GABRIEL DEL SANTORO BRESSAN INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE CURTO-CIRCUITO

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1 GABRIEL DEL SANTORO BRESSAN INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE CURTO-CIRCUITO SINOP/MT 2016

2 INTRODUÇÃO O estudo de curtos-circuitos representa vital importância para a proteção de sistemas elétricos, tendo em vista que os cálculos de redes em curto são fundamentais no dimensionamento e ajuste dos diversos componentes de proteção, sendo necessário não só em sistemas de potência, mas também em sistemas industriais.

3 CURTO-CIRCUITO E SUAS CONSEQUÊNCIAS Um curto-circuito consiste em um contato entre condutores sob potenciais diferentes. Tal contato pode ser direto (franco ou através de impedância) ou indireto (através de arco voltaico). Os curtos-circuitos são geralmente chamados defeitos ou faltas (faults) e ocorrem de maneira aleatória nos sistemas elétricos. Suas consequências podem ser extremamente danosas aos sistemas elétricos, se não forem prontamente eliminados pelos dispositivos de proteção principalmente devido às altas correntes de curto-circuito. Os estudos sobre curto-circuito nos sistemas de potência e em sistemas industriais tem por objetivo: 1. Ajustar relés de proteção e selecionar fusíveis 2. Selecionar os disjuntores que irão interromper as correntes de curto. 3. Estimar as consequências das correntes de curto sobre cabos, transformadores, seccionadoras, cabos para-raios, barramentos e outros equipamentos elétricos. 4. Determinar sobretensões em vários pontos do sistema. 5. Permitir o dimensionamento de malhas de terra e de cabos para-raios. 6. Determinar as impedâncias corretas dos transformadores de força. TIPOS DE CURTO CIRCUITO CURTO-CIRCUITO TRIFÁSICO OU SIMÉTRICO: É o tipo que ocorre com menor frequência, nele admite-se que todos os condutores da rede são solicitados de modo idêntico e conduzem o mesmo valor eficaz da corrente de curto, e por isso é classificado como curto Simétrico e seu cálculo pode ser efetuado por fase, considerando apenas o circuito equivalente de sequência positiva ou sequência direta, sendo indiferente se o curto envolve ou não o condutor neutro (ou terra).

4 CURTO-CIRCUITO BIFÁSICO SEM CONTATO DE TERRA: É um curto-circuito assimétrico, isto é, desequilibrado, desse modo as correntes de curto nos 3 condutores não serão iguais e o cálculo deste tipo de curto é realizado através de componentes simétricas. CURTO-CIRCUITO MONOFÁSICO É um curto-circuito assimétrico, o tipo de falta com maior ocorrência em SEPs. Tipo 69 kv 138 kv 230 kv Fase-terra 38,6% 36,7% 47% Bifásico (Fase-terra) 11,8% 10,0% 8,0% Bifásico-terra (Fase-fase-terra) 25,5% 12,7% 5,0% Trifásico 6,3% 2,0% 0,6% Trifásico-terra 1,1% 0,7% 1,4% Causa desconhecida 16,7% 37,9% 38%

5 CAUSAS DOS CURTOS-CIRCUITOS são: As causas mais frequentes da ocorrência de curtos-circuitos em sistemas de potência Descargas atmosféricas; Falhas em cadeias de isoladores; Fadiga e/ou envelhecimento de materiais; Ação de vento, neve e similares; Poluição e queimadas; Queda de árvores sobre as linhas aéreas; Inundações e desmoronamentos; Ação de animais em equipamentos do sistema; Manobras incorretas, etc. CONSIDERAÇÕES Em sistemas de pequeno porte e em casos nos quais não se exige muita precisão, podemos desenvolver uma metodologia simplificada, partindo das seguintes considerações: A tensão pré-falta de todos os geradores é igual a 1,0 pu. Sabendo que a tensão dos geradores de um sistema de potencio pode variar entre 0,95 pu e 1,05 pu, a tensão mais provável de operação dos geradores é 1,0 pu, onde a tensão-base é a tensão nominal do gerador. As cargas são desprezíveis durante o curto, pois, sabendo que o sistema é de pequeno porte (poucas barras), a ocorrência de um curto-circuito desvia das cargas toda a potência produzida pelos geradores. As capacitâncias em paralelo de linhas de transmissão também são desprezíveis, pelo mesmo motivo anterior.

6 A corrente trifásica (ou trifásica-terra) de curto-circuito franco, ou seja, sem impedância de curto, em uma determinada barra do sistema, pode agora ser determinada reduzindo-se o sistema a um equivalente Thévenin. II pppp cccc3 = VV tth ZZ tth = 1,0 ZZ tth Caso o curto se dê através de uma impedância de falta ZZ ff, basta adicioná-la a ZZ tth, ou seja II cccc3 pppp = VV tth ZZ tth + ZZ ff = 1,0 ZZ tth + ZZ ff EXEMPLO Para o sistema da Figura 4.24, calcule a corrente trifásica de curto-circuito na barra 3, em pu e em amperes. Considere que a potência-base é 50 MVA e que a tensão-base na barra 3 é 69 kv. Solução: Inicialmente, substituímos os geradores por suas respectivas impedâncias internas, desprezamos as cargas e isolamos a barra na qual desejamos calcular a falta. O resultado é o diagrama de reatâncias da Figura abaixo:

7 A impedância equivalente de Thévenin, vista da barra 3, pode agora ser calculada: ZZ tth = (jj0,10 + jj0,20 + jj0,15)//[(jj0,42//jj0,42 + jj0,10) = jj0,1836pppp A corrente trifásica de curto-circuito na barra 3 será II pppp cccc3 = 1,0pppp ZZ tth = 1,0pppp jj0,1836 = jj5,448pppp Para converter a corrente para amperes, precisamos encontrar a corrente de base II bb3 = SS bb 10 6 = 50 3VV bb = 418,37AA 3 Assim II cccc3 = II pppp cccc3 II bb3 = jj5, ,37 = jj2279,29aa

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