Corrente simétrica Corrente parcialmente assimétrica

Transcrição

1 Curto circuito nas instalações elétricas A determinação das correntes de curto circuito nas instalações elétricas de alta e baixa tensão industriais é fundamental para elaboração do projeto de proteção e coordenação dos seus diversos elementos. Esses valores são definidos conhecendo se as impedâncias, desde o ponto de defeito até a fonte geradora. As correntes de curto circuito são de alta intensidade e baixa duração. O motivo do surgimento delas é normalmente a perda de isolamento de algum elemento energizado do sistema elétrico. Os valores de pico são da ordem de 10 a 100 vezes o valor da corrente nominal no ponto de defeito e dependem da localização deste. A ocorrência de um curto circuito traz danos significativos que podem ser: Queima dos componentes atingidos pelo curto; Rompimento dos apoios e deformações na estrutura de quadros de distribuição É considerado como fonte de curto circuito todo componente elétrico ligado ao sistema que passa a contribuir com a intensidade da corrente de defeito, com é o caso dos geradores, condensadores síncronos e motores de indução. Análise das correntes de curto circuito Durante o período de permanência da falta, as correntes de curto circuito assumem diversas formas, quanto á sua posição em relação ao eixo dos tempos, conforme figuras abaixo: Corrente simétrica Corrente parcialmente assimétrica 1

2 Localização das fontes das correntes de curto circuito Existem dois casos importantes em termos de correntes de curto circuito: 1º) Defeitos ocorridos nos terminais do gerador, onde a corrente possui particularidades em diferentes estágios do processo e; 2º) Defeitos ocorridos longe dos terminais do gerador, que é o caso mais comum em plantas industriais, que é o caso mais comum no Brasil. Curto circuito nos terminais dos geradores Antes de abordarmos o assunto vamos definir o que é reatância: Reatância ou reagência elétrica é a resistência oferecida à passagem de corrente alternada por um indutor ou capacitor num circuito. É dada em Ohms que constitui juntamente com a resistência elétrica a grandeza impedância. A relação entre impedância, resistência e reatância é dada por: Onde: Z é a impedância em ohms; R é a resistência em ohms; X é a reatância em ohms. A Reatância é indicada pelo símbolo X, sendo: X < 0 A reatância é capacitiva (X C ) e o seu valor em ohms é dado por: (ou) onde C é a capacitância dada em Faradays, f é a freqüência dada em Hertz, é o Pi(3, ). X > 0 A reatância é indutiva (XL) e o seu valor em ohms é dado por: onde L é a Indutância dada em Henrys, f é a freqüência dada em Hertz, é o Pi (3, ). X = 0 A impedância é igual à resistência ohmica e o circuito é dito como puramente resistivo. De maneira similar às reatâncias elétricas, podem ser citadas a reatância mecânica e reatância acústica. 2

3 Obtida de " A principal fonte das correntes de curto circuito são os geradores. Para que se possam analisar os diferentes momentos das correntes de falta nos terminais do gerador é necessário se conhecer o comportamento dos geradores quanto às reatâncias limitadoras, ou seja: Reatância subtransitória Compreende a reatância de dispersão do estator e do rotor do gerador que limita a corrente de curto circuito no seu instante inicial, isto é, para t = 0. O seu efeito se prolonga durante os primeiros ciclos. Tem valor médio igual a 24% na base da potência nominal dos geradores hidráulicos e de 15% para os turbo geradores. Reatância transitória Compreende a reatância de dispersão do estator e da excitação do gerador, limitando a corrente de curtocircuito, depois de cessados os efeitos de reatância subtransitória com duração de 1,5 s. Seu valor fica entre 36% para geradores hidráulicos e 23% para turbo geradores. Reatância síncrona Compreende toda a reatância dos enrolamentos do gerador, limitando a corrente de curto circuito, depois de cessados os efeitos da reatância transitória, iniciando se aí a parte permanente de um ciclo completo da corrente de falta. Seu valor é cerca de 150% para geradores hidráulicos e 120% para turbo geradores. A figura a seguir demonstra as três fases comentadas anteriormente: 3

4 Curto circuito distante dos terminais do gerador Nas instalações elétricas alimentadas por fontes localizadas distantes do gerador a corrente alternada de curtocircuito permanece constante ao longo do período, conforme mostra a figura abaixo. Neste caso, a corrente inicial de curto circuito é igual à corrente permanente. A corrente de curto circuito assimétrica apresenta dois componentes na sua formação, que são: Componente simétrico é a parte simétrica da corrente de curto circuito Componente contínuo é a parte da corrente de curto circuito de natureza contínua. A qualquer instante o valor destes dois componentes somados mede o valor da corrente assimétrica. A figura abaixo mostra graficamente os componentes de uma onda de curto circuito. I cis = componente alternado inicial de curto circuito é a corrente, em seu valor eficaz, no instante do defeito. Se o curto ocorrer longe da fonte de suprimento, o valor da corrente eficaz inicial de curto circuito simétrica I cis é igual ao valor da corrente eficaz de curto circuito simétrica I cs. I cim = impulso da corrente de curto circuito ou corrente de pico é o valor máximo da corrente de defeito, dado em seu valor instantâneo e que varia em função do momento da ocorrência do fenômeno. I cs = corrente de curto circuito simétrica esta é a corrente que persiste no circuito, após decorridos os fenômenos transitórios. Potência de curto circuito É a potência correspondente ao produto da tensão de fase pela corrente simétrica de curto circuito. Se o defeito for trifásico, aplicar a este produto o fator 3. 4

5 Formulação matemática das correntes de curto circuito Como se observa, as correntes de curto circuito apresentam uma forma senoidal, cujo valor em qualquer instante pode ser dado pela equação: 5