Sistema de Proteção Elétrica em Subestações com Alta e Média Tensão Parte I

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1 Sistema de Proteção Elétrica em Subestações com Alta e Média Tensão Parte I Prof. Eng. José Ferreira Neto ALLPAI Engenharia Out/14

2 Parte 1 -Conceitos O Sistema Elétrico e as Subestações Efeitos Elétricos O que é um curto circuito? Por que proteger? Outros problemas elétricos Descrição Geral de um Sistema Elétrico Industrial. Sistema Americano (neutro aterrado) e europeu (neutro isolado). Tipos de Faltas Equipamentos de Proteção Normas ANSI/NEC: Tipos de Proteção Filosofias de Seletividade Curvas Di-Log Atuando na hora certa Proteção de Transformadores Controle de Cargas Características operacionais de reles/fusíveis/cabos

3 Sistema Elétrico e as Subestações (SE) Umasubestaçãoé uma instalação elétrica de altapotência, contendo equipamentos para transmissão, distribuiçãode energia elétrica, além de equipamentos de proteção e controle. Serve para transmissão de energia elétrica, controlar ofluxo energético, transformando os níveis detensãoe funcionando como pontos de entrega para consumidores industriais. Durante o percurso entre asusinase as cidades, aeletricidadepassa por diversassubestações, onde os transformadores aumentam ou diminuem a sua tensão

4 Sistema Elétrico e as Subestações (SE) 1) Subestações 2) Redes de distribuição principais ou Alimentadores 3) Rede de distribuição secundárias 4) Unidades Consumidoras

5 Sistema Elétrico e as Subestações (SE) TIPOS POR FUNÇÃO -SEs TRANSFORMADORAS: converte a tensão de suprimento para um nível diferente, maior (elevadora) ou menor (abaixadora). -SEs DISTRIBUIÇÃO/MANOBRA: interliga circuitos de suprimento sob mesmo nivel de a tensão para distribuição e seccionamento de áreas. TIPOS POR MODO DE INSTALAÇÃO -SEs EXTERNA/AO TEMPO: instaladas com os seus equipamentos ao tempo e sujeitos as condições externas(chuva, vento, poluição). -SEs INTERNA/ABRIGADA: instaladas com os seus equipamentos abrigados, dentro de uma edificação, câmara subterrânea ou cubículos metálicos.

6 Sistema Elétrico e as Subestações (SE)

7 Sistema Elétrico e as Subestações (SE)

8 O que é um Curto-Circuito? Por que Proteger? Curto-circuito ou SOBRECORRENTEé, em geral, a passagem de corrente elétrica acima do normal (3 A 15 VEZES). Para Proteção Pessoal : Choques em torno de 30 ms já podem causar fribilação coronária. Queimaduras de vários graus (calor excessivo localizado). (video 1) Proteção de Equipamentos Evitar propagação do curto-circuito para o resto da instalação Evitar incêndio, explosões e calor excessivo (video 2 poste) (video 3 loja) (video 4 trafo) Solução Uso de equipamentos de proteção para ruptura do curto-circuito (disjuntores, relés, TC, TP, etc..) devidamente projetados e ajustados.

9 O que é um ArcFlash (Arco Eletrico)? Umarco elétrico é resultante de uma ruptura dielétrica de um gás a qual produz umadescargadeplasma, similar a umafagulhainstantânea, resultante de um fluxo de corrente em meio normalmenteisolantetal como oar. Arco elétrico pode ser provocado nas aberturas de chaveamento ou por curto-circuito em equipamentos elétricos devido a acúmulo de sujeira, cavacos, água, presença de insetos ou outros animais. (video 1) (video 2)

10 O que é um ArcFlash (Arco Eletrico)? Proteção por: Distancia Adequada, Roupa Adequada

11 Outros problemas elétricos -1 SOBRETENSÃO: tensão elétrica acima dos valores normalizados pela concessionária, fabricantes de equipamentos, etc... >>> ruptura de isolamento >>> o curtocircuito (curto fase-terra-carcaça) e choque pessoal (cargas estáticas e alto valor). No caso de uma não-ruptura do problema poderá haver arcos voltaicos. (Video 5 subestação) SUBTENSÃO: tensão elétrica abaixo dos valores normalizados pela concessionária, fabricantes de equipamentos, etc... O dano mais usual é o mal funcionamento dos equipamentos envolvidos.

12 Outros problemas elétricos -2 DESCARGAS ATMOSFERICAS (RAIOS) Efeito natural causado por diferentes potenciais entre as nuvens e a terra. (vídeo 5 raio forte) Proteção Fisica: Pára-raios é um sistema de condutores metálicos, inventado em 1753por Benjamin Franklin, que capta as descargas elétricas atmosféricas e as desvia para o solo a fim de evitar danos a edifícios.hoje combinamos a haste tipo Franklin com a gaiola de Faraday. Proteção de Equipamentos Sensíveis (telefonia, eletrônicos, etc...): uso de varistores. Proteção das Linhas de Energia Elétrica: uso de pára-raios de linha antes de transformadores, entrada de energia, geradores, etc.

13 Outrosproblemas elétricos 3

14 Descrição Geral de um Sistema Elétrico Industrial Típico e suas proteções

15 Descrição Geral de um Sistema Elétrico Industrial e suas proteções -1

16 Descrição Geral de um Sistema Elétrico Industrial e suas proteções - 2

17 Sistema Americano (neutro aterrado) e europeu (neutro isolado) Sistema de Neutro Aterrado (padrão USA): o neutro do sistema elétrico é aterrado (Z=0) >>>ALTAS CORRENTES & BAIXAS TENSÔES. Sistema de Neutro Isolado (padrão Europeu): o neutro do sistema elétrico é isolado por impedância (Z>0). >>>BAIXAS CORRENTES & ALTAS TENSÔES (ate73% maior).

18 Tipos de Faltas (Sistemas de Neutro Aterrado) - (Icc3F) TRIFÁSICO: é o maior valor de falta existente. Corresponde as três fases (RST) soldadas entre si.

19 Tipos de Faltas (Sistemas de Neutro Aterrado) - (Icc2Fmax) BIFÁSICO Maximo: >> 86,6% Icc3F ( 3/2). - (Icc2Fmin) BIFÁSICO Minimo: >> 30% Icc2Fmax. - (IccFT)MONOFÁSICO: varia de 15% Corrente Nominal a valores de Icc3FMin. - SOBRECARGA: corresponde a valores que transcedem os limites operacionais do equipamento >>>sobrecarga >>> 25% Inominal

20 Equipamentos de Proteção (Chaves Seccionadoras): faz a abertura do circuito elétrico de maneira manual ou eletromecânica em local. (Disjuntores): faz a abertura do circuito elétrico de maneira manual ou eletromecânica em local distância. Trabalha em conjunto com relés (Relés): faz o monitoramento e alarme de faltas. Atua diretamente no disjuntor.

21 Equipamentos de Proteção/Transformação (Fusíveis): possui elemento interno que se rompe diante de uma falta severa (Icc3F e Icc2F). Ainda é uma das proteções mais rápidas por ter uma característica de fusão imediata. (Transformadores de Corrente): transforma os valores de corrente real para valores permissíveis de medição por parte de relés e outros medidores. (Transformadores de Tensão): transforma os valores de tensão real para valores permissíveis de medição por parte de relés e outros medidores.

22 Norma ANSI/NEC -Tipos de Proteções Norma internacional conhecida como fator ANSI, padronização que define a característica de sua atuação. As mais usadas são: (Função Ansi 51/50): sobrecorrente temporizada/instantanea (Função Ansi 49): sobrecarga temporizada. (Função Ansi 67): sobrecorrente direcional. (Função Ansi 59): sobretensão. (Função Ansi 27): subtensão. (Função Ansi 87): diferencial.

23 FILOSOFIA DE SELETIVIDADE -ATUAÇÃO NA HORA CERTA

24 FILOSOFIA DE SELETIVIDADE USO DE CURVAS DILOG As curvas di-log >> tempo x corrente em bi-log >> simulam os efeitos térmicos do (I*I x t). As características de cada reles e a coordenação das proteções são feitas mediante o uso dessas.

25 FILOSOFIA DE SELETIVIDADE PROTEÇÃO DE TRAFOS Ajustamos as proteções a montante (acima) do transformador entre os seguintes pontos: -Ponto ANSI: ponto de suportabilidade do equipamento diante de um curto-circuito. Em geral considerase PTO.ANSI = 12xIn por 3s. - Ponto INRUSH: ponto de magnetização do trafo. Em geral considera-se PTO.INRUSH = 8xIn por 100ms.

26 FILOSOFIA DE SELETIVIDADE CONTROLE DE CARGAS Ajustamos as proteções para monitorar/atuar contra: -Refluxo de carga: cogeração, a concessionária monitora para que o fluxo de energia não seja invertido usando a proteção FA 67 (rele direcional). - Sobrecarga de barramento e carga usando a proteção FA51. - Controle de Demanda: sistema de medição a fim de não extrapolar demanda contratada em horarios ponta e fora ponta (caso contrato horasazonal).

27 FILOSOFIA DE SELETIVIDADE CARACTERISTICA OPERAÇÃO RELES/CABOS/FUSIVEIS Característica tempo x corrente de relé MRI, Sobrecorrente 50/51, fabricante SEG

28 FILOSOFIA DE SELETIVIDADE ESTUDO FINAL

29 FIM DE PARTE I

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