Capítulo VII. Por Sérgio Feitoza Costa*

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1 44 Equipaentos para subestações de T&D Capítulo VII Distâncias de segurança de subestações e sisteas de proteção contra incêndios e subestações Este fascículo ve apresentando conceitos de engenharia para projeto e especificação de equipaentos de subestações de transissão e distribuição. O prieiro artigo desta série cobriu aspectos de estudos do sistea elétrico que serve de base para as especificações técnicas dos equipaentos. O segundo cobriu conceitos sobre curtos-circuitos, apacidades, sobrecargas e contatos elétricos. O terceiro abordou o tea técnicas de ensaios de alta potência, laboratórios de ensaios e principais ensaios. No quarto capítulo, falou-se sobre os estudos elétricos de sobretensões, coordenação de isolaento e Por Sérgio Feitoza Costa* ipactos de capos elétricos e agnéticos. No quinto capítulo, o tea abordado foi a recente brochura Cigré 602, sobre siulação de arcos, e no anterior, discutios as especificações técnicas de disjuntores, secionadores, painéis e para-raios feitas por concessionárias de energia. A seguir, tratareos das distâncias de segurança de subestações e dos sisteas de proteção contra incêndios e subestações. Distâncias dielétricas de segurança No projeto e na operação de subesta- ções, há diferentes tipos de distâncias de segurança a observar. A prieira delas refere-se às chaadas distâncias dielétricas. Estas são as distâncias ínias de projeto necessárias para que, nas partes vivas da subestação energizada, não aconteça descargas dielétricas entre estas e outros equipaentos, partes vizinhas ou eso pessoas. Exeplos destas distâncias de segurança a sere utilizadas e novos projetos são as especificadas na nora IEC Power Installations Exceeding 1 AC Part 1 Coon Rules. Alguns exeplos pode ser vistos na Tabela 1 a seguir. Tabela 1 Distâncias ínias no ar Tensões noinais (1 < U 245 ) Tensão noinal do sistea Un eficaz Tensão áxia do sistea U eficaz 3,6 17, Tensão suportável de curta duração frequencia industrial eficaz b b 325b Tensão noinal suportável de ipulso atosférico 1,2/50 μs (valor de pico) b b 750b Mínia distância fase-terra e fase-fase Nc Instalação abrigada Instalação externa

2 O conceito atrás destes valores é que, se ua subestação é projetada utilizando a Tabela 1, ela não precisaria ser testada do ponto de vista dos ensaios dielétricos de tensão aplicada CA e tensão suportável de ipulso. Não é incou encontrar subestações ais antigas co distâncias enores que estas e funcionando uito be. Estes valores vão, ao longo do tepo, sendo aperfeiçoados nas noras co base na experiência que vai sendo adquirida e eso e padrões de segurança ais severos para evitar descargas e acidentes. da copatibilidade agnética de equipaentos e sisteas de subestação. Os capos agnéticos diinue co o auento da distância à fonte que o produz (ver Figura 1). Se ficare acia de certos níveis, pode ser prejudiciais às pessoas (saúde) e às instalações (aquecientos indevidos). No que diz respeito aos ipactos à saúde, há regulaentos para o nível áxio do capo agnético a que as pessoas pode ser expostas. O nível de exposição depende do tipo de atividade da pessoa trabalhadores (exposição ocupacional) ou público e geral. O nível de exposição peritido para o público e geral é enor 45 Distâncias agnéticas de segurança O segundo tipo de distância diz respeito às distâncias agnéticas de segurança. Os capos agnéticos produzidos por correntes peranentes ais elevadas ou pela existência de reatores próxios pode causar ipactos sobre pessoas e instalações, assi coo afetar aspectos Figura 1 Capo agnético e ua subestação.

3 46 Equipaentos para subestações de T&D que o peritido para trabalhadores. O otivo disso é se tratar de pessoas leigas que pode peranecer expostas ua tepo aior por não ter conheciento dos ipactos. Os regulaentos da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) indica os seguintes níveis áxios peritidos de exposição e 60 Hz: - Trabalhadores: ut - Público e geral: 200 ut Público e geral é, por exeplo, ua pessoa que passa ou para na rua ao lado da parede de ua grande subestação urbana. Outro exeplo são pessoas cuja janela de seus apartaentos está próxia de u transforador de distribuição ou de cabos da rede elétrica, coo foi ostrado e ua foto do prieiro capítulo desta série. De fora geral, trabalhadores dentro deste enfoque são as pessoas não leigas que trabalha na subestação. No que diz respeito aos ipactos sobre as instalações, os principais são os aquecientos indesejados. Os capos agnéticos causa dois tipos de efeitos que pode produzir aquecientos. O prieiro é a geração de tensões induzidas e circuitos etálicos que contenha espiras. Se estes circuitos fore fechados eletricaente, circularão correntes elétricas que, dependendo do valor da tensão induzida, produzirão aquecientos. Exeplos destes circuitos fechados são os ferros da aração de concreto e u piso ou e u pilar. O capo produzirá ua tensão que fará circular ua corrente elétrica pelo circuito fechado forado pelos vergalhões que serão então aquecidos. O segundo efeito ocorre se houver na região do capo agnético ua chapa etálica ou, por exeplo, u parafuso de ferro. O capo produz correntes parasitas (eddy currents), que aquece as partes etálicas. É o eso princípio usado nos sisteas industriais de aqueciento por indução para, por exeplo, aquecer ou recozer grandes perfis de aço. Para evitar o prieiro efeito, pode-se utilizar artifícios, coo abrir o cainho elétrico e u ponto. O segundo efeito pode ser apenas iniizado utilizando-se ateriais não agnéticos coo o aluínio e alguns tipos de aço inox (apenas os da série 300). E instalações e que há reatores a núcleo de ar uito próxios de áreas sensíveis, deve-se evitar o uso de estruturas suporte de ferro. Dependendo das características da instalação pode ser necessários cuidados especiais co a alha de terra e ateriais de caixas etálicas e de edição. Aspectos ligados a incêndios e explosões e transforadores e outros equipaentos A já encionada nora IEC estabelece ua série de procedientos e distâncias que deve ser atendidas, por exeplo, entre transforadores isolados a óleo ineral e paredes ou construções. O objetivo destas distâncias está ligado

4 aos ipactos causados pelo fogo e, e enor grau, à eventual explosão de u equipaento, por exeplo, u para-raios co invólucro de porcelana. Incêndios e explosões e transforadores, reatores e outros equipaentos são sepre otivo de grande preocupação devido aos ipactos e pessoas e instalações. Estes eventos são uito ais frequentes do que o público e geral percebe. Quando acontece quase não são divulgados. Não existe noras IEC sobre sisteas de prevenção contra incêndios e explosões e equipaentos de subestações. As noras IEC sobre transforadores de potência não trata da questão de curtoscircuitos internos e suportabilidade a explosões. Este é u ponto fraco e ua barreira ao desenvolviento, utilização e coercialização de produtos de prevenção contra incêndios e explosões e subestações. É a aior causa de existir tão poucos produtos disponíveis neste capo. Não existir ua nora internacional iplica não se ter ensaios relevantes para verificar a eficácia destes produtos. Há uitos anos, existe noras que se aplica a este tea no Brasil. No ano 2000, o autor deste artigo propôs à ABNT a revisão de ua destas noras sobre sisteas de proteção contra incêndio e transforadores e reatores de potência, por despressurização. A ABNT aceitou a proposição e sugeriu que o grupo de trabalho revisasse e atualizasse as noras: ABNT NBR Proteção contra incêndio e subestações elétricas convencionais, atendidas e não atendidas, de sisteas de transissão Procediento; ABNT NBR 8222 Execução de sisteas de proteção contra incêndio e transforadores e reatores de potência, por despressurização, drenage e agitação do óleo isolante; ABNT NBR 8674 Execução de sisteas fixos autoáticos de proteção contra incêndio co água nebulizada para transforadores e reatores de potência; ABNT NBR Execução dos sisteas fixos autoáticos de proteção contra incêndio co gás carbônico, por inundação total para transforadores e reatores de potência contendo óleo isolante. O autor coordenou esta revisão no âbito da ABNT. As reuniões envolvera 47 participantes de 21 epresas. Estes núeros ostra ua boa representatividade para as quatro noras que fora publicadas e Naquela ocasião, alé da revisão das noras brasileiras, foi preparada ua proposta de ua nova nora IEC International Electrotechnical Coission a ser encainhada àquela instituição co base nas novas noras brasileiras. O processo de propor ua nova nora à IEC é enos coplicado do que parece. O autor teve ua experiência e 1989, quando coordenava grupos no COBEI / ABNT e 47

5 48 Equipaentos para subestações de T&D coordenava o Technical Coittee 32 da IEC (Fuses). Fizeos proposta seelhante à IEC na área de fusíveis de alta tensão. Naquela ocasião, a proposta foi aceita pela IEC. A revisão da nora IEC (1989) foi feita e e boa parte oriunda das noras brasileiras sobre o assunto feitas naquela ocasião. Este trabalho foi coordenado na IEC por este autor. Os principais pontos revisados naquelas noras brasileiras de sisteas de prevenção contra incêndios e explosões e equipaentos de subestações fora os seguintes: 1) ABNT NBR 13231: Procediento geral O foco da revisão foi adequar a foratação do conjunto das quatro noras para que pudesse ser elhor percebido coo u conjunto e não coo docuentos isolados. Outros objetivos fora os de atualizar as inforações sobre todas as tecnologias disponíveis e colaborar para ua proposta de nora IEC sobre o assunto. Neste contexto, a ABNT NBR é a nora-ãe, onde estão conteplados aspectos de elaboração de projetos de iplantação de instalações, assi coo de projeto, instalação, anutenção e ensaios dos sisteas. As noras ABNT NBR 8222, ABNT NBR e ABNT NBR 8674 detalha os aspectos de três tipos específicos de sistea. O objetivo da ABNT NBR é fixar requisitos ínios para proteção contra incêndios e subestações elétricas convencionais, atendidas, desassistidas, teleassistidas, de sisteas de geração, transissão, subtransissão e distribuição para: a) elaboração de projetos de iplantação de instalações; b) projeto, instalação, anutenção e ensaios dos seguintes tipos de sisteas fixos autoáticos para transforadores e reatores de potência: De CO 2, por inundação total, co supriento de gás e alta pressão por abafaento (ABNT NBR 12232); De água nebulizada (ABNT NBR 8674); Por despressurização para prevenção contra explosões e incêndios decorrentes de arcos elétricos internos (ABNT NBR 8222). Requisitos das edificações; Requisitos de equipaentos e instalações de pátio; Requisitos para outras instalações; Os propósitos destes sisteas são diferentes e inclue e aior ou enor grau: Sisteas e equipaentos de proteção contra incêndio. Prevenção de incêndios: prover eios para evitar que o incêndio venha a ocorrer; Os requisitos para equipaentos Extinção de incêndios: apagar u incêndio e instalações de pátio envolvendo co o uso de eios adequadaente diensionados; transforadores e reatores de potência contepla, entre outros aspectos: Proteção contra exposição: iniizar, durante certo período de tepo, a influência e danos consequentes de u incêndio de deterinado equipaento sobre outros equipaentos e instalações; Controle de propagação de incêndio: prover eios para controlar, durante certo tepo, a intensidade do incêndio; Proteção apriorada: prover proteções As consequências de incêndios e explosões causadas por arcos elétricos internos e sua severidade pela energia envolvida e sobrepressões decorrentes; Considerar a possibilidade de que óleo e chaas e partes sólidas seja arreessados a certa distância na explosão; Que transforadores e reatores de adicionais ao projeto do equipaento potência deve ser instalados, de para que este venha a possuir aior segurança contra a explosão, incêndios ou riscos associados aos arcos elétricos, sobrecorrentes e curtos-circuitos. preferência, externaente às edificações, sobre bacias de contenção e separados fisicaente para prevenir que a queia de u equipaento cause risco de incêndio a outros equipaentos ou A nora fixa requisitos de projeto, objetos vizinhos. inclusive, alguns relacionados a distâncias de segurança. Entre estes inclue-se os aplicáveis a: As Tabelas 2 e 3 ostra alguas distâncias. Tabela 2 Distâncias ínias de separação entre transforadores e reatores a edificações Tipo do líquido Volue isolante do de líquido transforador isolante L < > Óleo ineral e < > Fluido resistente < ao fogo Transforador se > proteção apriorada Fluido resistente ao fogo não se Transforador co aplica proteção apriorada Edificações resistentes ao fogo por 2 h Distância horizontal Edificações não cobustíveis Edificações cobustíveis 30,5 Distância vertical 30,5

6 Tabela 3 Distâncias ínias de separação entre transforadores e reatores a equipaentos Tipo do líquido isolante do transforador Óleo ineral Óleo ineral Óleo ineral Óleo ineral Fluido resistente ao fogo Transforador se proteção apriorada Fluido resistente ao fogo Transforador se proteção apriorada Fluido resistente ao fogo Transforador co proteção apriorada Volue de líquido isolante L < < entre e , inclusive > < > não se aplica Distância 2) ABNT NBR 8222: sisteas por sobrepressões decorrentes de arcos despressurização, drenage e agitação do óleo Esta nora foi o fato otivador da revisão das deais. Se aplica a equipaentos para prevenção contra elétricos internos e transforadores e reatores de potência. Copleenta os requisitos gerais de projetos de instalações na ABNT NBR e o objetivo deste tipo de sistea é evitar a explosões e incêndios por evitar explosão do transforador ou reator e, consequenteente, os incêndios. O aspecto ais relevante desta nora é prever as regras básicas para u ensaio de arco interno e transforadores. Talvez esta seja a única nora atual, e âbito undial, que sinaliza para este tipo de ensaio. Por não haver suficiente experiência undial sobre este tipo de ensaio, a nora fornece u texto de referência, as ainda não o fixa coo u ensaio de tipo foral. O ensaio ideal consiste e siular e laboratório de alta potência u certo núero por exeplo três de curtoscircuitos e arcos no interior de u tanque de transforador ou reator, para verificar coo se coporta o sistea de prevenção instalado no equipaento a proteger. Deve ser aplicada ua corrente de valor e duração copatíveis co as que aconteceria e ua situação real. A Tabela 4 criou u referencial inicial para as revisões futuras da nora. Se u equipaento de prevenção falhar 49

7 50 Equipaentos para subestações de T&D no ensaio e estiver sendo utilizado u transforador co grande volue de óleo, será difícil ao laboratório de ensaios. Por este otivo, deve ser buscadas alternativas de ensaios para que a verificação de desepenho se disseine na prática. 3) ABNT NBR 8674: sisteas de água nebulizada Ua das referências norativas desta nora é a NFPA 15:2001 Standard for water spray fixed systes for fire protection. Os requisitos gerais infora co ais clareza que as versões anteriores deste tipo de sistea pode ser utilizado co os seguintes propósitos, e diferentes graus e situações para: Prevenção de incêndio; Extinção de incêndio; Proteção contra exposição; Controle de cobustão. O sistea deve ser operável autoaticaente e provido de eios para operação anual. As distâncias elétricas entre as partes do sistea e as partes energizadas não deve ser enores que as descritas na ABNT NBR No que diz respeito ao supriento de água, ela especifica alguas características gerais e indicações para as capacidades dos reservatórios de supriento de água. Estes deve peritir anter ua descarga de água para o aior risco isolado nos valores de projeto de vazão e pressão, por u tepo ínio de 30 inutos. O supriento de água deve ser feito por ua fonte confiável, tais coo: Reservatório de alientação por gravidade; Reservatório provido de estação de bobeaento, associado ou não a u tanque hidropneuático; Dois ou ais tanques hidropneuáticos interligados, co capacidade para atender ao sistea por, no ínio, 10 inutos. Tabela 4 Ordens de grandeza das correntes de curto-circuito áxias típicas para arcos Faixa de potência do transforador (MVA) Até 5 MVA 10 a 50 MVA > 50 MVA São previstos ensaios coo: internos e transforadores e reatores de potência Faixa de tensões no enrolaento de aior tensão () 1 a 15 Ensaios hidrostáticos: toda a tubulação, inclusive os anéis de distribuição, deve ser ensaiada co água a ua pressão ínia igual a vez a pressão de projeto do sistea; Ensaios de escoaento: após ensaiado hidrostaticaente o sistea deve ser subetido a ensaios de escoaento para verificar o correto posicionaento dos bicos de nebulização, a geoetria da descarga e a eventual existência de obstáculos que interfira co a descarga; Ensaios de operação: os coponentes do sistea deve ser ensaiados operacionalente, para garantir a confiabilidade de operação. Os ensaios de operação deve incluir o sistea de detecção de incêndio, alare e sinalização. Falta o ensaio co fogo real para verificar até que proporção o incêndio pode ser apagado. 4) ABNT NBR 12232: sisteas de CO 2 por inundação total, por abafaento Esta nora fixa os requisitos específicos ínios exigíveis para o projeto, instalação, anutenção e ensaios e se aplica apenas aos transforadores e reatores iersos e óleo isolante instalados e abientes fechados. Entre os requisitos gerais e condições gerais de utilização estão especificações coo: O abiente que conté o equipaento protegido deve ser o ais fechado possível. As aberturas deve restringir-se Orde de grandeza das correntes de curto-circuito ka eficazes siétricos 5 Orde de grandeza das durações das correntes de curtocircuito(s) 1 a 2 ao ínio, sendo localizadas de preferência no teto, ou próxias a ele, e providas de dispositivos de fechaento autoático; Se o fechaento das aberturas for ipraticável, deve-se prever ua quantidade adicional de CO 2 para copensar o vazaento; Se o abiente protegido se counicar, por eio de aberturas que não pode ser fechadas, co outros abientes onde há risco potencial de incêndio, estes tabé deve ser protegidos; Portas e janelas deve ser, de preferência, de fechaento autoático, atuadas antes do início da descarga do gás. As portas de acesso aos abientes protegidos deve possuir os acessórios necessários para sua abertura anual. Estas noras ABNT publicadas e 2005 significara u avanço e relação às anteriores, principalente no que diz respeito ao conteúdo da ABNT NBR 8222 (sisteas por despressurização, drenage e agitação do óleo) e à reorganização para que pudesse ser entendidas coo u conjunto de noras e não coo textos isolados. *Sergio Feitoza Costa é engenheiro eletricista, co estrado e sisteas de potência. É diretor da Cognitor, Consultoria, P&D e Treinaento sergiofeitoza@cognitor.co.br CONTINUA NA PRÓXIMA EDIÇÃO Acopanhe todos os artigos deste fascículo e Dúvidas, sugestões e coentários pode ser encainhados para redacao@atitudeeditorial.co.br