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Centro Federal de Educao Tecnolgica Celso Suckow da Fonseca novembro/1999
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.1 Prof. Paulo Duailibe
Subestaes: Tipos, Equipamentos e Proteo
I. CONCEITOS GERAIS 4
I.1 DEFINIO BSICA DE UMA SUBESTAO 4 I.2 CLASSIFICAO DAS SES 4 I.3 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAO E SUAS FUNES 5
II. SISTEMA DE SUPRIMENTO 7
III. PRINCIPAIS ESQUEMAS DE SUBESTAES DE MDIA TENSO 8
III.1 ENTRADA DIRETA 9 III.2 BARRAMENTO SIMPLES 9
IV. ESQUEMAS DE MANOBRA E ARRANJOS DE SES RECEPTORAS 14
IV.1 ESQUEMAS DE MANOBRA DE SES RECEPTORAS 14 IV.2 ARRANJOS FSICOS DE SES RECEPTORAS 14 IV.2.1 ARRANJOS FSICO DAS SUBESTAES DE 13,8 KV 15
IV.2.2 ARRANJO FSICO DE UMA SUBESTAO DE 69 KV 21
V. TABELAS PARA PROJETO DE SUBESTAES 23
VI. SELEO DE NVEIS DE TENSO DAS SUBESTAES 24
VII. DEFINIO DA POTNCIA DAS SUBESTAES PARA INDSTRIAS 26
VII.1 PEQUENO PORTE 26 VII.2 GRANDE PORTE 28
VIII. EQUIPAMENTOS: TIPOS, SELEO E DIMENSIONAMENTO 29
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.2 Prof. Paulo Duailibe
VIII.1 TRANSFORMADORES DE FORA 29 VIII.2 TRANSFORMADORES DE CORRENTE 30 VIII.2.1 PRINCPIOS FUNDAMENTAIS 30
VIII.2.2 PRINCIPAIS TIPOS CONSTRUTIVOS 31
VIII.2.3 PRINCIPAIS CARACTERSTICAS ELTRICAS DOS TCS 34
VIII.2.4 DESIGNAO NORMATIVA DOS TCS 36
VIII.2.5 DETERMINAO DA CORRENTE PRIMRIA NOMINAL DO TC 37
VIII.3 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL 38 VIII.3.1 PRINCPIOS FUNDAMENTAIS 39
VIII.3.2 PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DOS TPS 39
VIII.3.3 DESIGNAO NORMATIVA DOS TPS 41
VIII.3.4 GRUPOS DE LIGAO 41
VIII.4 CHAVES SECIONADORAS 42 VIII.4.1 TIPOS CONSTRUTIVOS 42
VIII.4.2 TIPOS DE OPERAO E COMANDO 46
VIII.5 DISJUNTORES 47 VIII.5.1 DISJUNTORES A LEO 49
VIII.5.2 DISJUNTORES A AR COMPRIMIDO 49
VIII.5.3 DISJUNTORES A SF6 51
VIII.5.4 DISJUNTORES A VCUO 54
VIII.6 PRINCIPAIS SISTEMAS DE ACIONAMENTO 55 VIII.6.1 ACIONAMENTO POR SOLENIDE 56
VIII.6.2 ACIONAMENTO A MOLA 56
VIII.6.3 ACIONAMENTO A AR COMPRIMIDO 57
VIII.6.4 ACIONAMENTO HIDRULICO 57
VIII.7 PRA-RAIOS 58 VIII.8 CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS DOS PRA-RAIOS 59 VIII.8.1 PRA-RAIOS COM GAP E RESISTOR NO LINEAR 59
VIII.8.2 PRA-RAIOS DE XIDO DE ZINCO 59
VIII.9 RECOMENDAES DE DISTNCIAS DE PRA-RAIOS 60 VIII.10 RESISTORES DE ATERRAMENTO 61 VIII.11 CURTO-CIRCUITO EM SISTEMAS INDUSTRIAIS 63 VIII.11.1 CORRENTES DE CUTO-CIRCUITO 66
VIII.12 EXEMPLO NUMRICO 73
IX. PROTEO 77
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.3 Prof. Paulo Duailibe
IX.1 PROTEO DE TRANSFORMADORES EM SUBESTAES 77 IX.1.1 INTRODUO 77
IX.1.2 ESQUEMAS DE PROTEO 79
IX.1.3 DESCRIO DAS PRINCIPAIS PROTEES 82
IX.1.4 TABELA DE CALIBRAO DO REL PRIMRIO DE SE DE 13,8 KV EM FUNO
DA DEMANDA 84
X. BIBLIOGRAFIA 85
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.4 Prof. Paulo Duailibe
Subestaes: Tipos, Equipamentos e Proteo
I. CONCEITOS GERAIS
I.1 Definio Bsica de uma Subestao
Uma subestao (SE) um conjunto de equipamentos de manobra e/ou
transformao e ainda eventualmente de compensao de reativos usado
para dirigir o fluxo de energia em sistema de potncia e possibilitar a sua
diversificao atravs de rotas alternativas, possuindo dispositivos de
proteo capazes de detectar os diferentes tipo de faltas que ocorrem no
sistema e de isolar os trechos onde estas faltas ocorrem.
I.2 Classificao das SEs
As subestaes podem ser classificadas quanto sua funo e a sua
instalao.
Funo no sistema eltrico:
Subestao Transformadora
aquela que converte a tenso de suprimento para um nvel diferente, maior
ou menor, sendo designada, respectivamente, SE Transformadora Elevadora
e SE Transformadora Abaixadora.
Geralmente, uma subestao transformadora prximas aos centros de
gerao uma SE elevadora. Subestaes no final de um sistema de
transmisso, prximas aos centros de carga, ou de suprimento a uma
indstria uma SE transformadora abaixadora.
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Subestao Seccionadora, de Manobra ou de Chaveamento
aquela que interliga circuitos de suprimento sob o mesmo nvel de tenso,
possibilitando a sua multiplicao. tambm adotada para possibilitar o
seccionamento de circuitos, permitindo sua energizao em trechos
sucessivos de menor comprimento.
Modo de instalao dos equipamentos em relao ao meio ambiente:
Subestao Externa ou Ao Tempo
aquela em que os equipamentos so instalados ao tempo e sujeitos
portanto s condies atmosfricas desfavorveis de temperatura, chuva,
poluio, vento, etc., as quais desgastam os materiais componentes, exigindo
portanto manuteno mais freqente e reduzem a eficcia do isolamento.
Subestao Interna ou Abrigada
aquela em que os equipamentos so instalados ao abrigo do tempo,
podendo tal abrigo consistir de uma edificao e de uma cmara subterrnea.
Subestaes abrigadas podem consistir de cubculos metlicos, alm de
subestaes isoladas a gs, tal como o hexafluoreto de enxofre (SF6).
I.3 Principais Equipamentos de uma Subestao e suas Funes
Equipamentos de Transformao
Transformador de fora Transformadores de instrumentos (transformadores de corrente e
transformadores de potencial (capacitivos ou indutivos)
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Sem os transformadores de fora seria praticamente impossvel o
aproveitamento econmico da energia eltrica, pois a partir deles foi possvel
a transmisso em tenses cada vez mais altas, possibilitando grandes
economias nas linhas de transmisso em trechos cada vez mais longos.
J os transformadores de instrumentos (TCs e TPs) tm a finalidade de
reduzir a corrente ou a tenso respectivamente a nveis compatveis com os
valores de suprimento de rels e medidores.
Equipamentos de Manobra
Disjuntores Chaves seccionadoras
Os disjuntores so os mais eficientes e mais complexos aparelhos de
manobra em uso de redes eltricas, destinados operao em carga,
podendo sua operao ser manual ou automtica.
As chaves seccionadoras so dispositivos destinados a isolar equipamentos
ou zonas de barramento, ou ainda, trechos de linhas de transmisso.
Somente podem ser operadas sem carga, muito embora possam ser
operadas sob tenso.
Equipamentos para Compensao de Reativos
Reator derivao ou srie Capacitor derivao ou srie Compensador sncrono Compensador esttico
Desses equipamentos o que utilizados com mais freqncia nas SEs
receptoras de pequeno e mdio porte o capacitor derivao. Assim, a
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abordagem do curso se concentrar neste equipamento que tem por
finalidade bsica corrigir o fator de potncia do sistema eltrico.
Equipamentos de Proteo
Pra-Raios Rels Fusveis
O pra-raios um dispositivo protetor que tem por finalidade limitar os
valores dos surtos de tenso transitantes que, de outra forma, poderiam
causar severos danos aos equipamentos eltricos. Eles protegem o sistema
contra descargas de origem atmosfricas e contra surtos de manobra.
Os rels tm por finalidade proteger o sistema contra faltas, permitindo
atravs da atuao sobre disjuntores, o isolamento dos trechos de
localizao das faltas.
O fusvel se destina a proteger o circuito contra curtos, sendo tambm um
limitador da corrente de curto. Muito utilizado na indstria para a proteo de
motores.
Equipamentos de Medio
Constituem os instrumentos destinados a medir grandezas tais como
corrente, tenso, freqncia, potncia ativa e reativa, etc.
II. SISTEMA DE SUPRIMENTO
Em geral, a alimentao de uma industria de responsabilidade da
concessionria de energia eltrica. Assim, o sistema de alimentao vai
depender da disponibilidade das linhas de transmisso existentes na regio
do projeto.
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.8 Prof. Paulo Duailibe
O sistema de suprimento mais utilizado na indstria de pequeno e mdio
porte o radial simples mostrado esquematicamente na Figura 1.
Barra SE
ChaveSeccionadora
Disjuntor
Trafo 1 Trafo 2
Linha deDistribuio
SE - Indstria
Barra SEda Concessionria
Figura 1 Sistema Radial Simples
III. PRINCIPAIS ESQUEMAS DE SUBESTAES DE MDIA TENSO
Entre os vrios esquemas de subestaes de mdia tenso encontrados na
prtica, podem ser destacados, pela sua freqncia de utilizao, a entrada direta e o barramento simples, descritos a seguir.
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III.1 Entrada direta
Em SEs receptoras com uma s entrada e um s transformador no
necessrio barramento, podendo ser prevista uma alimentao direta. A
Figura 2 mostra esquemas de subestaes com entrada direta.
Figura 2 Entrada Direta
III.2 Barramento Simples
Havendo mais de uma entrada, e/ou mais de um transformador em SE
receptora o barramento simples o esquema de maior simplicidade e menor
custo, com confiabilidade compatvel com este tipo de suprimento. A seguir
so apresentadas figuras com as principais variaes encontradas em SEs
de barramento simples.
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.10 Prof. Paulo Duailibe
Figura A e B
O defeito em qualquer transformador causa a abertura do disjuntor,
desligando por completo a SE, cabe ao operador identificar a unidade
afetada, isol-la atravs dos respectivos seccionadores e providenciar o
religamento do disjuntor.
Figura C
Este esquema, utilizado em SEs de maior porte, limita o desligamento ao
transformador defeituoso, introduzindo disjuntor individual para cada
transformador. O acrscimo de chaves de isolamento e de contorno (by-
pass) d maior flexibilidade operao, s custas de maior complexidade
nos circuitos de controle (aumentando os intertravamentos) e de proteo
(adicionando transferncia de disparo no caso de contorno de um disjuntor).
(A) (B)
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.11 Prof. Paulo Duailibe
As figuras D, E, F e G apresentadas a seguir mostram esquemas para SEs
com duas entrada radiais, com um ou mais transformadores.
Figura D
Este esquema s permite a alimentao da SE por uma entrada de cada vez,
mediante intertravamento adequado, obrigando o desligamento momentneo
da carga quando for necessria a transferncia de fonte.
(C)
(D)
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.12 Prof. Paulo Duailibe
Figura E
Se as entradas puderem ser ligadas em paralelo, obtm-se maior
confiabilidade com o esquema E, onde cada entrada sendo dotada de
disjuntor prprio, pode ser desligada em caso de falha, independentemente
de outra. Neste caso, o(s) disjuntor(es) no precisa(m) de chave de contorno
face a existncia da segunda entrada.
Figuras F e G
Havendo dois transformadores, pode ser seccionada a barra para tornar a
operao mais flexvel (F). Se for necessrio evitar a interrupo total do
suprimento ao ser desligado um transformador, instala-se um disjuntor para
seccionar a barra (G).
(E)
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.13 Prof. Paulo Duailibe
As SEs receptoras destinadas s indstrias que aparecerem com maior
freqncia so na faixa de tenso de 13,8 a 69 kV, prevalecendo em sua
grande maioria as SEs de pequeno porte (13,8 kV). Assim, sero enfatizados
tanto os esquemas como o arranjo fsico dessas SEs.
(F)
(G)
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IV. ESQUEMAS DE MANOBRA E ARRANJOS DE SES RECEPTORAS
IV.1 Esquemas de Manobra de SEs Receptoras
Os esquemas mais utilizados so os da figura A para as SEs de 13,8 kV e B
para as SEs acima de 13,8 at 69 kV.
IV.2 Arranjos Fsicos de SEs Receptoras
Neste item sero apresentados alguns dos principais arranjos utilizados nas
SEs receptoras.
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IV.2.1 Arranjos Fsico das Subestaes de 13,8 kV
Os principais tipos de arranjos fsicos caractersticos das subestaes de
13,8 kV so:
SE Abrigada
A Figura 3 apresenta um esquema tpico de uma subestao abrigada em
13,8 kV.
Planta Baixa
Corte A-A Diagrama Unifilar
Figura 3 SE Abrigada
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SE Ao Tempo As Figuras 4 e 5 mostram alguns detalhes de SEs de 13,8 kV ao tempo.
Figura 4 Vista Geral de SE de 13,8 kV Ao Tempo
Figura 5 Detalhe do Transformador: SE de 13,8 kV Ao Tempo
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SE Semi-Abrigada
A Figura 6 apresenta a planta baixa de uma SE semi-abrigada de 13,8 / 4,16
kV. A Figura 7 mostra um corte.
Figura 6 SE Semi-Abrigada: Planta Baixa SE 13,8 / 4,16 kV
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Consultoria para Uso Eficiente de Energia pg.18 Prof. Paulo Duailibe
Figura 7 SE Semi-Abrigada: Corte A-A SE 13,8 / 4,16 kV
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SE Blindada ao Tempo
A Figura 8 apresenta uma SE blindada ao tempo.
Vista Frontal com Portas Externas Abertas
Diagrama Unifilar
Figura 8 SE Blindada ao Tempo
SE Blindada Abrigada
A Figura 9 mostra uma SE blindada abrigada. Pode-se observar o
transformador seguido de um disjuntor e TIs.
Legenda
1 Seccionador de entrada
2 Seccionador do disjuntor
3 Disjuntor Principal
4 Comando Auxiliar Geral
5 Conector de Ligao neutro/terra
6 Bloqueio Eltrico
7 Caixa de Medio
8 Entrada dos Cabos
9 Sada dos Cabos
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Vista Frontal
Corte A-A
Corte B-B Diagrama Unifilar
Figura 9 SE Blindada Abrigada
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IV.2.2 Arranjo Fsico de uma Subestao de 69 kV
As Figuras 10 a 13 apresentam a vista geral e detalhes de equipamentos de
uma SE de 69 kV.
Figura 10 Viso Geral: SE 15 MVA 69 / 4,16 kV
Figura 11 Detalhe de Disjuntor de 69 kV a PVO
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Figura 12 Detalhe de TIs de SE de 69 kV
Figura 13 Detalhe de um Transformador de uma SE de 69 kV
Na Figura 14 pode ser vista uma chave seccionadora de 69 kV com dupla
abertura lateral montada horizontalmente.
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Figura 14 Detalhe de Chave Seccionadora de uma SE de 69 kV
V. TABELAS PARA PROJETO DE SUBESTAES
Servio Interno Servio Externo
Fase-Fase
(mm)
Fase-Neutro
(mm)
Fase-Fase
(mm)
Fase-Neutro
(mm)
Mn Recomendado Mn Recomendado Mn Recomendado Mn Recomendado
150 200 115 150 170 300 130 200
Figura 15 Afastamento dos Barramentos de SE de 13,8 kV
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Distncias Mnimas (m) 25/34 kV 69 kV 138 kV 230 kV
Entre fases, para barras rgidas 1,20 2,15 2,40 3,60
Entre fases, para barras flexveis 1,20 2,50 3,00 4,50
Entre fase e terra, para barras rgidas 0,50 1,50 1,50 2,50
Entre fase e terra, para barras flexveis 0,50 2,00 2,20 3,40
Alturas mnima do solo, das partes vivas 3,00 4,00 4,50 5,00
Altura mnima do solo, das partes em tenso
reduzida a zero (porcelana, isoladores, etc.) 2,50 2,50 2,50 3,00
(1) As chaves no barramento so consideradas como barras flexveis.
(2) As distncias fase-terra de barras flexveis so do ponto de flexa mxima ao solo.
Figura 16 Distncias Mnimas
Demanda (kVA) Tubo ou Barra
Retangular de Cobre (mm2)
Fio Cobre Nu (AWG)
Vergalho de Cobre
( mm)
AT 700 20 4 6,5
De 701 a 2500 50 - 8,5
Figura 17 Dimensionamento do Barramento de Alta Tenso de SE de 13,8 kV
VI. SELEO DE NVEIS DE TENSO DAS SUBESTAES
Uma forma de estimar o nvel da tenso de suprimento para instalaes com
potncia acima de 1000 kW atravs da seguinte frmula:
PT = 18
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Onde:
T tenso (kV); P potncia instalada (MW)
interessante ressaltar que esta uma forma aproximada e a escolha
definitiva do nvel de tenso deve sempre submetida a uma anlise das
cargas por parte da concessionria. Deve-se conhecer os nveis de tenso
disponveis no local de implantao do projeto e a partir da verificar se as
necessidades do projeto so atendidas.
Aps a seleo da tenso de suprimento, pode-se definir a tenso dos
equipamentos. No caso de motores, muito importante a escolha correta da
tenso nominal em funo da potncia de forma a obter um equipamento
mais econmico.
A tabela da apresenta uma relao tenso - potncia utilizada na prtica.
Potncia (cv) Tenso (V)
At 500 380 ou 440
500 1500 2300
1000 5000 4000
> 4000 6600 ou 13200
Figura 18 Escolha da Tenso: Motores
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VII. DEFINIO DA POTNCIA DAS SUBESTAES PARA INDSTRIAS
A seguir sero apresentados dois exemplos para definio da potncia de
SEs para indstrias.
VII.1 Pequeno Porte
Uma indstria contm 12 motores de 10 cv alimentados pelo CCM1, 10
motores de 30 cv e 5 motores de 50 cv alimentados pelo CCM2. O QDL,
responsvel pela iluminao da indstria, alimenta 150 lmpadas
fluorescentes de 40 W e 52 incandescentes de 100 W. Todas essas cargas
so alimentadas pelo QGF que suprido pelo transformador da subestao.
Determinar as demandas do CCM1, CCM2, QDL, QDF e QGF e a potncia
necessria do transformador da subestao. Sabe-se que todos os motores
tm fator de potncia 0,85.
Obs: Considerar as potncias dos motores em cv j incluindo o rendimento
do motor.
Potncia dos Motores
S10 cv = 66,885,0736,010 = kVA
S30 cv = 98,2585,0736,030 = kVA
S50 cv = 29,4385,0736,050 = kVA
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Demanda dos Quadros de Distribuio
- CCM1
DCCM1 = N10 cv x S10 cv x FS
Onde:
N nmero de motores
FS fator de simultaneidade
DCCM1 = 12 x 8,66 x 0,65 = 67,55 kVA
- CCM2
DCCM2 = (N30 cv x S30 cv x FS) + (N50 cv x S50 cv x FS)
DCCM2 = (10 x 25,98 x 0,65) + (5 x 43,29 x 0,7) = 320,39 kVA
- QDL
Perdas no reator nas lmpadas de 40 W: 20 W
DQDL = 150 x (40 + 20) + 52 x 100 = 14,2 kVA
- QGF
DQGF = DCCM1 + DCCM2 + DQDL
DQGF = 67,55 + 320,39 + 14,2 = 402,14 kVA
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Potncia do Transformador
Potncia mais prxima padronizada: 500 kVA
Clculo do Fator de Demanda
Potncia instalada = 34,5942,1485,0
736,0)50530101012( =+++ kVA
Fator de demanda = 68,034,59414,402 =
Nmero de Aparelhos Aparelhos
2 4 5 8 10 15 20 50 Motores: a 2,5 cv 0,85 0,80 0,75 0,70 0,60 0,55 0,50 0,40 Motores: 3 a 15 cv 0,85 0,80 0,75 0,75 0,70 0,65 0,55 0,45 Motores: 20 a 40 cv 0,80 0,80 0,80 0,75 0,65 0,60 0,60 0,50 Acima de 40 cv 0,90 0,80 0,70 0,70 0,65 0,65 0,65 0,60 Retificadores 0,90 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,70 0,70 Soldadores 0,45 0,45 0,45 0,40 0,40 0,30 0,30 0,30 Fornos Resistivos 1,00 1,00 -- -- -- -- -- -- Fornos de Induo 1,00 1,00 -- -- -- -- -- --
VII.2 Grande Porte
Fator de Carga (FC) = [carga do trafo] / [potncia nominal do trafo]
FC (mx) = 150% normalizado
Potncia nominal do trafo = [carga do trafo] / [FC]
Consideraes para o clculo: FC = 100%; fator de segurana = 1,25 x carga
Carga:
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Dois motores de 355 kW 788,81 kVA Um motor de 710 kW 788,81 kVA Um motor de 1500 kW 1666,5 kVA Partida de um motor de 1500 kW:
5 x 1666,5 kVA 8332,5 kVA Carga Total 11576,6 kVA
Estimando potncia em transformador de 10000 kVA:
FC = 11576,62 kVA / 10000 kVA = 1,15766 = 115,76%
Para fator de segurana de 25%:
Carga: 11576,62 x 1,25 = 14470,77 kVA
FC = 144,7% dentro da norma
VIII. EQUIPAMENTOS: TIPOS, SELEO E DIMENSIONAMENTO
VIII.1 Transformadores de Fora
Os transformadores de fora so classificados segundo o seu meio isolante,
podendo ser a leo mineral, a lquidos isolantes sintticos pouco inflamveis
(silicone) e secos.
O leo mineral (derivado do petrleo) e os lquidos isolantes sintticos usados
em transformadores, possuem duas funes principais: isolar, evitando a
formao de arco entre dois condutores que apresentem uma diferena de
potencial, e resfriar, dissipando o calor originado da operao do
equipamento.
Os transformadores secos utilizam o ar circulante como meio isolante e
refrigerante, possuindo isolamento classe B, classe F ou classe H.
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VIII.2 Transformadores de Corrente
O transformador de corrente (TC) um transformador para instrumento cujo
enrolamento primrio ligado em srie a um circuito eltrico e cujo
enrolamento secundrio se destina a alimentar bobinas de correntes de
instrumentos eltricos de medio e proteo ou controle.
VIII.2.1 Princpios Fundamentais
A Figura 19 mostra o esquema bsico de um TC.
Figura 19 Esquema Bsico de um TC
O enrolamento primrio dos TCs , normalmente, constitudo de poucas
espiras (2 ou 3 espiras, por exemplo) feitas de condutores de cobre de
grande seo.
N1.I1 = N2.I2
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VIII.2.2 Principais Tipos Construtivos
Os transformadores de corrente classificados de acordo com a sua
construo mecnica so os seguintes:
Tipo Primrio Enrolado
TC cujo enrolamento primrio constiudo de uma ou mais espiras envolve
mecanicamente o ncleo do transformador.
O TC tipo primrio enrolado mais utilizado para servios de medio, mas
pode ser usado para servios de proteo onde pequenas relaes so
requeridas. A Figura 20 mostra este tipo de TC.
Figura 20 TC Tipo Enrolado
Tipo Barra
TC cujo primrio constitudo por uma barra, montada permanentemente
atravs do ncleo do transformador.
Este TC adequada para resistir aos esforos de grandes sobrecorrentes. A
Figura 21 mostra o esquema bsico de um TC tipo barra.
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Figura 21 TC Tipo Barra
Tipo Janela
aquele que no possui primrio prprio e constitudo de uma abertura
atravs do ncleo, por onde passa o condutor do circuito primrio. A Figura
22 mostra este tipo de TC.
Figura 22 TC Tipo Janela
Tipo Bucha
Tipo especial de TC tipo janela construdo e projetado para ser onstalado
sobre uma bucha de um equipamento eltrico, fazendo parte integrante do
fornecimento deste.
Pelo seu tipo de construo e instalao, o circuito magntico dos TCs tipo
bucha maior que nos outros TCs , sendo mais precisos para corrente altas,
pois possuem menor saturao. Em baixas correntes so menos precisos
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em virtude da maior corrente de excitao, razo pela qual no so usados
para medio. A Figura 23 mostra este tipo de TC.
Figura 23 TC Tipo Bucha
Tipo Ncleo Dividido
Este tipo possui o enrolamento secundrio completamente isolado e
permanentemente montado no ncleo, mas no possui enrolamento primrio.
Parte do ncleo separvel ou articulada para permitir o enlaamento do
condutor primrio.
Destina-se ao uso em circuito constitudo de condutor completamente isolado
ou um condutor nu.
Um tipo muito difundido de TC com ncleo dividido o ampermetro alicate.
A Figura 24 mostra o esquema bsico de um TC de ncleo dividido.
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Figura 24 TC de Ncleo Dividido
VIII.2.3 Principais Caractersticas Eltricas dos TCs
As principais caractersticas dos TCs so:
Corrente Secundria Nominal: Padronizada em 5 A. Corrente Primria Nominal: Caracteriza o valor nominal suportado em
regime normal de operao pelo TC. Sua especificao deve considerar a
corrente mxima do circuito em que o TC est inserido e os valores de
curto-circuito.
Classe de Exatido: Valor mximo do erro do TC, expresso em percentagem, que poder ser causado pelo TC aos instrumentos a ele
conectados. A tabela da mostra as classes padronizadas.
TC para Medio TC para Proteo ABNT 0,3 ; 0,6 ; 1,2 ; 3,0 5 ; 10 ANSI 0,3 ; 0,6 ; 1,2 10
Figura 25 Classes de Exatido
A Classe de exatido do TC para medio com finalidade de faturamento a
consumidor: 0,3 (ver tabela da Figura 26).
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Classe de Exatido TCs Alimentando Instrumentos Recomendada Aceitvel
Medidores 0,3 0,6 Indicadores 0,6 1,2
Figura 26 TCs Alimentando Instrumentos
Carga Nominal: Carga na qual se baseiam os requisitos de exatido do TC. A tabela da Figura 27 mostra a designao da carga nominal dos
TCs segundo a ABNT: EB-251.2.
Designao da Carga
Resistncia ()
Reatncia ()
Potncia Aparente (VA)
Fator de Potncia
Impedncia ()
C 2,5 0,09 0,0436 2,5 0,90 0,1 C 5,0 0,18 0,0872 5,0 0,90 0,2 C 12,5 0,45 0,2180 12,5 0,90 0,5 C 25,0 0,50 0,8661 25,0 0,50 1,0 C 50,0 1,00 1,7321 50,0 0,50 2,0 C 100,0 2,00 3,4642 100,0 0,50 4,0 C 200,0 4,00 6,9283 200,0 0,50 8,0
Figura 27 Carga Nominal: EB-251.2
Fator Trmico: Fator pelo qual deve-se multiplicar a corrente primria nominal para se obter a corrente primria mxima que o TC capaz de
conduzir em regime permanente, sob freqncia nominal, sem exceder os
limites de elevao de temperatura especificados e sem sai de sua classe
de exatido.
Nvel de Isolamento: Define a especificao do TC quanto s condies que deve satisfazer a sua isolao em termos de tenso suportvel.
Corrente Trmica Nominal: Maior corrente primria que um TC capaz de suportar durante 1 segundo, com o enrolamento secundrio curto-
circuitado, sem exceder, em qualquer enrolamento, a temperatura mxima
especificada para sua classe de isolamento.
NIterm II do disjuntor
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Corrente Dinmica Nominal: Valor de crista da corrente primria que um TC capaz de suportar durante o primeiro meio ciclo com o enrolamento
secundrio curto-circuitado, sem danos devido s foras eletromagnticas
resultantes. igual a 2,5 vezes o valor da corrente trmica nominal.
Polaridade: Normalmente utilizada a polaridade subtrativa.
VIII.2.4 Designao Normativa dos TCs
TCs para Servio de Medio
A designao dos TCs, de acordo com a ABNT, feita indicando a classe de
exatido seguida da carga nominal com a qual se verifica esta exatido.
Exemplos: 0,6 C50,0
0,3 C2,5
A designao de acordo com a ANSI feita indicando a classe de exatido
seguida da letra B e da impedncia da carga nominal com a qual se verifica
esta exatido.
Exemplos: 0,6B 2,0
0,3B 0,1
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TCs para Servio de Proteo
A designao dos TCs, de acordo com a ABNT e ANSI, feita de acordo
com a tabela da Figura 28.
Caractersticas Nominais Designao ANSI
(C.57.13) ABNT (EB-
251.2) Impedncia Secundria
Interna
Classe de Exatido
(%)
Potncia Aparente
(VA)
Tenso Secundria
(V) Rev. 1968 Ver. 1980 10 2,5 10 T 10 10A 10 10 5,0 20 T 20 10A 20 10 12,5 50 T 50 10A 50 10 25,0 100 T 100 10A 100 10 50,0 200 T 200 10A 200 10 100,0 400 T 400 10A 400
Alta
10 200,0 800 T 800 10A 800 10 2,5 10 C 10 10B 10 10 5,0 20 C 20 10B 20 10 12,5 50 C 50 10B 50 10 25,0 100 C 100 10B 100 10 50,0 200 C 200 10B 200 10 100,0 400 C 400 10B 400
Baixa
10 200,0 800 C 800 10B 800
Figura 28 TCs para Servio de Proteo
VIII.2.5 Determinao da Corrente Primria Nominal do TC
Por recomendao do IEEE, a relao ideal do TC a que atende a
condio:
4 A > (corrente que circula do primrio do TC) / k > 3 A
Onde k a relao de transformao nominal do TC, ou seja: A
Ik N51= ,
resultando:
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> > >
Alm disso:
Funo da Capacidade Dinmica
11 b
II MN
Funo da Capacidade Trmica
21 b
II INN Sendo:
IN1 Corrente nominal primria do TC; IM Corrente momentnea do disjuntor do sistema ou ramal eltrico; b1 Coeficiente do limite de corrente de curta durao para efeito
mecnico;
IIN Corrente de interrupo nominaldo disjuntor do sistema ou ramal eltrico;
b2 Coeficiente do limite de corrente de curta durao para efeito trmico.
VIII.3 Transformadores de Potencial
O transformador de potencial (TP) um transformador para instrumento cujo
enrolamento primrio ligado em derivao a um circuito eltrico e cujo
enrolamento secundrio se destina a alimentar bobinas de potencial de
instrumentos eltricos de medio e proteo ou controle.
1,66 x Corrente que circula no primrio
Corrente Primria Nominal do TC
1,25 x Corrente que circula no primrio
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VIII.3.1 Princpios Fundamentais
A Figura 29 apresenta o esquema bsico de ligao de um TP.
N1
N2
V1
V2
Figura 29 Transformador de Potencial
O TP construdo com N1 > N2.
VIII.3.2 Principais Caractersticas dos TPs
As principais caractersticas dos TPs so:
Tenso Primria Nominal: Estabelecida de acordo com a tenso do circuito no qual o TP ser instalado.
Tenso Secundria Nominal: padronizada em 115 V ou 115/ 3 V. Classe de Exatido: Valor mximo do erro (expresso em percentagem)
que poder ser causado pelo transformador aos instrumentos a ele
conectados (ver tabela da Figura 30).
2
1
2
1
NN
VV =
-
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Classe de Exatido TPs Alimentando Instrumentos Recomendada Aceitvel
Medidores 0,3 0,6 Indicadores 0,6 1,2
Figura 30 Classe de Exatido
Carga Nominal: Carga na qual se baseiam os requisitos de exatido do TP. A tabela da Figura 31 apresenta a designao segundo a ABNT e a
ANSI.
Designao ABNT Designao ANSI P 12,5 W P 25 X P 75 Y P 200 Z P 400 ZZ
Figura 31 Carga Nominal
Exemplo: Um rel de consumo 20 VA/fase a 110 V aplicado a um TP com
tenso secundria de 120 V. O valor corrigido ser:
RV
ZV
ZVVIVVA
22
====
2011011020
22 )(RR
)( ==
82311012020
20110120
2
2
2
2
,)()(
)()(VAnovo === VA
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Potncia Trmica: Maior potncia aparente que um TP pode fornecer em regime permanente sob tenso e freqncias nominais, sem exceder os
limites de temperatura permitidos pela sua classe de isolamento.
Nvel de Isolamento: Define a especificao do TP quanto sua isolao em termos de tenso suportvel.
VIII.3.3 Designao Normativa dos TPs
A designao correta dos TPs feita indicando-se a classe de exatido
separada por um hfen do valor da maior carga nominal com a qual esta se
verifica.
Exemplos: 0,6 P400 (ABNT) 0,6 ZZ (ANSI) 1,2 P25 (ABNT) 1,2 X (ANSI)
VIII.3.4 Grupos de Ligao
De acordo com a ABNT, os TPs classificam-se em trs grupos:
Grupo 1: TP projetado para ligao entre fases; Grupo 2: TP projetado para ligao entre fase e neutro de sistemas
diretamente aterrados;
Grupo 3: TP projetado para ligao entre fase e neutro de sistema onde no se garanta a eficcia da aterramento.
Defini-se um sistema trifsico com neutro efetivamente aterrado como sendo
um sistema caracterizado por um fator de aterramento que no exceda 80%.
Esta condio obtida quando:
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