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PÓS-GRADUAÇÃO Sistemas Elétricos PÓS-GRADUAÇÃO Proteção de Sistemas Elétricos Bloco 1 Heverton Bacca Sanches Objetivos O principal objetivo da proteção de sistemas elétricos é evitar a interrupção do fornecimento de energia elétrica. Conhecer a natureza das falhas, ou seja, se ocorreram por curto-circuito, sobrecarga, sub e sobretensões, permite que evitemos a indisponibilidade dos Sistemas Elétricos ou mesmo danos irreparáveis. Os sistemas de proteção O Sistema de Proteção deve ser capaz de selecionar a parte danificada da rede e retirá-la de serviço sem afetar os circuitos que estão em funcionamento. Fonte: senorcampesino/iStock.com. Figura 1 – Tomada danificada após uma falha elétrica O projeto de proteção Fonte: Evening_T/iStock.com. No projeto de um sistema de proteção, usamos dispositivos que desconectam o circuito afetado pela falha elétrica. O objetivo é proteger os condutores e equipamentos das instalações. Figura 2 – Exemplo de disjuntores para diferentes potências Proteção com disjuntores Fonte: adaptada de Souza e Moreno (2001). Os disjuntores protegem os circuitos elétricos contra sobrecorrente, operando por meio de disparadores que podem ser térmicos, magnéticos e eletrônicos. Figura 3 – Característica tempo-corrente típica de disjuntor termomagnético A integral de Joule I²t Este método é bastante representativo na análise matemática dos efeitos térmicos desenvolvidos pelas correntes de curto-circuito. A integral de Joule de cabos e componentes, como disjuntores, fusíveis, etc., é calculada normalmente a partir de ensaios de curto-circuito. න 0 𝑡 𝑖(𝑡)2 ≤ 𝐼𝐶𝑆 2 × 𝑇 Onde: ICS – corrente de curto-circuito que atravessa o dispositivo de proteção. T – tempo de duração da corrente de curto-circuito. Seletividade entre disjuntos e fusíveis Fonte: adaptada de Souza e Moreno (2001). A corrente absorvida pelo motor durante a partida (Ip) é bastante superior à de funcionamento normal (In) em carga. A potência absorvida em funcionamento é determinada pela potência mecânica no eixo do motor. Figura 4 – Operação de um motor elétrico Os Motores Elétricos Fonte: adaptada de Souza e Moreno (2001). A corrente absorvida pelo motor durante a partida (Ip) é bastante superior à de funcionamento normal (In) em carga. A potência absorvida em funcionamento é determinada pela potência mecânica no eixo do motor. Figura 5 – Operação de um motor elétrico Circuito terminal de motor Fonte: imantsu/iStock.com. No projeto de um sistema de proteção usamos dispositivos que desconectam o circuito afetado pela falha elétrica. O objetivo é proteger os condutores e equipamentos das instalações. Figura 6 – Dispositivos de um CCM Sistema de aterramento Fonte: Manual Prysmian de Instalações Elétricas (2010). O Sistema de aterramento promove a proteção contra descargas atmosféricas, a proteção dos indivíduos contra contato em parte metálicas energizadas e a uniformização do potencial em toda a área do projeto. Figura 7 – Circuito de aterramento Circuito terminal de motor Fonte: tbradford/iStock.com. Os Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA) protegem as edificações e estruturas industriais do contato direto das descargas elétricas, provenientes dos fenômenos atmosféricos. Figura 8 – Sistema de geração de energia solar atingido por um raio PÓS-GRADUAÇÃO Dispositivo de Proteção à corrente Diferencial- Residual (DR) e Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) Bloco 2 Heverton Bacca Sanches Proteção contra contatos indiretos • Deve ser feita por seccionamento automático da alimentação do circuito, evitando uma tensão de contato superior a 50V em ambientes normais ou 25V em áreas externas e ambientes molhados por um tempo máximo de 5 segundos (ABNT, 2004). • É necessário, também, garantir um percurso para corrente de falta, ou seja, um sistema de aterramento por meio de condutores de proteção que ligam as massas ao terminal de aterramento principal. O DR Fonte: Manual Prysmian de Instalações Elétricas (2010). A coordenação dos dispositivos pode ser alcançada tendo-se para o dispositivo geral uma corrente de falta superior a 30 mA e os circuitos terminais uma correntes de falta de até 30 mA. Figura 9 – Exemplo de uso de DR e aterramento Proteção contra sobretensões Os dispositivos de proteção contra sobretensões podem ser necessários: • Na origem da instalação. • Nos pontos de entrada ou saída dos condutores. • Junto dos equipamentos. • E, eventualmente, também ao longo da linha. Os DPS A proteção contra sobretensões deve ser feita em “cascata”: • Deve-se atenuar uma parte considerável do sinal na entrada da instalação. • Reduzi-lo mais um pouco ao longo da linha. • ‘Matá-lo” definitivamente junto ao equipamento. Os DPS Os circuitos destinados a alimentar equipamentos de tecnologia de informação (TI) devem: 1. Fazer uso de condutos fechados (eletrodutos, eletrocalhas e perfilados com tampa, dutos de piso, dentre outros). 2. Ter sua continuidade elétrica assegurada. Exemplo de aplicação de DPS Fonte: adaptada de Souza e Moreno (2001). A coordenação dos dispositivos pode ser alcançada tendo-se, para o dispositivo geral, uma corrente de falta superior a 30 mA e os circuitos terminais uma correntes de falta de até 30 mA. Figura 10 – Ligação de DPS na proteção de equipamentos de tecnologia da informação alimentado entre fase e neutro (a) e entre fases (b) PÓS-GRADUAÇÃO Teoria em Prática Bloco 3 Heverton Bacca Sanches A principal carga elétrica nas industrias Fonte: Nordroden/iStock.com. A principal carga elétrica nas indústrias é o motor elétrico e, devido as suas peculiaridades de funcionamento, a NBR 5410 define alguns dispositivos de proteção como os relés térmicos de sobrecarga, contatores e dispositivos de proteção contra curtos-circuitos. Figura 11 – Motor elétrico em uma indústria Ajuste do relé de proteção Como determinar o ajuste desse relé de proteção para um motor de 50 cv, 380 V/IV polos, em regime de funcionamento S1 e tempo de partida de 3 segundos, alimentado por um circuito condutor unipolar de cobre, com isolação do tipo PVC de seção de 25 mm², em canaleta fechada embutida? Os relés térmicos de sobrecarga Os relés eletrônicos instantâneos são usados na proteção de motores elétricos acoplados às máquinas, com elevados conjugados resistentes de partida, grande momento de inércia e com probabilidades de ter o rotor bloqueado. Eles podem estar associados a contatores, formando um dispositivo de comando e proteção. Para um motor de 50 cv, 380 V/IV polos. Corrente nominal do disjuntor A corrente nominal, ou ajuste da unidade térmica do disjuntor, deve ser igual ou superior à corrente de projeto, ou simplesmente de carga prevista: 𝐼𝑎 ≥ 𝐼𝑐 𝐼𝑎 - corrente nominal ou de ajuste do disjuntor. 𝐼𝑐 - corrente de projeto do circuito. Portanto, 𝐼𝑎 ≥ 𝐼𝑐 → 𝐼𝑐 = 68,8 𝐴 Capacidade de corrente dos condutores A corrente nominal, ou de ajuste da unidade térmica do disjuntor, deve ser igual ou inferior à capacidade de condução de corrente dos condutores. 𝐼𝑎 ≤ 𝐼𝑛𝑐 𝐼𝑛𝑐 - corrente nominal do condutor. Considerando a instalação em canaleta fechada embutida no piso, temos o método de referência B1 na tabela 36 na NBR 5410 (ABNT, 2004), temos: 68,8 A ≤ 𝐼𝑎 ≤ 89 𝐴 Atuação dos disjuntor A corrente convencional de atuação do disjuntor deve ser igual ou inferior a 1,45 vez a capacidade de condução de corrente dos condutores. 𝐼𝑎𝑑𝑐 ≤ 1,45 × 𝐼𝑛𝑐 𝐼𝑎𝑑𝑐 - corrente convencional de atuação para disjuntor ou corrente convencional de fusão para fusíveis. Considerando o fabricante de relés bimetálicos da série 3UA da Siemens e a corrente adotada de 68,8 A, teremos o relé 3UA60-00-2W. Ajuste do tempo do relé O tempo de partidado motor, 𝑇𝑝𝑚, deve ser inferior ao tempo de atuação do relé, 𝑇𝑎𝑟, para a corrente de partida correspondente, enquanto o tempo de rotor bloqueado, 𝑇𝑟𝑏, deve ser igual ou superior ao valor da corrente ajustada: 𝑇𝑟𝑏 ≥ 𝑇𝑎𝑟 > 𝑇𝑝𝑚 Considerando um tempo de partida do motor de 3 segundos e o tempo de rotor bloqueado de 12 segundos e uma relação de corrente de partida, 𝑅𝑐𝑝𝑚 = 6,4, segundo a tabela de especificações de motores da WEG. Atuação da unidade térmica Como M é o múltiplo da corrente ajustada, 𝐼𝑎 é a corrente da unidade térmica temporizada e 𝐼𝑐 é a corrente que atravessa o relé, temos: 𝐼𝑝𝑚 = 𝑅𝑐𝑝𝑚 × 𝐼𝑛𝑚=6,4 × 68,8 = 440,3 𝐴 𝑀 = 𝐼𝑝𝑚 𝐼𝑎 = 440,3 68,8 = 6,4 Seleção da faixa de ajuste Fonte: Mamede (2011). De acordo com o gráfico 𝑇𝑎𝑟 = 5,5 s. Figura 12 – Característica do relé 3UA da Siemens PÓS-GRADUAÇÃO Dica do Professor Bloco 4 Heverton Bacca Sanches Onde encontrar informação? • O ELAT, Grupo de Eletricidade Atmosférica, do Instituto Nacional de Pesquisas Especiais (INPE), conta com um mapa em tempo real da intensidade de atividade atmosférica no Brasil. Onde encontrar informação? • O documentário Fragmentos de Paixão busca entender como tantas descargas atmosféricas podem afetar vidas de formas tão diferentes. Onde encontrar informação? Como você estudou os conceitos de proteção de sistemas elétricos, e considerando que por ano caem cerca de 50 milhões de raios e 500 pessoas são atingidas no Brasil, 130 delas fatais, e que o Brasil é o campeão mundial de incidência de raios, segundo o INPE (2019), vale a pena considerar ter o máximo de informação sobre esse fenômeno da natureza. Referências Associação Brasileira de Normas Técnicas. ABNT NBR 5410 – Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. ______. ABNT NBR 5419 – Proteção contra descargas atmosféricas Parte 1: Princípios gerais. Rio de Janeiro: ABNT, 2015. BRASIL. INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS. Grupo de Eletricidade Atmosférica. 2019. Disponível em: <http://www.inpe.br/webelat/homepage/>. Acesso em: 26 fev. 2019. http://www.inpe.br/webelat/homepage/ Referências PRYSMIAN CABLES & SYSMEMS. 2010. Manual Prysmian de Instalações Elétricas. Disponível em: <https://br.prysmiangroup.com/sites/default/files/a toms/files/Manual_Instalacoes_Eletricas.pdf>. Acesso em: 26 fev. 2019. SOUZA, José R. A. de; MORENO, Hilton. Guia EM da NBR 5410. Revista Eletricidade Moderna, São Paulo, 2001. %3chttps:/br.prysmiangroup.com/sites/default/files/atoms/files/Manual_Instalacoes_Eletricas.pdf%3e.
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