CURTO CIRCUITOS ESQUEMA IT

CURTO CIRCUITOS ESQUEMA IT

ESTUDO DO CURTO-CIRCUITO NA REDE 2

PODER DE CORTE EXIGIDO A UM APARELHO DE PROTEÇÃO SAIDA TRANSFORMADOR PdC Icc máxima prevista Icc máxima prevista f (rede equivalente a montante) Como calcular, com esta informação, o Icc max? Equivalente de Thévenin IEC 60909 Princípio: a corrente de curto-circuito (I k ) num ponto (nó k) de uma rede eléctrica depende da impedância equivalente a montante desse ponto ( k ) (equivalente de thévenin) Fórmula: UTh c U n Ith I k th k Com: factor c (ver IEC 60909) para os valores da tensão. c.0 para Un 400 V; c.05 para BT e Un 400 V; c. para MT e AT; 3

Se os dados de Scc se referem ao lado MT (vamos usar 5kV), a passagem para corrente far-se-á da seguinte forma: 250MVA Scc cc cc 622 3 5kV ( MVA) 3 5kV I ( ka) I ( ka) 9, ka No entanto, a IEC 909 apresenta para a corrente de curto-circuito máxima a fórmula: I cc c U k ns O que significa que a corrente de curto-circuito é agravada de um factor c, correspondente à possibilidade da tensão no ponto de defeito estar acima do valor nominal. ( max ) c 9,622kA, 9,622kA 0, ka I cc 58 4

A rede equivalente a montante do Transformador será: eq U Icc(max) ns exemplo ( min) ( min) 0, 88Ω Em MT, podemos assumir R<<X (apesar de na prática, para Un <35kV, R0.X pelo que X0.995.k ) k 0.0995k +j0.995k 5kV 3 0,58kA Considero para o efeito pretendido, k jkj0.88ω eq 5

Impedância equivalente, transferida para o lado BT do transformador eq BT 0.4kV 5kV ( Ω) j0.88ω j0. 0006Ω Impedância do transformador(630 kva, 5/0.4 kv, x 4%)vista do lado BT: tr BT ( ) Impedância equivalente no ponto origem da rede BT (transformador): BT Corrente de curto circuito trifásico simétrico no ponto origem BT: 2 ( U ) 4 ( 400V ) C BT Ω jx j j0. 0059Ω 3 S 00 630 0 VA TR 2 ( Ω) + ( Ω) j0.0006ω + j0.0059ω j0. Ω 00759 eq BT tr I CC BT 0.4kV U 3 465 BT 0.00759 SBT ( ka) 2, ka BT 2 6

Suponhamos agora um cabo entre o transformador e a portinhola (50m): LSVAV 3x50+70 (R0.206 Ω/km, X L 0. Ω/km) A impedância total será: eq ( Ω) 0.05km ( 0.206 + j0,) 0.003 + 0. 005Ω cabo j BT ( Ω) + ( Ω) cabo j0.00759ω + 0.003+ j0.005ω 0.003+ j0.05759ω eq 0.08826Ω Novo Icc (na portinhola): 0.4kV I 3 CC 267 cabo 0.08826 ( ka) 2. ka Corrente de curto circuito fase-fase (assimétrico) no ponto: I c U C ( ka) 0, ka CC f 62 2 400 2 0.08826 2 eq 7

Fórmula de cálculo do Iccmin para o curto circuito fase-neutro 8

Fórmula de cálculo do Iccmin para o curto circuito fase-neutro I CC min.5 0.95 U º ( Rf Lf Rn Ln) 20 º C 20 C + A fórmula de cálculo anterior é a utilizada para o caso mais desfavorável relativamente a temperatura do cabo. A seguir foram também efectuados cálculos considerando as temperaturas de 20ºC e 70ºC tendo em conta que a resistência de um condutor, em corrente alternada (considerando os efeitos pelicular e de proximidade) e à temperatura de θ (ºC) se exprime em função do seu valor à temperatura de 20ºC por : [ + α 20( 20) ] Rθ R θ 20 α20 coeficiente de variação da resistividade a 20ºC -para o alumínio α20 0.00403 (ºC) -para o cobre α20 0.00393 (ºC) 9

Cálculo do Iccmin para um cabo LSVAV 3x50+70mm 2 com 50m. 0.95 230 ICC min 20º ICC min 20º 6. 75kA 50 50 0.0309 + 0.0309 50 70 0.95 230 ICC min70º ICC min 70º 5. 62kA 50 50.2 0.0309 + 0.0309 50 70 0.95 230 ICC min45º ICC min45º 4. 50kA 50 50.5 0.0309 + 0.0309 50 70 0

Cálculo do Iccmin para um cabo LSVAV 3x50+70mm2 com 00m. 0.95 230 ICC min 20º ICC min 20º 3. 37kA 00 00 0.0309 + 0.0309 50 70 0.95 230 ICC min70º ICC min 70º 2. 8kA 00 00.2 0.0309 + 0.0309 50 70 0.95 230 ICC min45º ICC min45º 2. 25kA 00 00.5 0.0309 + 0.0309 50 70

Cálculo do Iccmin para um cabo LSVAV 3x50+70mm2 com 000m. 0.95 230 ICC min 20º ICC min 20º 337A 000 000 0.0309 + 0.0309 50 70 0.95 230 ICC min70º ICC min 70º 28A 000 000.2 0.0309 + 0.0309 50 70 0.95 230 ICC min45º ICC min45º 225A 000 000.5 0.0309 + 0.0309 50 70 2

Tabela simulação PSCAD/CALCULO REDE Valor calculado (ka) Valor obtido da simulação (ka) Icc max. Origem BT 2,465 2,8 Portinhola 2,267 2,3 Icc max. assimétrico Iccmin (20º) Portinhola 0,62 0,66 50 metros 6,75 6, 00 metros 3,37 3,22 000 metros 0,337 0,30 3

Estatística de casas antigas Ano Construção Legislação Habitações ocupadas 939 974 Dec-Lei 29782/39 2.4.807 975 2006 Dec-Lei 740/74 RSIUEE.856.053 4

Malha de defeito num contacto directo fase-terra... 230V Rede EDP actual (TN): -ponto neutro do transformador ligado à terra (terra da alimentação) -Ligação do neutro à terra em alguns apoios (± 200/200 m) -DCP de 500mA 5

Norma CEI 479 definição de zonas tempo-corrente ( a 4) para o risco - não há qualquer reacção 2- nenhum efeito fisiológico perigoso 3- contracções musculares, dificuldades respiratórias perturbações cardíacas reversíveis 4- possibilidade de fibrilação ventricular Queimaduras graves, paragem cardio-respiratória 6

Tabelas de Valores Ik e k eq próximo (Ω) Ik Próximo (A) eq afastado (Ω) Ik Afastado (A) Alimen. Def. Alimen. Prov. Meio Rural Meio Urbano 0,3 833 - - - x - x 0,37 622 - - x - - x 0,4 608 0,6 406 x - - x 0,4 607 - - - x - x 0,42 577 - - - x x - 0,47 486 0,82 29 x - - x 0,7 290 0,88 248 - x - x 0,97 244 - - - x - x,2 222,34 79 x - - x,26 90 - - x - x -,47 59 - - - x - x,78 3 - - - x x -,9 8 2,07 04 - x x - 2,30 03 - - x - x - 2,32 07 2,7 92 - x x - 2,89 79 - - - x x - 2,92 78 - - - x x - 3,48 7 3,75 65 - x x - 7

Gráfico de Valores Ik e k 3,5 3 2,5 2,5 k(ω) Ik(kA) 0,5 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 3 4 5 6 7 8 8

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CONCLUSÕES A proteção de pessoas contra contactos indiretos em instalações antigas sem condutor de proteção (TT!) não está garantida (tensão de contacto superior 50V). Em algumas situações nas tabelas acima representadas, as proteções dimensionadas podem não atuar por curtocircuito esquema TN (fase/neutro), podendo originar incêndio (disj Imag >Icc medido inst.). De acordo com 62.6 verificação das condições de proteção por corte automático de alimentação; TT atuação de diferencial TN - medição da malha de defeito Não está garantida a protecção de pessoas contra contatos indiretos 20

ESTUDO DO CURTO-CIRCUITO GERADOR-ALTERNADOR Cálculo da corrente nominal para grupo 00KVA S 00KVA ( KVA) 3 U I I ( A) 44. A n C N N 3 3 400V DADOS DO ALTERNADOR (exemplo-00kva) Reatâncias: - sub-transitória X d0.3 - transitória X d0.8 - permanente Xd2.2 Constantes de tempo: - sub-transitória T d0.00s - transitória T d 0.028s - armadura Ta0.007s 2

22 ( ) Ta t d T t d T t e d X E wt Xd e Xd d X e d X d X E t i + + " ' ' " 2 cos 2 ' " t e d X d X E d T t cosω 2 " ' " t Xd E ω cos 2 Ta t e d X E " 2 t e Xd d X E d T t cosω 2 ' ' Componente subtransitoria Componente transitória Componente permanente Componente contínua (ou unidirecional)

Componente subtransitoria até 0.S Componente transitória até 0.3S Componente permanente Componente continua 23

Corrente de curto circuito 24

Curto circuito alternador 00kVA 25

ESQUEMA IT 26

ESQUEMA IT -DEFEITO 27

ESQUEMA IT 2-DEFEITO 28

REDE, ESQUEMA IT Rede alimentaçao esquema IT 0m 0m 29

Corrente de curto circuito trifásico simétrico no ponto origem IT: Impedância equivalente, alimentação transformador IT (rede) ( Ω) + ( Ω) BT cabo 0.003 + j0.05759 + 0.0308 + j0.00 0.04+ j0.068 0.044Ω Impedância do transformador(0 kva, 0.4/0.4 kv, x5%)vista do lado BT 2 2 ( UC ) BT 5 ( ) ( 400V ) Ω jx j j0. 8Ω tr BT S TR 00 3 0 0 VA Impedância equivalente no ponto de origem da rede IT: ΒΤ ΒΤ ( Ω) + ( Ω) trbt 0.878Ω 0.04+ j0.068 + j0.8 0.04+ j0.868 Corrente de curto circuito trifásico simétrico no ponto origem IT: I U S 0.4kV 3 0.878 BT CC 282. 4 BT ΒΤ A 30

Corrente de curto circuito impedante 0 m após o transformador:ºdefeito Impedância equivalente, alimentação transformador IT (rede) BT ( Ω) + ( Ω) cabo 0.04+ j0.068 0.003 + j0.05759 + 0.0308 + 0.044Ω j0.00 Impedância do transformador(0 kva, 0.4/0.4 kv, x5%)vista do lado BT tr BT ( ) 2 ( U ) 5 ( 400V ) C BT Ω jx j j0. 8Ω 3 S 00 0 0 VA TR 2 Impedância equivalente no ponto de origem da rede IT: ΒΤ ( Ω) + ( Ω) trbt 0.04+ j0.068 + j0.8 0.04+ j0.868 ΒΤ 0.878Ω 3

Corrente de curto circuito impedante 0 m após o transformador:ºdefeito Impedância equivalente a 0 m do transformador: eq ( Ω) + ( Ω) 0,0 ( 3,08 + j0,) cabo ΒΤ 0,079 + j0,878 eq 0,820Ω + 0,04+ j0,868 Primeiro defeito considerando kω (fase-terra): I eq U S Ra 0.4kV 3 0.820 + 000 + 0 BT CC 0. 23 BT + + A 32

O valor da impedância deve ser seleccionado por forma a evitar oscilações do potencial da instalação, devidas a fenómenos de ressonância e a não provocar a circulação de correntes de defeito de valor tão elevado que possa ser detectado pelos dispositivos de protecção (ausência de corte ao defeito).alem disso estas correntes não devem ser demasiado elevadas para que a sua circulação permanente nos condutores de protecção e, eventualmente, nos eléctrodos de terra não provoquem aquecimentos exagerados. Na pratica, para as instalações de 230/400, recomenda-se, para a impedância, a utilização de uma resistência de 000Ω. Segundo defeito (fase-fase): I CC U C 2 eq 0.4kV 2 0.820 BT 243, 6 BT A 33

GRUPO, ESQUEMA IT Grupo gerador 34

Corrente de curto circuito trifásico simétrico no ponto origem IT: Impedância equivalente, alimentação transformador IT, Xd0,8Ω (grupo) ( Ω) + ( Ω) j0.8 + 0.0308 + j GRUPO cabo 0.0308 + j0.8 0.836Ω 0.00 Impedância do transformador(0 kva, 0.4/0.4 kv, x5%)vista do lado BT 2 2 ( UC ) BT 5 ( ) ( 400V ) Ω jx j j0. 8Ω tr BT Impedância equivalente no ponto de origem da rede IT: ΒΤ ( Ω) + ( Ω) trbt 0.985Ω S TR 0.0308 + ΒΤ Corrente de curto circuito trifásico simétrico no ponto origem IT: I U S 00 0.4kV 3 0.985 3 0 0 VA j0.8+ BT CC 235. 3 BT ΒΤ j0.8 0.0308 + A j0.980 35

Corrente de curto circuito impedante 0 m após o transformador:ºdefeito Impedância equivalente, alimentação transformador IT,Xd0,8Ω (grupo) ( Ω) + ( Ω) j0.8 + 0.0308 + j0.00 GRUPO cabo 0.0308 + j0.8 0.836Ω Impedância do transformador(0 kva, 0.4/0.4 kv, x5%)vista do lado BT tr BT ( ) 2 ( U ) 5 ( 400V ) C BT Ω jx j j0. 8Ω 3 S 00 0 0 VA TR 2 Impedância equivalente no ponto de origem da rede IT: ΒΤ ( Ω) + ( Ω) trbt 0.0308 + j0.8+ j0.8 0.0308 + j0.980 ΒΤ 0.985Ω 36

Corrente de curto circuito impedante 0 m após o transformador:ºdefeito Impedância equivalente a 0 m do transformador: eq cabo ( Ω) + ( Ω) 0,0 ( 3,08 + j0,) ΒΤ 0,066 + j0,982 eq 0,9839Ω + 0,0308 + Primeiro defeito considerando kω (fase-terra): j0,98 I BT U SBT eq + + Ra 0.4kV 3 0.9839 + 000 + 0 CC 0. 23 Segundo defeito (fase-fase): I CC U C 2 eq 0.4kV 2 0.9839 BT 203, 3 BT A A 37

Tabela simulação PSCAD/CALCULO ESQUEMA IT Icc Valor calculado Rede (A) Valor simulado Rede (A) Valor calculado Grupo (A) Valor simulado Grupo (A) Trifasico simetrico 282,4 276 235,3 233 ºDefeito 0,23 0,25 0,23 0,253 2ºDefeito 243,6 237 203,3 20 38

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Conclusões No esquema IT recomenda-se a não distribuição do condutor neutro, pois pode correr-se o risco de existir um 2 defeito sem que o tenha sido sinalizado, disparando a proteção (esquema TN) e perdendo-se a vantagem inerente a utilização deste esquema. No esquema IT o valor das impedâncias é preponderante no dimensionamento das proteções, quando houver mais de uma carga, devem ser protegidas por diferenciais distintos e a sensibilidade do diferencial deve ser 2 vezes a corrente que passa na resistência de neutro quando impedante (evitar disparo -defeito). Quando a proteção de pessoas for garantida por disjuntor (TN) deve-se dimensionar a proteção para funcionar por disparo magnético. 4

Obrigado 42