DISPOSITIVO DE PARTIDA DE GRANDES MÁQUINAS ELÉTRICAS OPERANDO A GRANDES DISTÂNCIAS

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Kevin Beppler de Mendonça
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1 DISPOSITIVO DE PARTIDA DE GRANDES MÁQUINAS ELÉTRICAS OPERANDO A GRANDES DISTÂNCIAS

2 CONSIDERAÇÕES GERAIS

3 OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA Em todos os segmentos da sociedade, em todas profissões, os desafios surgem sempre como situações a serem perseguidas e solucionadas. Na engenharia elétrica não é diferente. Para aqueles que projetam, operam e promovem a manutenção dos sistemas elétricos, o cotidiano lhes reserva permanentes desafios tecnológicos, cuja solução passa pelo conhecimento, pela motivação e pela necessidade de vê-los resolvidos.

4 OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA O desafio: solucionar as reconhecidas dificuldades apresentadas nas instalações elétricas industriais quando da partida de grandes máquinas operando a expressivas distâncias em relação ao seu respectivo do centro de carga, a exemplo do que ocorre nos acionamentos de: - escavadeiras elétricas nas minerações a céu aberto; - grandes bombas de captação d água e - grandes sistemas de ventilação.

5 OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA E como forma de solucionar tecnicamente este desafio, a CSN MINERAÇÃO CASA DE PEDRA em conjunto com a SENIOR ENGENHARIA estudaram e desenvolveram um DISPOSITIVO DE PARTIDA DIRETA DE MOTORES DE INDUÇÃO EM MÉDIA TENSÃO, onde a rede elétrica impõe elevadas quedas de tensão, provocadas pelas impedâncias do sistema elétrico.

6 MOTIVAÇÕES QUE LEVARAM AO DESENVOLVIMENTO DO DISPOSITIVO DE PARTIDA

7 DIFICULDADES CONSIDERADAS: - Sem o dispositivo de partida, a flexibilidade para realocação das escavadeiras torna-se reduzida, uma vez que as distâncias limitam sua utilização; - Em algumas situações é necessária a construção de subestações abaixadoras (13,8kV-7,2kV) mais próximas do local de lavra; - Para a construção de subestações gasta-se em torno de 30 dias (obras de terraplenagem, drenagem, confecção de malha de aterramento, SPDA, instalação de equipamentos e construção de redes de 13,8kV); - O custo estimado (materiais) para realocação situa-se em torno de R$ ,00, sem considerar os gastos com mão-de-obra e equipamentos de mobilização (guindastes, guindauto, pás mecânicas, etc.).

8 DIFICULDADES EQUACIONADAS COM A IMPLANTAÇÃO DO DISPOSITIVO DE PARTIDA - Eliminando-se a necessidade da realocação das subestações, reduz-se a exposição dos trabalhadores aos riscos inerentes da atividade e consegue-se alocá-los em outras atividades (com o consequente aumento da produtividade e segurança operacional). - Além dito, obtém-se um aumento da flexibilidade e da velocidade das mudanças de frentes de lavra, auxiliando no cumprimento do plano de lavra.

9 ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO

10 ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO 1 Passo: Levantamento dos parâmetros requeridos: - Dados e impedâncias do sistema: (Linhas de distribuição, cabos e transformador); - Dados e impedâncias do motor a ser acionado;

11 ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO 2 Passo: Estudos e modelamento do sistema utilizando simulações das partidas no ATP Alernative Transients Program.

12 ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO 3 Passo Definição da solução: Os estudos e simulações apontaram como mais adequada a adoção de capacitores série associados a indutores (reatores) e resistores, passando a ser esta a solução definida no projeto do equipamento.

13 CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROJETO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

14 PRINCIPAIS ASPECTOS CONSIDERADOS NA CONCEPÇÃO DO PROJETO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Na concepção / filosofia do Diagramas Unifilar foram estudadas e definidas as melhores formas que levassem o equipamento a operar dentro das características desejadas.

15 O DIAGRAMA UNIFILAR

16 O DIAGRAMA UNIFILAR No Diagrama Unifilar estão presentes todos os componentes principais de força e comando, com suas respectivas funções e ainda os componentes da automação.

19 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO DISPOSITIVO DE PARTIDA JÁ EM OPERAÇÃO NA CSN - Quatro disjuntores a vácuo, classe 7,2 kv, 400 A; - Dois Bancos de Capacitores (2.200 Microfarads); - Um Banco de Indutores (0,1 mh); - Dois Bancos de Resistores de Amortecimento (2 Ohms); - Um Relé numérico microprocessado; - Um CLP com IHM.

20 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO ACIONAMENTO DAS ESCAVADEIRAS CARTEPILLAR EM OPERAÇÃO NA CSN Potência nominal 1800 kw Tensão nominal 7,2 kv Frequência nominal 60 Hz Corrente nominal 178 A Rotação 1784 rpm Conjugado nominal 9636 N.m Fator de potência 0,85 Rendimento 95,7 % Conjugado máximo Corrente de rotor bloqueado 1,55 x Conj. nominal 3,5 x Corrente nominal

21 O PROJETO DE ENGENHARIA DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE

22 PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE Da mesma forma que o projeto de engenharia elétrica, especial atenção foi dada à concepção do projeto de engenharia de automação e controle, considerando-se os requisitos envolvendo o software utilizado, a arquitetura e as telas operacionais.

23 PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE CLP - Controlador lógico programável; Relé de proteção digital IED;

24 PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE Arquitetura do sistema

25 PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE Lógica de funcionamento: Situação 1 Partida com 2 Bancos de Capacitores (Distâncias maiores entre a carga e a subestação) Situação 2 Partida com 1 Banco de Capacitores (Distâncias menores entre a carga e a subestação) Situação 3 Partida direta (Sem Banco de Capacitores)

26 PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE Lógica de funcionamento: Situação 1 Partida com 2 Bancos de Capacitores (Distancias maiores entre a carga e a subestação)

27 1 DJ da SE Aberto (Sem tensão) 2 Presença de Tensão 3 Durante a Partida 4 Após partida 5 Após partida: Operação Contínua

28 PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE Lógica de funcionamento: Situação 2 Partida com 1 Bancos de Capacitores (Distâncias menores entre a carga e a subestação)

29 1 DJ da SE Aberto (Sem tensão) 2 Presença de Tensão 3 Durante a Partida 4 Após partida 5 Após partida: Operação Contínua

30 ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO

31 ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO Em atendimento às exigências operacionais e em função das necessidades de deslocamentos, o conjunto foi adequadamente montado sobre skid.

32 ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO O arranjo físico do dispositivo de partida foi estabelecido em estrutura metálica, provida de meios para fácil acesso a todos os componentes internos.

33 ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO - VISÃO GERAL DO LAYOUT -

34 ARRANJO FÍSICO VISTA INTERNA

35 ARRANJO FÍSICO VISTA INTERNA A utilização de disjuntores de média tensão com isolamento a vácuo, proporcionou manobras seguras e com baixo índice de manutenção;

36 ARRANJO FÍSICO VISTA INTERNA Os principais componentes de comando e proteção incluíram o relé numérico e os sensores de arco elétrico;

37 OSCILOGRAFIAS DA PARTIDA

38 PARTIDA SEM O DISPOSITIVO PARTIDA COM O DISPOSITIVO

39 PARTIDA SEM O DISPOSITIVO PARTIDA COM O DISPOSITIVO PARTIDA COM O DISPOSITIVO

40 PARTIDA SEM O DISPOSITIVO TENSÃO NOMINAL: 7,2kV TENSÃO DURANTE A PARTIDA : SEM O DISPOSITIVO DE PARTIDA: ~ 5,5kV PARTIDA COM O DISPOSITIVO COM O DISPOSITIVO DE PARTIDA: ~ 6,0kV ACRÉSCIMO DE 500V DURANTE A PARTIDA!

41 A SENIOR ENGENHARIA AGRADECE à CSN MINERAÇÃO CASA DE PEDRA o apoio por ela dado para a realização deste evento.

42 MUITO OBRIGADO A TODOS!

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