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TCC PROTEÇÃO CONTRA SOBRECORRENTE EM REDES PRIMÁRIAS DE SITRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Tipologia: Teses (TCC)
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Não perca as partes importantes!
Relatório de Estágio Supervisionado apresentado ao Instituto Luterano de Ensino Superior de Porto Velho – ILES/PVH, no Curso Superior de Tecnologia em Sistemas Elétricos, como requisito para a obtenção do título de Tecnólogo em Sistemas Elétricos, sob a orientação do Prof. Eng. Me. Elson Borges da Silva Filho.
Dedico este trabalho a minha avó Keila Maria Faria Rodrigues, heroína qυе mе incentivou nas horas difíceis de desânimo е cansaço, e que sempre me apoiou nos meus estudos, meus pais dos quais me incentivaram a estudar.
Agradeço em primeiro lugar ao autor da existência, aquele que permite que todas as coisas se concretizem, nosso único e verdadeiro Deus. Em segundo lugar agradeço a todas as pessoas que diretamente ou indiretamente, contribuíram para a construção dos meus valores: meus pais, os mestres do passado e todos os que compartilharam um pouco do que sabem comigo e com os meus amigos nesta vida acadêmica. Não vou deixar de agradecer a compreensão de pessoas especiais, quando minha presença não foi possível e quando minha preocupação e atenção pareciam se voltar exclusivamente para este trabalho, obrigado a minha família mãe, pai, irmãos e tios.
A proteção da rede de distribuição de energia elétrica visa proteger os equipamentos os quais compõem o sistema elétrico, e fornecer segurança para as pessoas envolvidas direta ou indiretamente com o mesmo, há diversos tipos de falhas que podem ocorrer numa rede de distribuição de energia elétrica, desde as naturais como descargas atmosféricas, que são conhecidas como raios ou relâmpagos e que podem atingir uma linha de rede elétrica. E curto-circuitos os quais são variações extremas de corrente que flui no sistema elétrico, que podem ser causados por inúmeros fatores, como a queda de uma árvore em cima das linhas, acidentes de trânsitos quando há colisão com postes de energia elétrica e até mesmo algum ato de vandalismo. Este trabalho de conclusão de curso tem como foco principal abranger de forma simples e objetiva o estudo dos elos fusíveis, nos itens que seguem será visto o princípio de funcionamento de chave-fusível, as suas características para especificação, o dimensionamento de elos-fusíveis e a filosofia de coordenação entre os mesmos.
Palavras-Chave: Curto-circuito, Proteção, Rede de Distribuição, Condutores, Dimensionamento, Segurança.
kVA – Kilo Volt Ampere. Kv – Kilo Volt V – Tensão. A – Amperes. AT – Alta Tensão. MT – Media Tensão. BT – Baixa Tensão. SE – Subestação. EPI – Equipamento de Proteção Individual. EPC – Equipamento de Proteção Coletiva. POP – Procedimentos operacionais padrão APR – analise preliminar de riscos DAC – Dispositivo de abertura com carga. DAQC – Dispositivo anti-queda de cartucho. NR 10 – Norma Regulamentadora. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.
Sabendo que o sistema de distribuição de energia consiste em um sistema complexo, é impossível que este seja imune às perturbações, defeitos e falhas diversas. Sendo que a ocorrência destas anomalias resultará na interrupção do fornecimento de energia elétrica, podendo ainda ocasionar danos pessoais, materiais e aos componentes que constituem o sistema. A principal função de um sistema de proteção é assegurar a desconexão de todo o sistema elétrico submetido a qualquer anormalidade que o faça operar fora dos limites previstos ou de parte dele. Os esquemas de proteção visam isolar os trechos defeituosos do sistema, devido ao baixo custo e desempenho satisfatório para o nível de proteção o qual se deseja, os elos fusíveis são os elementos mais utilizados na proteção de rede de distribuição de energia elétrica em zonas urbanas e rurais.
1.1. histórico da empresa
Sardinhas comércio de matérias elétricos LTDA, iniciou suas atividades em 2009, a empresa está localizada na Rua Quintino Bocaiuva n: 2918 bairro: São Cristóvão - Porto Velho-RO, oferecendo serviços de reparação, manutenção, construção de redes elétricas de média e baixa tensão, atua no comercio varejista de peças, materiais e acessórios para equipamentos elétricos. Atualmente a empresa conta com colaboradores bem capacitados e treinados para produzir com qualidade os serviços realizados tais como, manutenção, reparação e construção de redes de distribuição de energia elétrica, reparação de equipamentos elétricos, montagem de subestações de alta e baixa tensão, a missão da Sardinhas é atuar no mercado e ser uma empresa de atuação e reconhecimento no setor elétrico com serviços inovadores e eficientes.
Figura 1: EMPRESA SARDINHAS
1.2. objetivo do estágio supervisionado
2 referencial teórico
O elo fusível é um dispositivo de proteção que tem a função de interromper a corrente de um circuito quando a mesma excede determinados valores, é composto de um elemento fusível central e dois fios de aquecimento em série. Seu princípio de funcionamento ocorre juntamente com a chave-fusível do tipo XS, é acoplado o cartucho o qual em seu interior está instalado o elo-fusível, que é o elemento de proteção, o qual se rompe em função das suas características tempo x corrente, porém para garantir a interrupção da corrente elétrica é necessário que o elo-fusível possua um pequeno tubo o qual cobre seu elemento ativo e ao ser queimado pelo arco o mesmo produza uma substância que aquecida libere gases deionizantes, isso impede que o arco continue fluindo entre os terminais do elo-fusível.
2.1. ZONA DE proteção
É o trecho da rede onde o equipamento de proteção consegue ser sensibilizado por uma sobrecorrente gerada por curto-circuito, em geral podemos conceituar como zona de proteção um trecho de uma rede de distribuição protegido por um equipamento de proteção (fusíveis, disjuntores, reles, religadores), entre outros que tem a função de desacoplar o circuito onde ocorreu uma falha, tendo como objetivo minimizar qualquer tipo de dano ocorrido devido à anomalia.
2.1.1.. Finalidade da proteção
Todo e qualquer elemento de proteção deve ser eficiente no desempenho de suas funções efetuando o isolamento do curto-circuito, em tempo hábil para evitar danos no sistema de distribuição e garantir a segurança de pessoas e animais. Deve, também, isolar o menor trecho possível do sistema no caso de defeitos,
Visando manter a máxima continuidade de fornecimento do sistema elétrico, de forma a otimizar os custos. O sistema de proteção para conseguir atender a estas finalidades deve apresentar os seguintes requisitos básicos quanto ao seu desempenho: Sensibilidade, Velocidade, Seletividade, Coordenação.
2.2. TIPOS DE ELOS FUSÍVEIS DE DISTRIBUIÇÃO
Na chave-fusível é acoplado o cartucho o qual em seu interior está instalado o elo-fusível, que é o elemento de proteção, o qual se rompe em função das suas características tempo x corrente, porém para garantir a interrupção da corrente elétrica é necessário que o elo-fusível possua um pequeno tubo o qual cobre seu elemento ativo e ao ser queimado pelo arco o mesmo produza uma substância que Aquecida libere gases deionizantes, isso impede que o arco continue fluindo entre os terminais do elo-fusível. Os elos-fusíveis são codificados nas seguintes classificações: Tipo H, Tipo K, Tipo T. Tabela 1 – Correntes nominais dos Elos Fusíveis Tipos de Elos Fusíveis Corrente Nominais (A) H 0,
K e T Grupo A 6
Grupo B 8
2.2.1.. Características mecânicas
Não é permitido o emprego de materiais ferrosos nas partes condutoras de corrente do elo fusível, bem como cromar, cadmiar ou niquelar. Os materiais empregados devem ser àqueles cujas características físico-químicas não sejam alteradas do modo permanente com o tempo, pelo ambiente ou pela corrente normal de operação do circuito. Um material apropriado e que obedece a estas características é uma liga de estanho com ponto de fusão em torno de 230º C. Por outro lado, o chumbo que é largamente empregado como fusível em baixa tensão, não deve ser utilizado como elo fusível, devido a não possuir a necessária dureza para evitar deformações permanentes. Existem dois tipos diferentes de elos fusíveis, cada um com sua aplicação específica.
atuação lenta não irá operar na energização do transformador, devido a corrente de Inrush. Sendo fabricados com as seguintes correntes nominais: 0,5-1-2-3-5 A.
Figura 3: Curva tempo x corrente dos Elos fusíveis tipo H.
Deve-se sempre consultar a curva tempo x corrente fornecida pelo fabricante, o elo fusível tem uma corrrente máxima e mínima de fusão para cada tempo de atuação, de acordo com a curva de tempos máximos admissíveis para sobrecorrentes em transformador, deverá fundir num tempo inferior a 17s, com correntes de 2,5 a 3 vezes a corrente nominal do transformador.
1.5. (^) Tipo K
Trata-se de um dispositivo com tempo de atuação rápido, são utilizados na proteção de ramais alimentadores de distribuição ou ao longo destes, porém na sua trajetória final. Os elos fusíveis do tipo K são agrupados em dois diferentes tipos: elos-fusíveis preferenciais e elos-fusíveis não preferenciais. Essa classificação é importante, pois indica que só existe coordenação entre elos-fusíveis do mesmo grupo, ou seja, elos-fusíveis de grupos diferentes não são seletivos. As correntes nominais dos elos-fusíveis preferenciais possuem correntes nominais de: 6-10-15-25-40-65-100-140-200 A, conforme figura 4, já os não preferenciais possuem corrente nominal de: 8-12-20-30-50-80 A conforme figura 5.
Figura 4: Curva tempo x corrente dos Elos fusíveis tipo K preferenciais.
Figura 5: Curva tempo x corrente dos Elos fusíveis tipo K não preferenciais.
Para realizar a seleção dos elos fusíveis, para a proteção de um transformador de distribuição instalado na rede, é necessário usar a tabela fornecida pelo fabricante ou fazer o cálculo do elo fusível baseado se na corrente nominal do transformador, exemplo: um transformador com potência de 300 kVA trifásico – 13. kV.
Elo fusível adotado será de 15 K. Tabela 2: Seleção dos Elos fusíveis H e K para proteção de transformador Escolha de elos fusíveis K e H Potência do Transformador kVA
kV
kV
kV
11,4 KV 13,8 kV 22 kV
kV
34,5 kV
Transformadores monofásicos 3 2H 1H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 5 3H 2H 1H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 7,5 3H 2H 1H 0,5H* 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 10 5K 3H 2H 1H 1H 0,5H 0,5H 0,5H 15 6K* 5K 2H 2H 1H* 0,5H* 0,5H* 0,5H 25 12K 6K 5K 2H 2H 1H 1H 1H 30 15K 8K 5H 3H 2H* 1H* 1H 1H
Figura 7: Curva tempo x corrente dos Elos fusíveis tipo T não preferenciais.
1.7. Critério de aplicação dos elos fusíveis
É necessário seguir alguns critérios básicos na aplicação dos elos fusíveis em um sistema de distribuição, conforme descritos abaixo: Deve-se dimensionar o elo fusível de maneira a prever o crescimento da carga em um período de pelo menos cinco anos. Dimensionar o elo fusível para suportar cargas eventualmente transferidas, em casos de manobras na rede de distribuição, nos casos de manutenções. Para a proteção de ramal é necessário que a corrente nominal do elo fusível seja superior ou igual a 150% da corrente máxima da carga prevista no projeto no ponto de instalação da chave fusível. Conforme equação: Inef ≥ 1,5 x Imáx Inef = corrente nominal do elo fusível, em A. Imáx = corrente máxima do alimentado, em A.
A chave fusível deve ter uma corrente nominal igual ou pelo menos a 150% da corrente nominal da corrente do elo fusível, é necessário o cálculo para determinar as correntes de curto-circuito trifásicas, bifásicas e fase-terra nos pontos onde estão instaladas as chaves fusíveis. O elo fusível deve possuir a corrente nominal igual ou inferior a 25% da corrente de curto-circuito fase-terra mínima que ocorrer no fim do trecho. Conforme a equação abaixo: Inef ≥ 0,25 x Ift
Em cada trecho da rede de distribuição, deve-se determinar a corrente de carga máxima.
1. Coordenação e seletividade da proteção
O objetivo de um sistema de proteção e de distribuição de energia elétrica é isolar o mais rápido possível um trecho onde ocorrer uma anomalia. Para que um sistema de proteção seja eficaz é necessário possuir seis requisitos básicos, que
