As correntes de curto circuito são geralmente causadas pela perda de isolamento de algum elemento energizado (cabo, transformador, motor);

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "As correntes de curto circuito são geralmente causadas pela perda de isolamento de algum elemento energizado (cabo, transformador, motor);"

Edson Caiado Palma
7 Há anos
Visualizações:

1 3 Curto-Circuito Circuito nas Instalações Industriais As correntes de curto circuito são geralmente causadas pela perda de isolamento de algum elemento energizado (cabo, transformador, motor); Podem chegar a valores entre 10 a 100 vezes o valor nominal (dependem da localização da falta); A estimação das correntes de curto circuito é fundamental para elaboração do projeto do sistema de proteção; Os danos provocados na instalação ficam condicionados à intervenção/atuação da proteção; As correntes de falta podem provocar queima de componentes da instalação assim como gerar solicitações de natureza mecânica sobre os barramentos, chaves e condutores; Fontes de corrente de curto circuito: circuito: geradores, capacitores e motores de indução; 1

projeto do sistema de proteção; Os danos provocados na instalação ficam condicionados à intervenção/atuação da proteção; As correntes de falta podem provocar queima de componentes da

2 3 Curto-Circuito Circuito nas Instalações Industriais 2

3 3 Análise das Correntes de Curto-CircuitoCircuito Posição em relação ao eixo dos tempos: 3 Corrente simétrica Parcialmente assimétrica Totalmente assimétrica Assimétrica e simétrica Curto circuito nos terminais do Gerador Síncrono 1.Reatância subtransitória (Xd ): Td =50 ms 2.Reatância transitória (Xd ): Td =1500 a 6000 ms 3.Reatância síncrona (Xs): Td =100 a 600 ms

Curto circuito nos terminais do Gerador Síncrono 1.

4 3 Análise das Correntes de Curto-CircuitoCircuito 4 Curto circuito distante dos terminais do gerador I cis : Componente alternado inicial de falta (eficaz); I cim: Impulso da corrente de falta (pico); I cs : Corrente de falta permanente ou corrente de falta simétrica (eficaz); C t : Constante de tempo. Z Z Xd, Xd, Xd I I '' ' t d cis cs Formulação Matemática: t t I () 2 C cc t Ics sen t e sen X C X t () s arctg 2 f R R :deslocamento angular da tensão, medido no sentido positivo da variação dv/dt de V=0 até o instante do defeito t=0. t I I 12e ca cs 2 t C Fa: Fator de assimetria I ca : corrente eficaz assimétrica de falta

Z Z Xd, Xd, Xd I I '' ' t d cis cs Formulação Matemática: t t I () 2 C cc t Ics sen t e sen X C X t () s arctg 2 f R R :deslocamento angular da tensão,

5 3 Análise das Correntes de Curto Curto--Circuito 5

6 3 Análise das Correntes de Curto Curto--Circuito 6 t=1/4 ciclo t=0,00416 s valor de pico do primeiro semi ciclo.

7 3 Análise das Correntes de Curto-CircuitoCircuito 7 Tipos de Curto Circuito. Importância e emprego: Apresentam os maiores valores de corrente de falta; Ajustes dos dispositivos de proteção contra sobrecorrente; Capacidade de interrupção dos disjuntores; Capacidade térmica dos cabos e equipamentos; Trifásico Capacidade dinâmica dos equipamentos. Apresentam os menores valores de corrente de falta; Ajustes dos valores mínimos de sobrecorrente; Seção mínima do condutor da malha de terra; Limite das tensões de passo e de toque; Monofásico a terra Dimensionamento de resistor de aterramento.

interrupção dos disjuntores; Capacidade térmica dos cabos e equipamentos; Trifásico Capacidade dinâmica dos equipamentos.

8 Circuito Ponto de entrega de energia Terminal de motores 8 Barramento CCM Barramento QGF Zg Impedância do gerador. Ztr Impedância cado sistema sste ade Transmissão. ssão Zstr Impedância do sistema de Subtransmissão. Zdis Impedância do sistema de Distribuição. Zs Impedância reduzida do sistema.

Ztr Impedância cado sistema sste ade Transmissão.

9 Circuito 9 Layout de uma indústria para cálculo das correntes de curto circuito

10 Circuito 10 Impedância reduzida do sistema Impedância do transformador E B C D Impedância do circuito de baixa tensão Impedância do barramento QGF F Impedância entre QGF e CCM Impedância entre CCM e Motor G

circuito de baixa tensão Impedância do barramento

11 Circuito Impedância reduzida do sistema (Z us ) 11 a) Resistência (R us ): R 0 (resistência do sistema de suprimento é muito pequena em relação a reatância). us b) Reatância (X us ): S 3 V I (kva) X cc np cp us Sb ( pu) Zus Rus jxus ( pu) S S cc S V cc np : potência de curto-circuito no ponto de entrega (kva) : tensão nominal primária no ponto de entrega (kv) I cp : corrente de curto-circuito simétrica (A) Impedância dos Transformadores da Subestação (Z ut ) Dados: Potência nominal S nt dada em kva. Impedância percentual Z pt. (mudança de base do transformador para o sistema) Perdas ôhmicas no cobre P cu em W. Tensão nominal V nt em kv. a) Resistência (R ut ) S b V nt Rut Rpt ( pu) Snt Vb 2 Pcu Pcu Rpt (%) ou Rpt ( pu) 10S 1000S nt nt

ponto de entrega (kv) I cp : corrente de curto-circuito simétrica (A) Impedância dos Transformadores da Subestação (Z ut ) Dados: Potência nominal S nt dada em kva.

12 Circuito b) Reatância (X ut ): 12 R 2 Z Z S V pu X Z R pu b nt 2 2 ut pt ( ) ut ut ut ( ) Snt Vb Impedância do circuito que conecta o transformador ao QGF (Z uc ) c1 R u Lc N c1 ( ) X Lc1 u 1 X c1 ( ) 1000 N c1 S b Ruc 1 Rc 1 ( pu ) V Sb X uc 1 X c 1 ( pu ) V Z ( ) uc1 Ruc 1 jxuc 1 pu Z Z Z Z 1cir uc1 ut c1 ( pu) Ntrp Ntrp b b Ru X L u c1 N c 1 : resistência do condutor de sequência positiva em m /m. : reatância do condutor de sequência positiva em m /m. : comprimento do circuito, medido entre os terminais do transformador e o ponto de conexão com o barramento (m). : número de condutores por fase do circuito mencionado. Z1 cir : impedância do circuito, compreendendo transformador e os condutores em ou pu. N trp : número de transformadores em paralelo.

condutor de sequência positiva em m /m. : reatância do condutor de sequência positiva em m /m.

13 Circuito 13 Impedância do barramento do QGF (Z ub1 ) R X b1 b1 Ru L 1000 b1 N b 1 Xu L 1000 N b1 b1 ( ) ( ) Sb Rub 1 Rb 1 ( pu) V Sb Xub 1 Xb 1 ( pu) V Z ( ) ub1 Rub 1 jxub 1 pu Notas: b b ub1 R u X L u b1 N b1 : resistência da barra em m /m. : reatância da barra em m /m. : comprimento da barra (m). : número de barras em paralelo. 1. As impedâncias dos circuitos entre o QGF e CCM (Z uc2 ) e entre o CCM e Motor (Z uc3 ) são calculadas analogamente a impedância do circuito Z uc1. 2. A impedância do barramento do CCM1 é desprezada devido sua pequena dimensão. No caso de barramentos de grandes dimensões (acima de 4 m) considera se o efeito de sua impedância.

14 Circuito 14 Corrente simétrica de curto circuito trifásico (sem contato a terra) Para o cálculo dessa corrente de falta em qualquer ponto do circuito, procede se a soma vetorial de todas as impedâncias calculadas até o ponto desejado através da equação: n ( ) Rui, Xui: resistências e reatâncias em pu até o ponto de defeito. Z R jx pu I utot ui ui i1 cs Ib 1000 Z utot (ka) : corrente de falta simétrica trifásica (valor eficaz). I cs Correnteassimétricat i i de curto circuito it trifásico tifái (sem contato tt a terra) Ica Fa Ics (ka) I ca : corrente de falta assimétrica trifásica (valor eficaz). Impulso da corrente de curto circuito I 2 I (ka) I cim : impulso da corrente de falta (valor de pico). cim ca Corrente bifásica de curto circuito I cb 3 Ics (ka) I cb : corrente de falta bifásica sem contato a terra (valor eficaz). 2

Z R jx pu I utot ui ui i1 cs Ib 1000 Z utot (ka) : corrente de falta simétrica trifásica (valor eficaz).

15 Circuito Corrente simétrica de curto circuito fase terra Casos considerando a impedância a terra 15 Lado primário da subestação Lado secundário da subestação impedância desprezível Lado secundário da subestação impedância considerada

da subestação Lado secundário da subestação impedância

16 Circuito Corrente simétrica de curto circuito fase terra 16 R R ct mt : resistência de contato ou de arco. : resistência da malha de terra. R : resistor de aterramento. R at 40 Rct 13,33 3 R mt : Calculada através do terrômetro. (permitido 10 ) I Corrente de curto circuito fase terra máxima cftma 3 Ib (A) 2 Zutot Zu0t Zu0c Z 0 Z 0 u0c Ru0c jxu0 c ( pu) Sb Ru0c Rc 0 ( pu) V b Sb Xu0c Xc0 ( pu) V b Z R u t u0 c : impedância de sequência zero do transformador em pu. : impedância de sequência zero dos cabos em pu., X :resistência e reatância de sequência zero (dados do cabo). c0 c0 Obs: Na prática pode se desprezar a impedância de sequência zero dos barramentos (QGF, QDL e CCMs). Para o transformador a impedância de seq. zero é igual a de seq. positiva, isto é: Z = 0 Z u t ut

(permitido 10 ) I Corrente de curto circuito fase terra máxima cftma 3 Ib (A) 2 Zutot Zu0t Zu0c Z 0 Z 0 u0c Ru0c jxu0 c ( pu) Sb Ru0c Rc 0 ( pu) 2 1000 V b Sb Xu0c Xc0 ( pu) 2 1000V b Z R u t u0 c :

17 Circuito 17 Diagrama de Sequência Zero para Transformadores

18 Circuito 18

19 Circuito 19 Corrente de curto circuito fase terra mínima I cftmi 3 Ib 2 Z Z Z 3 R R R utot u 0 t u 0 c uct umt uat (A) Sb Ruct Rct V b ( pu) Sb Rumt Rmt V b ( pu) Sb Ruat Rat V b ( pu) R R R uct umt uat : resistência de contato ou de arco em pu. : resistência da malha de terra em pu. : resistor de aterramento em pu. Nota: É muito difícil precisar o valor da corrente de falta fase terra mínima em virtude da longa faixa de variação que a resistência de contato pode assumir nos casos práticos. Logo, em geral, pode se considerar somente a parcela da resistência da malha de terra, cujo valor pode ser obtido através da medição da resistência de terra utilizando se um terrômetro.

Nota: É muito difícil precisar o valor da corrente de falta fase terra mínima em virtude da longa faixa de variação que a resistência de contato pode assumir nos casos

20 Circuito Contribuição dos motores de indução nas correntes de falta 20 Diagrama de Impedâncias Diagrama Unifilar Contribuição dos motores Pequenos motores em tensões de 220V, 380V e 440V: reatância do agrupamento igual a 25% na base da soma das potênciasindividuais. Grandes motoresconsiderar separadamente. X gm 25% 0, 25 ( pu) (nas bases de Pnme Vnm) 2 S b V nm Xugm 0, 25 ( pu) (nas bases de Sb e Vb ) Pnm Vb

do agrupamento igual a 25% na base da soma das potênciasindividuais.

21 Circuito Exemplo de Aplicação 3.1: Considere a indústria representada na Figura abaixo. Pede se: Calcular l os valores de corrente de curto circuito nos terminais de alimentação do CCM3. 21

22 Circuito 22 Dd Dados do sistema it elétrico da indústria: i Tensão nominal primária: V np =13,80 kv. Tensão nominal secundária: V ns =380 V. Impedância percentual do transformador: Z pt =5,5%. p Potência nominal do Transformador: S nt =1000 kva. Corrente de curto circuitocircuito simétrica no ponto de entrega de energia, fornecida pela concessionária local: I cp =5000 A. Comprimento do Circuito TR QGF=15 m. Barramento do QGF: duas barras de cobre justapostas de 80x10mm. Comprimento da barra do QGF: 5 m. Comprimento do Circuito QGF CCM3: 130 m. Resistência de contato do cabo com o solo (falha de isolação): 40/3 Ω. Resistência da malha de terra: 10 Ω.

23 3 Determinação das Correntes de CurtoCurto-Circuito 23

24 Circuito 24

25 Circuito Exemplo de Aplicação 3.2: Considerando a mesma instalação industrial do exemplo 3.1, determinar as correntes de curto circuito na barra do CCM3 considerandoa d contribuição dos motores a ela ligados. As potências dos motores instalados no CCM3 são: Motores de C1 a C12: 5 cv / 380 V IV polos; Motor D1: 100 cv / 380 V IV polos. 25 Diagramas Unifilares para resolução do exemplo 3.2.

26 Circuito 26

Documentos relacionados

Curto-Circuito. cap. 5

Curto-Circuito. cap. 5 Curto-Circuito cap. 5 1 Curto-Circuito Fundamental no dimensionamento da proteção; Baseada no conhecimento do valor das impedâncias; Provocadas por perdas na isolação; Atinge valores de 10 a 100 vezes