 3 endo: v 3 módulo de tensão da barra 3; z + + (r ) + (x x ) θ 3 x ângulo igual ao arc tg + r em graus; ) x 00 h3) Cálculo da flutuação na barra v jx s + (r (r + jx + r ) + (r ) + j(x + jx + jx ) + jx + x ) + (r + jx ) v z + z eq + z θ eq θ endo: z z (r + r ) + j(x + x x) θ (x ângulo igual ao arc tg r + x + r + x) em graus; V4 (%) (- v 4 V3 (%) (- v3 V (%) (- v ) x 00 h4) Cálculo da flutuação na barra v jx s (r + r + r ) + j(x + (r + jx ) + (r + jx + jx ) + jx + x + (r + x + jx ) ) v z + z eq + z θ + z eq θ endo: z z + z (r + r + r ) + (x + x + x x) (x θ ângulo igual ao arc tg r + x + x + r + r + x ) em graus; Página Revisão 05 0/03

24 V (%) (- v ) x 00 i) Análise dos resultados Com base nos valores de flutuações calculados deve ser efetuada a comparação com os limites admissíveis informados em 6.. e os valores calculados forem menores que os admissíveis, a ligação do equipamento de raios X pode ser liberada, sendo necessários para tanto, apenas a realização do estudo de fornecimento. Caso os valores calculados superem os limites admissíveis constantes de 6. deve ser realizada uma análise das medidas corretivas possíveis de serem implementadas na rede primária. j) Alternativas Formular e simular todas as alternativas viáveis com base no exposto em devendo ser adotado a que melhor atender aos aspectos técnico-econômicos Atendimento a mais de um equipamento de raios X Para a análise da viabilidade do atendimento a um consumidor com mais de um equipamento de raios X, pela rede primária ou secundária de distribuição, deve ser adotado o seguinte procedimento: a) Para o cálculo da flutuação de tensão deve-se considerar: 00% da potência absorvida do equipamento de raios X de maior porte; 60% da potência de curto-circuito dos demais equipamentos de raios X. e os equipamentos forem de igual potência, considerar como sendo o de maior potência aquele cujo valor de flutuação de tensão admissível, for o menor em função de seu regime de funcionamento conforme 6.. Os demais procedimentos a serem observados na análise são os constantes de quando for atendimento em tensão secundária ou os procedimentos de em tensão primária. Exemplo: Um consumidor a ser atendido em tensão secundária de distribuição informou a ELEKTRO as características de seus equipamentos de raios X, ou seja: - equipamento : 4 kva, 5 exposições por minuto; - equipamento : 4 kva, 5 exposições por minuto. NOTA As potências dos equipamentos são as efetivamente absorvidas da rede ( rx ). Para o equipamento a flutuação admissível de tensão para um regime de funcionamento de 5 exposições por minuto, é de 4% (Tabela 0). Analogamente para o equipamento, a flutuação admissível de tensão é igual a 3,3%, considerando um regime de funcionamento de 5 exposições por minuto (Tabela 0). Nessas condições, o equipamento de raios X número é considerado como sendo o de maior potência e a flutuação admissível de tensão da rede é igual a 3,3%. A potência absorvida da rede equivalente é igual: rxeq rx + 0,6 rx Página Revisão 05 0/03

25 rxeq 4 + 0,6 4 rxeq 6,4 kva b) Para a avaliação das condições da rede em regime normal Aplicar os seguintes fatores de demanda sobre as respectivas absorvidas da rede pelos equipamentos de raios X:,00 (um) para o equipamento de maior potência absorvida; 0,60 para os demais equipamentos. e os maiores equipamentos de raios X absorverem da rede potências iguais, considerar apenas uma como a de maior e a(s) outra(s) como segunda potência Medidas preventivas e corretivas Para viabilizar a ligação de equipamento de raios X nas redes secundárias de distribuição, devem ser minimizadas as perturbações acarretadas por esses tipos de equipamentos a outros consumidores. Assim, se no cálculo da queda de tensão for constatado um valor superior aos limites estabelecidos, deve ser efetuado um estudo técnico, a fim de serem definidas as medidas corretivas necessárias. As medidas corretivas definidas usualmente visam reduzir a impedância da rede secundária existente, podendo ser aplicadas simultaneamente em função da gravidade das perturbações, uma ou mais dentre as alternativas relacionadas a seguir: a) Aumentar a capacidade nominal do transformador de distribuição Geralmente, a impedância interna dos transformadores de distribuição é inversamente proporcional à sua potência nominal. Portanto, quanto maior a potência nominal do transformador, menor queda de tensão interna apresenta. b) Aumentar a bitola dos condutores da rede secundária Esta alternativa apresenta bons resultados apenas nos casos onde a distância entre o transformador e o equipamento de raios X não seja superior a 60 m, mesmo para as maiores bitolas padronizada nas redes secundárias. c) Reduzir o comprimento da rede secundária de alimentação O deslocamento do transformador de distribuição para as proximidades do ponto de instalação do equipamento de raios X oferece bons resultados, mas esse deslocamento pode tirar o transformador do centro de ou do planejamento, criando transtornos futuros. Ainda para reduzir o comprimento da rede secundária, pode-se optar pelo desmembramento do setor, locando o novo transformador, de preferência, seguindo o planejamento proposto para a área, mais próximo do equipamento de raios X. Neste caso, haverá necessidade de recalcular o carregamento dos transformadores envolvidos e, se for o caso, substituir o existente. d) Isolar o consumidor e as flutuações de tensão e as interferências causadas forem de difícil solução, como é o caso das provocadas pelo equipamento de raios X, a única alternativa é atender o consumidor com transformador exclusivo da ELEKTRO. e) Atender o consumidor em tensão primária de distribuição Ainda de acordo com d), dependendo das condições, pode ser solicitado ao consumidor providenciar seu próprio transformador. Página 3 Revisão 05 0/03

26 Apesar das redes primárias serem menos susceptíveis de perturbações decorrentes da utilização de equipamento de raios X, em consumidores ligados nesta tensão, eventualmente, para viabilizar um fornecimento, com desse tipo, pode implicar na adoção de uma das medidas corretivas relacionadas a seguir, que visam basicamente reduzir a impedância do sistema, ou seja: - atendimento por um alimentador exclusivo na tensão de fornecimento (3,8 kv ou 34,5 kv); - atendimento em tensão de 69 kv, 88 kv ou 38 kv. Em ambos os casos, ou seja, quer o atendimento seja efetuado pela rede secundária ou primária, devem ser avaliados as diversas alternativas de medidas corretivas viáveis e adotada a que melhor atender aos aspectos técnicoeconômicos. Página 4 Revisão 05 0/03

27 TABELA Página 5 Revisão 05 0/03

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29 Tabela Coeficientes de queda de tensão secundária - cabo de alumínio CA Bitola AWG-MCM Queda de tensão porcentual %/kva x 00 m fp,0 fp 0,9 fp 0,80 3 fases + neutro; e.e 0,5 m *3 x 4 (4) 0,3 0,35 0,93 3 x () 0,96 0,08 0,99 *3 x /0 () 0,3 0,40 0,39 3 x /0 () 0,098 0,6 0,7 3 x 4/0 (/0) 0,06 0,08 0,086 *3 x 336,4 (/0) 0,039 0,058 0,065 Bitola AWG-MCM fases (F F); e.e. 0,00 m * x 4 0,6 0,67 0,58 x 0,39 0,43 0,394 * x /0 0,46 0,76 0,73 x /0 0,95 0,8 0,3 x 4/0 0,3 0,59 0,68 x 336,4 0,078 0,3 0,7 Bitola AWG-MCM fase + neutro; e.e. 0,00 m * x 4 (4),865,88,747 x (),75,39,8 * x /0 () 0,957,034,00 x /0 () 0,88 0,96 0,937 x 4/0 (/0) 0,478 0,58 0,598 x 336,4 (/0) 0,40 0,53 0,536 Legenda e.e espaçamento equivalente; * cabos não padronizados. Página 7 Revisão 05 0/03

30 Tabela Coeficientes de queda de tensão secundária - cabo de cobre (mm ) fp,0 fp 0,9 fp 0,80 Queda de tensão porcentual %/kva x 00 m eção mm 3 fases + neutro; e.e. 0,5 m 3x 5 (5) 0,67 0,8 0,77 3 x 35 (5) 0,9 0,37 0,38 3 x 70 (35) 0,060 0,080 0,086 3 x 0 (70) 0,035 0,056 0,064 eção mm fases (F F); e.e. 0,00 m x 5 0,333 0,36 0,35 x 35 0,38 0,7 0,7 x 70 0,9 0,57 0,68 x 0 0,069 0,09 0,4 eção mm fase + neutro; e.e. 0,00 m x 5 (5),000,085,05 x 35 (35) 0,857 0,950 0,93 x 70 (35) 0,536 0,643 0,659 x 0 (70) 0,83 0,399 0,439 Legenda: e.e espaçamento equivalente. Tabela 3 Coeficientes de queda de tensão secundária - cabo de cobre (AWG/MCM) Queda de tensão porcentual %/kva x 00 m Bitola fp,0 fp 0,9 fp 0,80 AWG 3 fases + neutro; e.e. 0,5 m 3x 6 (6) 0,307 0,33 0,93 3 x 4 (4) 0,95 0,08 0,00 3 x (4) 0,4 0,4 0,4 3 x /0 () 0,06 0,08 0,089 3 x 4/0 (/0) 0,039 0,059 0,067 Bitola AWG fases (F F); e.e. 0,00 m x 6 0,64 0,64 0,58 x 4 0,390 0,44 0,396 x 0,48 0,8 0,79 x /0 0,4 0,6 0,73 x 4/0 0,078 0,6 0,30 Bitola AWG fase + neutro; e.e. 0,00 m x 6 (6),84,87,744 x 4 (4),70,4,90 x (4) 0,956,04,03 x /0 () 0,557 0,664 0,678 x 4/0 (/0) 0,30 0,47 0,454 Legenda: e.e espaçamento equivalente. Página 8 Revisão 05 0/03

31 Tabela 4 Coeficientes de queda de tensão secundária cabo pré-reunido (multiplexado) 0,6/ kv Queda de tensão porcentual %/kva x 00 m Formação V3φ (%) Vφ (%) Vφ (%) mm fp,0 fp 0,9 fp 0,80 fp,0 fp 0,9 fp 0,80 fp,0 fp 0,9 fp 0,80 3xx ,07 0,99 0,78 0,43 0,397 0,356,080,043 0,939 3xx ,53 0,49 0,35 0,307 0,98 0,70 0,90 0,894 0,80 3xx ,06 0,05 0,097 0, 0, 0,94 0,778 0,764 0,696 3xx ,076 0,078 0,073 0,53 0,56 0,46 0,547 0,550 0,50 3xx0+70 0,060 0,063 0,060 0, 0,6 0,0 0,4 0,506 0,399 Legenda V3φ (%) Vφ (%) Vφ (%) coeficiente de queda de tensão trifásico (3 fases + neutro); coeficiente de queda de tensão bifásico (fase - fase); coeficiente de queda de tensão monofásico (fase neutro.). Tabela 5 Rede primária - características dos condutores cruzeta de,00 m Tipo COBRE ALUMÍNIO CA ALUMÍNIO CAA Condutor mm AWG/MCM NOTA espaçamento equivalente:,33 m. R (50º) Ω/km X L (60 Hz) Ω/km 5 0,890 0, ,60 0, ,37 0, ,66 0,40 0,958 0,456 /0 0,479 0,49 4/0 0,30 0,4 336,4 0,90 0, ,0 0,34 0,377 4,597 0,508,050 0,5 /0 0,556 0,497 4/0 0,367 0,46 336,4 0,89 0, ,0 0,34 0,377 Página 9 Revisão 05 0/03

32 Tipo COBRE ALUMÍNIO CA ALUMÍNIO CAA COBRE Tabela 6 Rede primária - características dos condutores cruzeta de,40 m Condutor mm AWG/MCM NOTA espaçamento equivalente:,3 m. R (50º) Ω/km X L (60 Hz) Ω/km 6,485 0, ,934 0,489 0,593 0,465 /0 0,99 0,44 4/0 0,88 0,43 0,958 0,467 /0 0,479 0,44 4/0 0,30 0,44 336,4 0,90 0,40 477,0 0,34 0,389 4,597 0,50,050 0,54 /0 0,556 0,509 4/0 0,367 0,47 336,4 0,88 0,39 477,0 0,34 0, ,890 0, ,60 0, ,37 0, ,66 0,45 Tabela 7 Rede primária - características dos condutores cabo pré-reunido (multiplexado) com blindagem metálica 8,7/5 kv Formação mm R (60 ºC) Ω/km X L (60 Hz) Ω/km 3xx ,8 0,80 3xx ,568 0,60 3xx ,4 0,5 3xx0+70 0,35 0,04 3xx , 0,094 3xx ,6 0,088 Página 30 Revisão 05 0/03

33 Tabela 8 Rede protegida compacta características dos cabos cobertos para 3,8 kv e 34,5 kv Tensão kv eção nominal mm Resistência elétrica R Ω/km Reatância indutiva X L Ω/km 3,8 34,5 50 0,8 0 0, ,568 0,30 0 0,34 7 0, ,0 8 0, ,60 3 0, ,568 0, ,34 7 0, ,0 8 0,95 3 NOTA Condições de cálculos: a) Resistência elétrica: temperatura do condutor a 90 ºC. b) Reatância indutiva: espaçamentos equivalentes de 80 mm (3,8 kv) e 83 mm (34,5 kv). Tabela 9 Impedâncias de transformadores de distribuição Tipo Trifásico Potência kva Impedância Z % 5 kv 36, kv 50 3,5 4,0 50 a 300 4,5 5,0 > 300 4,5 5,0 Monofásico até 00,5 3,0 Página 3 Revisão 05 0/03

34 Tabela 0 Limites aceitáveis de flutuação de tensão Frequência de flutuações por segundo Flutuação de tensão admissível % Frequência de flutuações por minuto Flutuação de tensão admissível % Frequência de flutuações por minuto Flutuação de tensão admissível % Frequência de flutuações por hora Flutuação de tensão admissível % 33,33 4,3 55,0 5 3,3 37 5,40 3 4,8 54, 4 3, ,4 3 4,04 53,3 3 3, , ,9 5,4 3,4 34 5,47 9 3,78 5,6 3, ,49 8 3,65 50,9 0 3,50 3 5,5 7 3,5 49,30 9 3,57 3 5,54 6 3,39 48,3 8 3, ,56 5 3,6 47,3 7 3,75 9 5,59 4 3,3 46,33 6 3,86 8 5,6 3 3,00 45,35 5 4,00 7 5,64,87 44,37 4 4,6 6 5,66,73 43,39 3 4,36 5 5,69 0,59 4,4 4,6 4 5,7 9,45 4,44 5,08 3 5,74 8,33 40,48 5,77 Flutuações 7,0 39,50 5,79 por hora 6,06 38,5 0 5,8 5,93 37, ,08 9 5,86 4,78 36, ,09 8 5,9 3,64 35, ,09 7 5,95,50 34, ,0 6 6,00,36 33, ,0 5 6,04 0, 3, , 4 6,08 9, 3, ,3 3 6,3 8,05 30,73 5 5,4 6,7 7,05 9,77 5 5,6 6, 6,06 8,8 50 5,7 0 6,6 5,6 7, ,9 9 6,30 4, 6, ,0 8 6,35 3,36 5,9 47 5, 7 6,4,6 4, ,3 6 6,50,5 3 3, ,5 5 6,60 3, ,7 4 6,74 3, ,8 3 6,90 0 3, 4 5,30 7, 59,6 9 3,5 4 5,3 7,4 58,7 8 3,9 40 5,33 57,8 7 3,3 39 5,35 56,9 6 3,7 38 5,38 Flutuações por minuto Página 3 Revisão 05 0/03

35 Tabela Fator característico Tipo de gerador fc Até duas pulsações 0,73 Até seis pulsações 0,95 Até doze pulsações 0,98 Pulsações contínuas,00 Página 33 Revisão 05 0/03

36 Página 34 Revisão 05 0/03

37 ANEXO Página 35 Revisão 05 0/03

38 Página 36 Revisão 05 0/03

39 A. Generalidades Anexo A Exemplos de aplicação Como subsídio, para uma assimilação mais fácil da metodologia a ser aplicada no estudo de viabilidade de ligação de equipamentos de raios X nas redes de distribuição, são apresentados, alguns exemplos que abrangem a ligação desses equipamentos tanto em tensão secundária, como na primária. Ressaltamos que sempre que houver a necessidade de melhorias na rede para viabilizar a ligação desse tipo de equipamento, devem ser avaliadas todas as alternativas sob o aspecto técnico-econômico. Além da análise da oscilante, deve ser avaliado também se com o aumento de devido ao equipamento de raios X, não haverá necessidade de melhorias complementares à rede. A. Exemplo : Ligação de equipamento de raios X na rede secundária Um consumidor deseja ligar um gerador bifásico de raios X com duas pulsações, sendo sua velocidade máxima de tomada de 0 disparos por minuto. eu tubo catódico é de 400 ma, com tensão de 80 kv. ua tensão de alimentação é de 0 V, 60 Hz, com fp 0,80. Verificar a flutuação de tensão durante os disparos. #/0 AWG - CA 0 m 75 kva Z% 3,5 Equipamento de raio X Ia 400 ma Va 80 kv fc 0,73 a) Avaliação da situação atual a) Cálculo da potência absorvida da rede c -3 rx f Ia Va 0-3 rx 0, rx 3,36 kva a) Cálculo da queda de tensão no transformador Como o equipamento de raios X é bifásico, a queda de tensão no transformador é calculada pela expressão: rx 3,5 6,36 QT (%) Z(%) 75 QT (%),8 % Página 37 Revisão 05 0/03

40 a3) Cálculo da queda de tensão na rede secundária QT L (%) k 00 rede rx endo: k 0,3 (Tabela ) L 0 m (%) QT rede 0,3 QT rede (%),08 % 0 00 a4) Queda de tensão total 3,36 QTtotal (%) QT (%) + QT QT total (%),8 +,08 QT total (%) 3,6 % rede (%) a5) Comparação com limite de flutuação de tensão admissível De acordo com a Tabela 0 temos: 0 disparos/minuto 3,% de flutuação Comparando com a queda de tensão total da rede, teremos: 3,6% > 3,% (limite de flutuação admissível) Portanto haverá necessidade de realização de melhoria na rede. b) Avaliação de alternativas de melhorias na rede b) Alternativa Deslocamento do transformador para o ponto de ligação da (%) QT 3,5 3,36 75 QT (%),8 % Observamos que a queda de tensão nessa alternativa é menor que o limite admissível de flutuação de tensão (3,%). b) Alternativa ubstituição do transformador por um de,5 kva; ubstituição dos condutores no trecho - para cabo 4/0 CA. (%) QT 3,5 3,36,5 QT (%),45 % QT L (%) k 00 rede rx Página 38 Revisão 05 0/03

41 endo: k (# 4/0 CA) 0,68 (Tabela ), portanto: 0 QT rede (%) 0,68 3,36 00 QT rede (%) 0,79 % QT total (%),45 + 0,79 QT total (%),4 % Observamos que:,4 < 3,% b3) Análise Considerando que as duas alternativas apresentadas são tecnicamente viáveis, deve ser adotada a de menor custo para o atendimento. Ressaltamos que mais alternativas podem ser formuladas para viabilizar o atendimento, mas a escolha deve sempre recair sobre a que melhor atender aos aspectos técnico-econômicos. Devem ser considerados na decisão as eventuais influências do aumento de no setor secundário, em função da ligação do equipamento de raios X, em termos de carregamento do transformador e da queda de tensão na rede. A.3 Exemplo : Ligação de equipamento de raios X na rede primária Um hospital deseja instalar um aparelho de raios X trifásico de pulsações que pode operar sob as condições de: 00 ma com 70 kv, ou; 840 ma com 00 kv, ou; 560 ma com 50 kv, com comutação máxima de até 5 por segundo. Para tanto, o hospital pretende substituir o seu transformador particular de 50 kva por um de 5 kva. Verificar os efeitos que o aparelho pode acarretar ao sistema. /E 336,4 MCM - CA,5 km /0 AWG - CA,0 km cc 3Ø-3,8kV 450 MVA Obs.: Rede de distribuição com cruzetas de,40 m. R 336,4 0,90 Ω/km X 336,4 0,40 Ω/km (Tabela 6) R /0 0,479 Ω/km X /0 0,44 Ω/km (Tabela 6) 3,8/0, kv 0,5 MVA Z% 4,5 fp 0,80 a) Definição de valores de base V base 0, kv -6 0, ,08 MVA base rx Página 39 Revisão 05 0/03

42 Z (Vbase ) (3,8) 3,44 Ω 0,08 base base b) Cálculo da impedância do sistema (x s ) x 0,08 j 450 rx s j cc3φ - 3,8kV j0,0008 c) Cálculo da impedância do alimentador z (R 336,4,5) + j(x Z base 336,4 z 0,000 + j0,0006 pu,5) pu ( 0,90,5) + j(0,40,5) 3,44 z (R /0,0) + j(r Z base /0,0) z 0,000+ j0,0009 pu 0,479 + j(0,44 ) 3,44 d) Cálculo da impedância do transformador do consumidor x Z(%) rx j pu 00 x 4,5 j 00 0,08 0,5 x j0,064 pu e) Impedância da ( cosϕ + ϕ) z r + jx jsen, sendo: cosϕ 0,80 z 0,80 + j0,60 pu f) Diagrama de impedâncias j xs r + j x r + j x j x j 0,0008 0,000 + j 0,0006 0,000+ j 0,0009 j 0,064 r + j x 0,80 + j 0,60 Página 40 Revisão 05 0/03

43 g) Cálculo da flutuação de tensão nas barras g) Barra 4 v 4 jx s r + (r + jx ) + (r + jx + jx ) + jx + (r + jx ) v 4 z z eq θ eq ϕ 36,87º v 4,006 37,63º v 4 0,989 (%) QT 4-0,76º (- 0,989) 00 QT 4 (%), % g) Barra 3 v 3 r + j(x z eq θ eq + x ),0 37,6º v 3,006 37,63º v 3 0,999 (%) QT 3-0,06º ( 0,999) 00 QT 3 (%) 0, % g3) Barra v (r + r ) + j(x z eq θ eq + x + x ),00 v,006 v 0,9996 (%) QT 37,6º 37,63º - 0,045º ( 0,996) 00 QT (%) 0,04 % h) Análise Considerando que para este equipamento de raios X, a flutuação de tensão admissível de acordo com a Tabela 0, é de,93% (5 exposições/segundo), a ligação desse equipamento pode ser liberada, uma vez que não deve acarretar perturbações aos demais consumidores atendidos por esse alimentador. Página 4 Revisão 05 0/03

44 A.4 Exemplo 3: Ligação de dois equipamentos de raios X na rede secundária Uma unidade radiológica pretende instalar dois equipamentos de raios X com as seguintes características: Equipamento : Gerador trifásico de seis pulsações Corrente anódica: 69 ma Tensão anódica: 5 kv Regime de exposições: 0 por minuto Equipamento : Gerador trifásico de duas pulsações Corrente anódica: 400 ma Tensão anódica: 80 kv Regime de exposições: não informado A tensão de alimentação é em 0 V; 60 Hz, com fp 0,80 O consumidor localiza-se a 5 m do transformador que alimenta a rede secundária que é de,5 kva. #/0 AWG - CA 5 m,5 kva 3,8/0, kv Z% 3,5 Ia 69 ma Va 5 kv fc 0,95 Ia 400 ma Va 80 kv fc 0,73 a) Avaliação da situação atual a) Determinação da potência equivalente absorvida da rede -3-3 rx fc Ia Va 0 0, rx 0,07 kva -3-3 rx fc Ia Va 0 0, rx 3,36 kva rxeq rx + 0,6 rx rxeq 35,40 kva 3,36 + 0,6 0,07 A flutuação de tensão admissível é de 3,5%, conforme critério estabelecido em 6.. a) Cálculo da queda de tensão no transformador Como o equipamento de raios X é trifásico, a queda de tensão no transformador é calculada pela expressão: QT (%) Z(%) QT (%),0 % rx 3,5 35,40,5 Página 4 Revisão 05 0/03

45 a3) Cálculo da queda de tensão na rede secundária QT L (%) k 00 rede rxeq endo: k 0,7 L 5 m (%) QT rede 0,7 QT rede (%),04 % 5 00 a4) Queda de tensão total QT (%) QT (%) total + QT total (%),0 +,04 QT total (%),4 % 35,40 QT rede (%) a5) Comparação com o limite de flutuação de tensão admissível De acordo com o exposto em a), a flutuação de tensão admissível é de 3,5%. Comparando com a queda de tensão total da rede, teremos:,4% < 3,5%. Portanto a rede existente tem condições de atender a ligação dos equipamentos de raios X desse consumidor. Deve ser avaliada ainda a eventual necessidade de realização de melhoria na rede no que tange ao carregamento do transformador e queda de tensão na rede decorrente da ligação desse novo consumidor. Página 43 Revisão 05 0/03

46 B. Dados: Anexo B Cálculo da potência de curto-circuito na barra de 3,8 kv ou 34,5 kv, quando é fornecida a potência de curto-circuito na barra de transmissão (69 kv, 88 kv ou 38 kv) nom - /E potência nominal do transformador da subestação, em MVA cc3φ - TR potência de curto-circuito trifásico na barra da transmissão, em MVA Z% impedância porcentual do transformador da subestação x impedância do transformador da subestação, em pu x s impedância equivalente do sistema de transmissão, em pu x s nom - /E cc3φ TR Z(%) x pu 00 i cc xs + x corrente de curto - scc icc v potência de curto - Para v,0 pu, temos: s cc i cc pu circuito, em pu circuito, em pu Para obter o valor da potência de curto-circuito na barra de 3,8 kv ou 34,5 kv, multiplicar o valor de s cc pela potência nominal do transformador da subestação, ou seja: cc3φ-tr em MVA. B. Exemplo: s potência de curto-circuito na barra de 3,8 kv ou 34,5 kv, cc nom /E Cálculo da potência de curto-circuito 3φ na barra 3,8 kv da subestação impedância porcentual do transformador da subestação (Z% 7,5); potência nominal do transformador da subestação ( nom-/e 5 MVA); potência de curto-circuito trifásico na barra de transmissão ( cc3φ 00 MVA). xsistema x,0 Curto- circuito Página 44 Revisão 05 0/03

47 x sistema impedância equivalente do sistema de 38 kv na base do transformador, em pu 5 x sistema 0,00833 pu 00 x impedância do transformador, em pu 7,5 x 0,075 pu 00 i cc x sist + x i cc 0,44 pu 0, s cc i cc v v,0 pu s cc 0,44 pu 0, ,075 cc3φ-3,8kv cc3φ-3,8kv s cc nom /E 0, MVA cc3φ 3,8kV Página 45 Revisão 05 0/03

48 Anexo C Limites admissíveis de flutuações de tensão () Curva de possível irritação () Curva de possível percepção (3) Curva tolerável de irritação adotada pela ELEKTRO * % é a flutuação máxima permitida para lâmpadas fluorescentes, para evitar a possibilidade de apagamento. Interpretação: a) Entre as curvas () e () não haverá reclamação b) Entre as curvas () e () pode haver possibilidade de reclamação NOTA o gráfico em questão é aplicável, somente para fenômenos de curta duração da ordem de fração de segundo a cerca de 60 s. Página 46 Revisão 05 0/03

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