Cap 10 Servicosauxiliares

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Serviços Auxiliares
Marcelo Fandi 	 Antonio Carlos Delaiba
1 - Introdução
 Fontes Normais: - Alimentador Externo em 13,2 kV (exclusivo);		 - Enrol. Auxiliar de Transf. de Aterramento; 		 - Transf. de Serviços Auxiliares;
		 - Enrolamento Auxiliar de Banco de Transf.
 Fontes de Emergência: - Grupo Diesel de Geradores
2 - Descrição dos Tipos de Fontes
2.1 - Fontes em Corrente Alternada
 Carregadores - Retificadores
 Baterias
2.2 - Fontes de Serviços Auxiliares em Corrente Contínua
3 - Tipos de Esquemas de Manobra para Serviços
 Auxiliares em Corrente Alternada
3.1.1 - Subestações em níveis de 88 - 13,2 kV
3.1.2 - Subestações em níveis de 230 - 88 kV
3.1.3 - Subestações em níveis de 345 - 88 kV
3.1.4 - Subestações em níveis de 460 - 138 kV
3.2 - Esquemas de Manobra para Serviços Auxiliares
 em Corrente Contínua
Centrais Elétricas / Subestações de Grande Porte
4 - Dimensionamento das Fontes C. A. 
4.1 - Dimensionamento dos Trafos 13,2 / 0,22 kV 
 Cargas Essenciais:
			- Refrigeração dos Transformadores;
			- Carregadores Retificadores;
			- Iluminação parcial e tomadas das edificações;
			- Serviços Auxiliares dos Grupos Geradores Diesel;
			- Iluminação Externa Suplementar;
			- Controle dos Comutadores sob Carga;
			- Motores de Disjuntores e seccionadores;
			- Sistemas Supervisórios
			
4 - Dimensionamento das Fontes C. A. 
4.1 - Dimensionamento dos Trafos 13,2 / 0,22 kV 
 Cargas não Essenciais:
	- Ar condicionado;
	- Iluminação complementar das Edificações;
	- Iluminação e Aquecimento dos Quadros e Caixas dos equipamentos;
	- Iluminação Externa Normal;
	- Tomadas Externas;
	- Iluminação de Áreas Administrativas;
	- Tratamento de Óleo;
	- Água Potável.
		
4.2 - Fatores de Demanda para Dimensionamento dos Trafos 13,2 / 0,22 kV 
	- Refrigeração - 100 %
	- Ar Condicionado - 100 %
	- Iluminação - 100 %
	- Tomadas - 20 %
	- Carregadores / Retificadores - 50 %
	- Controle de Comutador - 100 %
	- Motor de Disjuntor e Seccionador - 20 %
	- Serviço Auxiliar de Grupo Diesel - 80 %
			
4.3 - Memórial de Cálculo Típica (Trafo 13,8 / 0,44 kV) 
	
CARGAS ESSENCIAIS
DESCRIÇÃO
1a ETAPA
ETAPA FINAL
C. I. (KVA)
F. D. (%)
D. M. (KVA)
C. I. (KVA)
F. D. (%)
D. M. (KVA)
Refrigeração Trafo TR1
72
100
72
72
100
72
Refrig. Trafos TR2, TR3 e TR4
-
-
-
216
100
216
Carreg. Retific. 125 Vcc
70
50
35
70
50
35
Ilum. Suplementar e
Tomadas SE 460 kV 
40
50
20
60
50
30
Ilum. Suplementar e
Tomadas SE 138 kV 
30
50
15
50
50
25
Serv. Aux. Grupo Diesel
6
80
5
12
80
10
Ilum. Edifícios de Comando
(Área Técnica)
50
50
25
50
50
25
Controle Comutador sob
Carga e Med. Fatur.
2
100
2
4
50
2
Total (KVA)
174
Total (KVA)
415
	
Cargas Não Essenciais
Descrição
1a Etapa
Etapa Final
C. I. (KVA)
F. D. (%)
D. M. (KVA)
C. I. (KVA)
F. D. (%)
D. M. (KVA)
Ar condicionado EDC
85
100
85
85
100
85
Ar condici. Casa de Relés
108
100
108
108
100
108
Ilum. Externa SE 460 kV
75
100
75
150
100
150
Ilum. Externa SE 138 kV
60
100
60
120
100
120
Tratamento de Óleo
150
50
75
150
50
75
Abastecimento de Água
45
100
45
45
100
45
Ilum. Edifícios de Comando
(Área Técnica)
16
100
16
16
100
16
Ilum. Edifícios de Comando
(Área Administrativa)
60
50
30
60
50
30
Ilum. Casa Grupo Diesel Ger.
20
50
10
20
50
10
Ilum. Casa de Relés 460 kV
20
60
12
20
60
12
Ilum. Casa de Relés 138 kV
20
60
12
20
60
12
Ilum./Aquec. Seccion. 460 kV
6
50
3
20
50
10
Ilum./Aquec. Seccion. 138 kV
6
50
3
20
50
10
Ilum./Aquec. Quadros
4
50
2
10
50
5
Total (KVA)
536
Total (KVA)
688
4.4 - Quadro Resumo de Demandas Máximas 
1a Etapa - Demanda Máxima do Conjunto = Somatório das demandas máximas de refrigeração, carregadores, iluminação, ar condicionado, com 50 % das demais cargas e com o tratamento de óleo desligado, o que resulta em 570 KVA, ou seja, um fator de diversidade igual a 1,25.
Etapa Final - Demanda Máxima do Conjunto = Somatório das demandas máximas de refrigeração de 2 Trafos, carregadores, iluminação, ar condicionado, com 50 % das demais cargas e com o tratamento de óleo desligado, o que resulta em 860 KVA, ou seja, um fator de diversidade igual a 1,28.
Cargas
Essenciais
Não Essenciais
Total
1a Etapa
174
536
710
Etapa Final
415
688
1103
4.5 - Conclusão Final 
Deve-se Instalar 02 (dois) Transformadores de 1000 KVA
Etapas
( D. M.
Fator de Diversidade
Demanda Máxima
1a Etapa
710
1,25
570
Etapa Final
1103
1,28
860
5 - Dimensionamento do Grupo Gerador Diesel 
CARGAS ESSENCIAIS
DESCRIÇÃO
1a ETAPA
ETAPA FINAL
C. I. (KVA)
F. D. (%)
D. M. (KVA)
C. I. (KVA)
F. D. (%)
D. M. (KVA)
Refrigeração Trafo TR1
72
100
72
72
100
72
Refrig. Trafos TR2, TR3 e TR4
-
-
-
216
100
216
Carreg. Retific. 125 Vcc
70
50
35
70
50
35
Ilum. Suplementar e
Tomadas SE 460 kV 
40
50
20
60
50
30
Ilum. Suplementar e
Tomadas SE 138 kV 
30
50
15
50
50
25
Serv. Aux. Grupo Diesel
6
80
5
12
80
10
Ilum. Edifícios de Comando
(Área Técnica)
50
50
25
50
50
25
Controle Comutador sob
Carga e Med. Fatur.
2
100
2
4
50
2
Total (KVA)
174
Total (KVA)
415
Para o Cálculo do Fator de Diversidade, adotou-se o seguinte Critério 
1a Etapa - Demanda Máxima do Conjunto = Somatório das demandas máximas de refrigeração, carregadores, iluminação e 50 % das demais cargas, o que resulta em 169 KVA, ou seja, um fator de diversidade igual a 1,03.
Etapa Final - Demanda Máxima do Conjunto = Somatório das demandas máximas de refrigeração de 2 Trafos, carregadores, iluminação e 50 % das demais cargas, o que resulta em 337 KVA, ou seja, um fator de diversidade igual a 1,23.
5.2 - Conclusão Final 
Deve-se Instalar um Grupo Diesel Gerador de 250 KVA, que atenderá até a instalação do 2o banco de transformadores (162 + 72 = 234 KVA). Quando da instalação do 3o banco de transformadores deverá ser instalado um 2o Grupo Diesel Gerador de 250 KVA. 
Etapas
( D. M.
Fator de Diversidade
Demanda Máxima
1a Etapa
174
1,03
169
Etapa Final
415
1,23
337
6 - Dimensionamento de Fontes C.C. 
Acumuladores Elétricos:
	- Baterias do tipo Alcalina (Ni-Cd);
	- Baterias chumbo - Ácida
As baterias Alcalinas apresentam melhores desempenho nos
seguintes itens: 
 Auto descarga (menor);
 Não há formação de gases corrosivos;
 Facilidade de Armazenamento;
 Resistência mecânica;
 Possibilidade menor de ocorrências de curtos internos;
 Maior vida útil;
 Menor peso e volume
As baterias do tipo chumbo-ácidos apresentam melhores
 desempenho nos seguintes itens: 
 Verificação do estado de carga (proporcional à densidade do eletrólito);
 Menor influência da alta temperatura;
Menor necessidade de troca do eletrólito;
 Maior capacidade para atender o mesmo ciclo de descarga;
 Maior número de fornecedores.
Tensão de Carga Profunda ( Vcp ): Nesta situação poderá ser notada uma intensa gaseificação. Só deve ser usada em caso de emergência.
Características Principais: 
 Tensão de Flutuação ( Vfl ): É a tensão utilizada no processo de
 carga pela qual são compensadas as perdas por auto-descarga
 de um acumulador, no estado de plena carga. 
Tensão Final de Descarga ( Vfn ): É a tensão mínima na qual o consumidor pode operar. 
Tensão de Equalização ( Veq ): É a tensão mínima utilizada no
 processo de carregar uma bateria com tensão elevada.
Número de Elementos da Bateria 
 n1 = Vmáx / Veq n2 = Vmin / Vfn n3 = Vn / Vfl 
 Onde: Vmáx - Tensão máxima admitida pelos equipamentos 
 Vmin - Tensão mínima admitida pelos equipamentos
 Quando n1 = n2 = n3 , a solução encontrada é a ideal, com aproveitamento máximo da bateria
 n não deve ser superior à relação Vmáx / Vfl e também não deverá ser inferior à Vmin / Vfn
Tempo de recarga da Bateria 
 Para Subestações e Centrais Elétricas o tempo de recarga é de 10 horas.
Caso o tempo selecionado para efetuar a recarga da bateria levar a uma tensão de equalização acima da permitida pelo sistema, tem-se duas opções:
 Dotar o sistema de unidade de diodos de queda (U.D.Q.);
 Desligar os consumidores quando da aplicação da carga de equalização. 
Unidade de Diodos de Queda (U. D. Q.) 
Dimensionamento dos Acumuladores 
A) Cálculo da Capacidade da bateria, em ampère-hora (Ah)
Os valores de I1, I2, .... , In são obtidos do ciclo de descarga
A NIFE fornece através de curvas, os valores de K para serem aplicados na equação (1);
A EXIDE e C & D Adotam a equação (2)
Exemplo de Dimensionamento dos Acumuladores 
Considerando-se uma bateria NIFE tipo RSP- 3, Vfn = 1,75 V
I1 = 10 A
I2 = 80 A
I3 = 8 A
I4 = 25 A
T1 = 8 h
T2 = 7 h
T3 = 5 h
T4 = 2 h
Exemplo de Dimensionamento dos Acumuladores 
Valores obtidos através de curvas
 fornecidas pelo fabricante
K1 = 0,12
K2 = 0,14
K3 = 0,18
K4 = 0,32
Consideração sobre o Ciclo de Descarga 
Cargas Permanentes: - São as que solicitam a bateria durante todo o ciclo de descarga. Ex.: Sinaleiros, Fontes auxiliares de relés, Oscilógrafos, etc.
Cargas Não Permanentes: - São as que solicitam a bateria durante um determinado tempo no ciclo de descarga. Ex.: Abertura e fechamento de disjuntores e seccionadores, atuação das proteções, etc.
Efeito da Temperatura 
Baterias Chumbo-ácidos: - Após encontrar o valor da capacidade nominal, deve-se fazer a sua correção para uma temperatura de referência, a qual é dada por:
TEMPERATURA [(C]
k1
0
0,72
5
0,80
10
0,86
15
0,91
20
0,96
25
1,00
30
1,02
35
1,04
40
1,07
	
Efeito do Envelhecimento 
Baterias Alcalinas: - Acréscimo de 10 %
Baterias Chumbo-ácidos: - Acréscimo de 20 a 25 %
	
Dimensionamento dos Retificadores 
A) O valor da capacidade nominal de um retificador é dado por:
Onde: I p - Corrente permanente
	 I cb - Corrente de carga da bateria
B) Potência de saída
Psaída = Vc * In
Onde: V c - É a tensão máxima em regime de carga
	
Dimensionamento da Unidade de Diodos de Queda (U.D.Q.)
Se Vmáx  V1 - Não há necessidade de U.D.Q.
Se Vmín < V1 - Há necessidade de U.D.Q.
Queda de tensão necessária: V = V1 - Vmáx
Se V2  Vmáx - Recomenda-se apenas 01 (um) estágio de U.D.Q.
Se V2 > Vmáx - Recomenda-se mais de 01 (um) estágio de U.D.Q.
Se (Vmáx - V / n) < Vmín - Recomenda-se aumentar n (número de estágios até que ocorra o inverso).
	
Dimensionamento da Unidade de Diodos de Queda (U.D.Q.)
Deve-se ainda ser considerados os seguintes dados:
 Queda de tensão nos cabos entre bateria-retificador-consumidor;
 Estabilidade de tensão do retificador ( 1%);
 Precisão do sensor de tensão da U.D.Q. (1%);
 Corrente que deve suportar a U.D.Q.
	
Exemplo Simplificado: - Adotando o ciclo de descarga abaixo para um sistema 110 V (+10% e - 15%), calcular a bateria alcalina, bem como o retificador e a U.D.Q., se necessário.
A) Cálculo do número de elementos - Exemplo NIFE
 Vcarga = 1,65 V / elemento = V1
 Vflut = 1,4V / elemento = V2
Vfn = 1,1 V / elemento 
Supondo-se uma tensão exata de  1% no ajuste da tensão CC do retificador, teremos:
 Vmáx = 1,1*110 = 121 V; Vmáx = 121 - 1,21 = 119,8 V 
 Vmín = 0.85*110 = 93,5 V
 nmáx = 119,8 / 1,4 = 86 elementos e nmín = 93,5 / 1,1 = 86 elementos 
	
B) Cálculo da capacidade da bateria
	
Com os valores de T1 = 5 h, T2 = 4,5 h e T3 = 0,5 h e Vfn = 1,1 V / elem.
Encontra-se na tabela fornecida pelo fabricante, os seguintes valores:
 K1 = 0,22; K2 = 0,24 e K3 = 0,92
	I1 = 200 A; I2 = 25 A e I3 = 200 A 
C) Cálculo do retificador
 Dados:
 Consumo permanente em operação normal: 20 A (presença C.A)
 Corrente de pico máximo em operação normal: 60 A/ 10 minutos
 Temperatura ambiente: 25 oC
 Queda de tensão nos cabos entre bateria e retificador: 0,5 V
 Corrente de carga da bateria: 0,2 C = 90 A
Fator de envelhecimento: C = 1,2 * 370 = 444 Ah .: C = 450 Ah
I = 20 + 90 = 110 A
D) Cálculo da U.D.Q. 
Como a estabilidade do retificador é de  1%, vamos adotar para o cálculo: V1 = (V1 + 1%) = 143,8 V 
Vmáx = (110 + 10%) + queda nos cabos = 121 + 0,5 = 121,5 V
Vmín = (110 - 15%) + queda nos cabos = 93,5 + 0,5 = 94 V
V1 = (86 * 1,65) + queda nos cabos = 141,9 + 0,5 = 142,4 V
V2 = (86*1,4) + queda nos cabos = 120,4 + 0,5 = 120,9 V
Vmáx = 121,5 V < V1 = 142,4 V .: Há necessidade de U.D.Q.
Como a precisão do sensor de tensão da U.D.Q é de 1%, vamos adotar para o cálculo: Vmáx = (Vmáx - 1%) = 120 V 
Portanto, V = (V1 - Vmáx) = 143,8 - 120,2 = 23,6 V 
	
D) Cálculo da U.D.Q. 
Utilizando-se U.D.Q do tipo 2 
Como V2 = 120,9 V  Vmáx = 120,2 V .: 1 estágio de U.D.Q.
Os diodos produzem, em média, uma queda de tensão de 0,8 V, logo:
 ndiodos = 23,6 / 0,8  30