Sistema de protecção associado à distribuição de energia na FEUP e sua eficácia Relatório da investigação realizada no âmbito do Projecto FEUP 2009 Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares Supervisor: Hélder Leite Monitor: João Moreira Porto 2009
Resumo Firstly for a first contact with the theme (energy protection systems at FEUP), was made a search process of the most general and fundamental terms to the comprehension of the same one. Along the investigation and searching process about energy protection systems, mostly at FEUP, we learnt the three systems that are most used: fuses, breakers and TPs. Completed the proceeding, it was possible to prove that at FEUP we usually use the breakers opposed to the others Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 2
Palavras-chave Postos de transformação Fusíveis Disjuntores Canalizações eléctricas Média e baixa tensão Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 3
Agradecemos todo apoio do Prof. Doutor Hélder Leite e do colega João Moreira, supervisor e monitor, respectivamente, deste projecto, assim como de toda a comunidade da FEUP. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 4
Índice Resumo Agradecimentos Índice 1. Introdução 2. Objectivos 3. Postos de transformação 4. Fusíveis 5. Disjuntores 6. Sistema de protecção da FEUP 7. Conclusão Referências Bibliográficas Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 5
1. Introdução No âmbito do projecto FEUP, coube-nos a tarefa de estudar os tipos de protecção associados à distribuição de energia em geral, e, em particular, no edifício da FEUP. Para tal, além de uma consulta bibliográfica, visitaram-se os locais onde a energia em média tensão chega à Faculdade, é transformada e distribuída sob a forma de baixa tensão. 2. Objectivos Tendo em linda de conta as vantagens e as desvantagens associadas a cada tipo de protector de circuito, e observando como o sistema energético da FEUP está protegido, foi avaliado, num nível técnico-económico, se o modo de protecção optado é o mais vantajoso. Para além disso, a pesquisa efectuada permitiu com que os nossos conhecimentos acerca dos temas em causa fossem aprofundados, algo que pensamos ser extremamente útil para o nosso futuro enquanto alunos da FEUP. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 6
3. Postos de transformação No caso da FEUP, o transformador converte a energia sob a forma de Média Tensão, fornecida pela EDP, para energia em Baixa Tensão, que será consumida nas várias partes do edifício. Figura 1: Rede de distribuição [1] O transformador consiste em pelo menos duas bobinas ou enrolamentos, e um "caminho", ou circuito magnético, que "acopla" essas bobinas. A grande variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito opera sobre o mesmo princípio de indução electromagnética. Transformadores de potência são destinados primariamente à transformação da tensão e das correntes operando com altos valores de potência. Este procedimento é utilizado para que, ao reduzirem-se os valores das correntes, diminuem-se as perdas por efeito Joule nos condutores. O transformador é constituído por um núcleo de material ferromagnético, como aço, para produzir um caminho de baixa relutância para o fluxo gerado. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 7
Figura 2: Posto de transformação [2] Num Posto de Transformação existem, além dos órgãos de protecção, de seccionamento e medida, transformadores que fazem a redução de Média Tensão (tensão nominal inferior a 60 kv, sendo as tensões mais comuns 10,15 e 30 kv) para Baixa Tensão. Existem duas espécies diferentes: posto de distribuição urbana, situado numa construção de alvenaria ou numa caixa metálica, ou posto de distribuição rural, aéreo, suspenso em postes. Os postos de transformação e o compartimento onde estão instalados os transformadores devem ser convenientemente ventilados. Deve, por isso, haver uma entrada de ar frio, perto do transformador e junto ao solo, e uma saída de ar aquecido, junto à cobertura. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 8
4. Fusíveis Os fusíveis são dispositivos que protegem os circuitos eléctricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, proveniente do Posto de Transformação. Os fusíveis são aplicados em circuitos eléctricos ou mesmo em aparelhos electrónicos, como o rádio, TV, etc. O seu principal objectivo é cortar o fluxo da corrente eléctrica quando existe uma sobrecarga da mesma de forma a proteger todo o circuito evitando o curto-circuito. Figura 3: Fusíveis em cartuxo (média tensão) [3] Os fusíveis são feitos de uma liga metálica com baixo ponto de fusão (chumbo, p.e.). Assim, quando a intensidade da corrente eléctrica é maior do que o seu valor normal, é gerado mais calor do que o costume e essa liga queima e derrete evitando assim a passagem de corrente evitando curto-circuitos (que podem provocar incêndios, explosões, etc.) Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 9
Figura 4: Fusíveis de facas (baixa tensão) [4] A sua principal vantagem em relação a sistemas de protecção semelhantes é o preço, sendo até possível construir fusíveis caseiros. Contudo, quando queimado é obrigatório ser substituído por outro, o que não acontece com os disjuntores. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 10
5. Disjuntores Trata-se de dispositivos de manobra (mecânico) e de protecção capazes de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir por tempo especificado e interromper correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito. Disjuntores (tal como os fusíveis) asseguram a segurança e a proteção da rede eléctrica, com a particularidade de que trabalham com um sistema que percebe o aquecimento da rede elétrica (relé) e se desligam automaticamente. Quando o curtocircuito é sanado e a rede eléctrica esfria, pode ser religado e não precisa ser substituído. Figura 5: Disjuntor de baixa tensão [5] O disjuntor possui três funções: 1. manobra (abertura ou fecho voluntário do circuito); 2. protecção contra curto-circuito (esta função é desempenhada por um actuador magnético, isto é, um solenóide, que efectua a abertura do disjuntor com o aumento instantâneo da corrente eléctrica no circuito protegido); 3. protecção contra sobrecarga (realizada através de um actuador bimetálico, que é sensível ao calor e provoca a abertura quando a corrente eléctrica permanece, por um determinado período, acima da corrente nominal do disjuntor). A sua principal característica é a capacidade de se rearmar (manual ou electricamente), quando ocorrem problemas de corrente, diferindo, assim, do fusível, que tem a mesma função, mas que fica inutilizado depois de proteger a instalação. O esquema seguinte representa graficamente um Posto de Transformação (PT1) associado a um sistema eléctrico com fusíveis (em cartuxo, em média tensão, MT; em faca, em baixa tensão, BT) e disjuntores. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 11
Fusíveis Disjuntores MT Média tensão BT Baixa tensão Figura 6: Esquema da distribuição de energia eléctrica [6] Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 12
6. Sistema de protecção da FEUP Figura 7: Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto [7] A equipa E322 observou, na sua visita guiada ao Posto de Transformação da FEUP que tanto em média como em baixa tenção, o sistema de protecção está baseado num sistema de disjuntores. Portanto, embora seja considerada uma opção financeiramente menos vantajosa, é, contudo, a mais cómoda. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 13
7. Conclusão Após toda a investigação bibliográfica e a observação in loco, a equipa E322 concluiu que a FEUP optou pela forma mais moderna de protecção (disjuntores), no que concerne à transformação e distribuição de energia. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 14
Referências Bibliográficas 1. Webgrafia CANALIZAÇÕES ELÉCTRICAS em: http://paginas.fe.up.pt, através de < > e < >. Visitado em 05.10.2009. FUSÍVEIS em: http://www.li.facens.br, através de < > e < >. Visitado em 09.10.2009. IMAGEM POSTER em: http://www.pion.sbfisica.org.br, através de <Multimídia>, <Imagens>, <Eletromagnetismo> e <Raios>. Visitado em 07.10.2009. INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS em: http://www.prof2000.pt, através de, < > e < >. Visitado em 02.10.2009. http://www.prof2000.pt/users/lpa/posto%20de%20transformação.ppt em 29.09.2009. Visitado em: http://www.usda.gov/, através de, <search electric >, <USDA Rural Development's Electric Programs> e < >. Visitado em 08.10.2009. 2. Livros Cotrim, Ademaro A. M. B. 1992. Instalações Elétricas. 3.ª edição. São Paulo: Makron Books. Creder, Hélio. 1995. Instalações Elétricas. 13.ª edição. Rio de Janeiro: LTC livros técnicos e científicos. Luis de Farias, Mario. 2005. Ligação, comando e proteção de motores de indução. APO 296, CEFET RS. Siemens. 1999. Aplicação dos equipamentos nas instalações elétricas industriais de baixa tensão. Apostilla. Daniela Xavier, João Pedro Barbosa, José Guilherme Santos, Pedro Peixoto, Rafael Arrais, Ricardo Tavares 15