Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Prof. José Maria de Carvalho Filho Grupo de Estudos da Qualidade da Energia Elétrica - GQEE Universidade Federal de Itajubá jmaria@unifei.edu.br (35) 3629-1406 Prof. José Maria de Carvalho Filho Grupo de Estudos da Qualidade da Energia Elétrica - GQEE Universidade Federal de Itajubá jmaria@unifei.edu.br (35) 3629-1406 CÁLCULO DE CURTO-CIRCUITO EM SISTEMAS INDUSTRIAIS CÁLCULO DE CURTO-CIRCUITO EM SISTEMAS INDUSTRIAIS •• Dimensionamento de equipamentos de chaveamentoDimensionamento de equipamentos de chaveamento e protee proteççãoão:: •• DisjuntoresDisjuntores •• FusFusííveisveis •• Dimensionamento deDimensionamento de bbarramentosarramentos,, cabos e cabos e TCsTCs, etc, etc.. •• Ajuste do Sistema de ProteAjuste do Sistema de Proteçção (ão (SSeletividadeeletividade e Coordenae Coordenaçção da Proteão da Proteçção)ão) Cálculo de Curto – Circuito Objetivos Cálculo de Curto – Circuito Objetivos Classificação dos Curtos -Circuitos •• MecânicaMecânica •• ElEléétricatrica •• Erro de operaErro de operaççãoão Quanto a origem Quanto a duração •• AutoAuto--extinguextinguíívelvel •• Fugitiva Fugitiva •• PermanentePermanente Classificação dos Curto - Circuitos • DegradaDegradaççãoão do material isolantedo material isolante •• SobretensõesSobretensões •• Contatos acidentaisContatos acidentais •• VandalismoVandalismo Quanto a Causa Quanto ao tipo • TrifTrifáásicosico •• BifBifáásicosico •• BifBifáásicosico--terraterra •• Fase Fase -- terraterra •• Mecânica: Mecânica: •• Queda de condutoresQueda de condutores •• Contato acidental entre condutores de fase ou Contato acidental entre condutores de fase ou entre entre condutorescondutores de fase e terra (galhos de de fase e terra (galhos de áárvores, animais, etc.)rvores, animais, etc.) •• ElEléétrica:trica: •• DegradaDegradaçção da isolaão da isolaçção entre fases ão entre fases ouou entre fase e terraentre fase e terra •• SobretensõesSobretensões de manobrade manobra •• SobretensõesSobretensões devido a descargas atmosfdevido a descargas atmosfééricasricas •• Erros de OperaErros de Operaçção:ão: •• Manobras equivocadasManobras equivocadas Classificação dos Curtos-CircuitosClassificação dos Curtos-Circuitos Quanto a origem •• AutoAuto--extinguextinguíível: vel: •• A prA próópria falta se extingue .....pria falta se extingue ..... •• Fugitiva:Fugitiva: •• A falta desaparece apA falta desaparece apóós o desligamento e posterior s o desligamento e posterior reenergizareenergizaççãoão do circuitodo circuito •• Permanente:Permanente: •• A falta A falta não não desaparece apdesaparece apóós o desligamento s o desligamento do circuitodo circuito e e requer intervenrequer intervençção da equipe de manutenão da equipe de manutenççãoão Classificação dos Curtos-CircuitosClassificação dos Curtos-Circuitos Quanto à duração •• DegradaDegradaçção do Material Isolante:ão do Material Isolante: •• sobretemperaturassobretemperaturas (motores,transformadores e cabos (motores,transformadores e cabos operando com sobrecarga)operando com sobrecarga) •• poluipoluiçção na superfão na superfíície do material isolantecie do material isolante •• SobretensõesSobretensões de manobra e atmosfde manobra e atmosfééricas que causam o rompimentoricas que causam o rompimento do isolamentodo isolamento •• Contatos acidentais:Contatos acidentais: •• presenpresençça de animaisa de animais •• galhos de galhos de áárvoresrvores •• VandalismoVandalismo Classificação dos Curtos-CircuitosClassificação dos Curtos-Circuitos Quanto à Causa 3F 2F 2FT FT Classificação dos Curtos-Circuitos Quanto ao Tipo Classificação dos Curtos-Circuitos Quanto ao Tipo Em sistemas de distribuição as faltas fase-terra representam de 70 a 80% das ocorrências. Cálculo de Curto – CircuitoCálculo de Curto – Circuito ( ) dIv t R I L dt = ⋅ + AC D CI I I= +v(t) = Vm (senwt + λ) λ - ângulo de fase da tensão quando ocorre o fechamento da chave. Conceitos Associados Nota: O sistema de potencia é representado por um circuito RL com característica indutiva ...... Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Expressão da corrente de curto-circuito ac dcI I I= + RX t mm eRXarctgsenIRXarctgtsenII / .2 ))/((.))/(.2(. π λλπ − −+−+= acI dcI Onde: t - tempo em ciclos Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Condição para máxima assimetria: λ= arctg(X/R) – 90º Para t = 0 . ( 90 ) 0m mI I sen I= − + =o RX t mm eItsenII / .2 .)º90.2(. ππ −+−= Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Para t=0,5 ciclo Onde: /. (180 90 ) Im. X Rpico mI I sen e π− = − +o o /.(1 )X Rpico mI I e π− = + /2. .(1 ) .X Rpico acsim acsimI I e I F π− = + = /2.(1 )X RF e π− = + RX t mm eItsenII / .2 .)º90.2(. ππ −+−= Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Condição para máxima corrente de pico: • Considerar a falta com máxima assimetria • Considerar que a corrente de pico ocorre quando: t =0,5 ciclo Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Corrente de curto eficaz assimétrica: Sendo: 2 2( ) ( )ccassim cassim dcI I I= + 2 /1 2 X Rccassim cassimI I e π− = + .ccassim cassim assimI I F= 2 /1 2 X RassimF e π− = + 2/2 )..2()( RXcassimcassimcassim eIII π−+= Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Curtos considerados: •• SubtransitSubtransitóóriorio •• Momentâneo (pico)Momentâneo (pico) •• Ruptura (abertura dos Ruptura (abertura dos DJsDJs)) •• TransitTransitóóriorio Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Cálculo de Curto - Circuito Conceitos Associados Aplicação dos Curtos: •• SubtransitSubtransitóóriorio: Ajuste da prote: Ajuste da proteçção instantâneaão instantânea •• MomentâneoMomentâneo: Dimensionamento da capacidade dos equipamentos : Dimensionamento da capacidade dos equipamentos frente aos esforfrente aos esforçços dinâmicos de curtoos dinâmicos de curto--circuito (disjuntores, circuito (disjuntores, barramentos, etc)barramentos, etc) •• RupturaRuptura: Dimensionamento de disjuntores (capacidade de interrup: Dimensionamento de disjuntores (capacidade de interrupçção)ão) •• TransitTransitóóriorio: Ajuste da prote: Ajuste da proteçção temporizada.ão temporizada. Ex.: Ex.: SobreaquecimentoSobreaquecimento em cabos com possem cabos com possíível dano ao material isolantevel dano ao material isolante AA energia que pode ser armazenada no cabo depende da seenergia que pode ser armazenada no cabo depende da seçção ão do condutor, do material do condutor e da mdo condutor, do material do condutor e da mááxima temperatura xima temperatura admissadmissíível pelo vel pelo isolanteisolante.. Efeitos do Curto - Circuito Efeitos Térmicos Efeitos do Curto - Circuito Efeitos Térmicos onde:onde: IICC CC –– corrente de curto em corrente de curto em AA;; tt –– tempo de eliminatempo de eliminaçção da faltaão da falta em sem s;; SS –– seseçção do condutor em ão do condutor em mmmm22 Tipo de cabo PVC EPR Cobre 115 135 Alumínio 74 87 Coeficiente Coeficiente KK tISK CC ⋅≥⋅ 222 ou 2 2 2CCI t K S⋅ ≤ ⋅ Ex.: Dois condutores em paraleloEx.: Dois condutores em paralelo Efeitos do Curto - Circuito Efeitos Eletrodinâmicos Efeitos do Curto - Circuito Efeitos Eletrodinâmicos Onde:Onde: FF –– forforçça em a em N/mN/m;; IIPP –– corrente de pico em A;corrente de pico em A; DD –– distância entre os condutores em m.distância entre oscondutores em m. D IF P 2 8102 ⋅⋅= − D FF D FF •• Contribui atravContribui atravéés de geradores do sistemas de geradores do sistema •• A contribuiA contribuiçção se mantão se mantéém praticamente constante ao longo do m praticamente constante ao longo do tempo, dependendo da tempo, dependendo da ““distância eldistância eléétricatrica”” entre o ponto de falta entre o ponto de falta e a gerae a geraçção alão aléém da relam da relaçção ão X/RX/R.. Fontes de Curto Concessionária Fontes de Curto Concessionária Reatâncias consideradas:Reatâncias consideradas: •• XX””d : determina a corrente durante o d : determina a corrente durante o perperííodo subtransitodo subtransitóóriorio •• XX’’dd : determina a corrente durante o : determina a corrente durante o perperííodo transitodo transitóóriorio Fontes de Curto Geradores Síncronos Fontes de Curto Geradores Síncronos A iA innéérciarcia da carga mecânica atua como mda carga mecânica atua como mááquina primquina primááriaria.................... Fontes de Curto Motores Síncronos Fontes de Curto Motores Síncronos Fontes de Curto Motores de Indução Fontes de Curto Motores de Indução •• O motorO motor éé acionado pela inacionado pela inéércia da carga mecânicarcia da carga mecânica •• Contribui somente no perContribui somente no perííodo subtransitodo subtransitóório.rio. Fontes de Curto Considerações sobre ASDs e Bancos de Capacitores Fontes de Curto Considerações sobre ASDs e Bancos de Capacitores Bancos de Capacitores: Bancos de Capacitores: •• Produz altos valores de corrente de curtoProduz altos valores de corrente de curto--circuito, porcircuito, poréém, m, ““descarregadescarrega”” muito rapidamente.muito rapidamente. •• Não são considerados no cNão são considerados no cáálculo de lculo de curtocurto--circuitocircuito convencional.convencional. ASDsASDs:: •• Normalmente não são considerados, porNormalmente não são considerados, poréémm, , devedeve--se consultarse consultar o fabricante. o fabricante. •• A A contribuicontribuiççãoão, se houver, , se houver, dura cerca de 1/4 ciclo devido a atuadura cerca de 1/4 ciclo devido a atuaçção ão da proteda proteçção do ASD (normalmente fusão do ASD (normalmente fusíível ultravel ultra--rráápido).pido). Fontes de Curto Resumo Fontes de Curto Resumo Fontes de Curto Resumo Fontes de Curto Resumo Máxima assimetria (ocorrência do curto quando a tensão estiver passando por 0°) Sem assimetria (ocorrência do curto quando a tensão estiver passando por 90°). IDC = IAC (IDC = IAC no instante inicial do curto) Representação das Fontes Concessionária Representação das Fontes Concessionária Impedância equivalente calculada a partir da potencia de curto-circuito. 3CC CCP V I= ⋅ ⋅ Representada sob a forma de equivalente na SE de Entrada do consumidor. 2 ( )Ohm CC VZ P = Bpu cc PZ P = Representação das Fontes Máquinas Síncronas Representação das Fontes Máquinas Síncronas • Modelo válido para motores e geradores síncronos • Tensão constante atrás da impedância Representação das Fontes Motores de Indução Representação das Fontes Motores de Indução • Contribui somente no período subtransitório. • Tensão constante atrás da impedância Representação dos Componentes Transformadores de 2 Enrolamentos Representação dos Componentes Transformadores de 2 Enrolamentos R R R X X X 1 2 mf 1 2 (Modelo simplificado) R X T T Despreza-se o ramo de magnetização. Representação dos Componentes Linhas de Transmissão e Cabos Representação dos Componentes Linhas de Transmissão e Cabos São representados pelo modelo de parâmetros concentrados. R X LT LT Modelo de LT curta Exemplo de Cálculo Diagrama Unifilar Exemplo de Cálculo Diagrama Unifilar Etapas de CálculoEtapas de Cálculo 1- Montar os diagramas de impedâncias 2- Calcular as impedâncias em p.u 3- Reduzir a rede através de associações série e paralelo 4- Obter o Equivalente de Thevenin para cada ponto de falta 5- Cálculo do curto-circuito trifásico Notas:Notas: 11-- Este Este éé o procedimento proposto pela o procedimento proposto pela ANSI/IEEEANSI/IEEE.. 22-- Os cOs cáálculos tamblculos tambéém podem ser m podem ser realizados conforme a Norma IECrealizados conforme a Norma IEC--909.909. G MIT MIT 832 85 MVA− 400 A 10 /12,5 MVA Z=9,08% X/R=16,18 20,375 MVA X/R=40 X"d=20,50% X'd=24,70% 3 MVA Z=5,44% X/R=9,07 2 MVA Z=6,11% X/R=7,8 p N I 6 I 5 100 cv x x = 200 A MIT p N I 6 I 10 40 cv x x = SE Principal - 138 kV QDG - MT 13,8 kV 400 A QDG - BT 440 VCCM - MT 4,16kV CCM - BT 440 V p N I 6 I 1 100 cv x x = Exemplo de Cálculo Diagrama Unifilar Exemplo de Cálculo Diagrama Unifilar Diagrama de ImpedânciasDiagrama de Impedâncias G MIT MIT 832 85 MVA− 400 A 10/12,5 MVA Z=9,08% X/R=16,18 20,375 MVA X/R=40 X"d=20,50% X'd=24,70% 3 MVA Z=5,44% X/R=9,07 2 MVA Z=6,11% X/R=7,8 p N I 6 I 5 100 cv x x = 200 A MIT p N I 6 I 10 40 cv x x = SE Principal - 138 kV QDG - MT 13,8 kV 400 A QDG - BT 440 VCCM - MT 4,16kV CCM - BT 440 V p N I 6 I 1 100 cv x x = Exemplo de Cálculo Obtenção de X/R Exemplo de Cálculo Obtenção de X/R Geradores Motores Transformadores RefRef: IEEE : IEEE StdStd 141.141. Exemplo de Cálculo Curto Subtransitório Exemplo de Cálculo Curto Subtransitório 0,0105 0,1197FZ j= + 1 0,0560 0,9063TZ j= + 2 0,1987 1,8024TZ j= + 1 0,3396 6,7915MZ j= +032,3385,03 jZT += 7374,332172,42 jZM += 0058,10251,0 jZG += Exemplo de Cálculo Curto Momentâneo Exemplo de Cálculo Curto Momentâneo Utiliza-se os valores obtidos do cálculo do curto subtransitório. Valores Normalizados de F: - IEEE: 2,7 - IEC: 2,6 FII SIMACpico ⋅= Para t=0,5 ciclos )1(2. / RXacsimpico eII π−+= Exemplo de Cálculo Curto Momentâneo Exemplo de Cálculo Curto Momentâneo Fatores de Multiplicação Exemplo: X/R = 17 → F = 2,60 Exemplo de Cálculo Curto Ruptura Exemplo de Cálculo Curto Ruptura Fatores de correção das reatâncias: RefRef: IEEE : IEEE StdStd 141.141. Type of rotating machine First-Cycle network Interrupting network All turbine generators, all hydrogenerators with amortisseur windings, all condensers 1.0Xd” 1.0Xd” Hydrogenerators without amortisseur windings 0.75Xd’ 0.75Xd’ All synchronous motors 1.0Xd” 1.5Xd” Induction motors Above 1000 hp at 1800 r/min or less 1.0Xd” 1.5Xd” Above 250 hp at 3600 r/min 1.0Xd” 1.5Xd” All others, 50 hp or above 1.2Xd” 3.0Xd” Type of rotating machine First-Cycle network Interrupting network Induction motors All others, 50 hp or above 1.2Xd” 3.0Xd” All smaller than 50 hp 1.67Xd” neglect Exemplo de Cálculo Curto Ruptura Exemplo de Cálculo Curto Ruptura Impedâncias dos motores de indução corrigidas: 6062,503258,02 jZM +=1873,105094,01 jZM += Exemplo de Cálculo Curto Transitório Exemplo de Cálculo Curto Transitório 1MZ = ∞ 2MZ = ∞ 0,0105 0,1197FZ j= + 1 0,0560 0,9063TZ j= + 2 0,1987 1,8024TZ j= + 3 0,3887 3,032TZ j= + Obs: Apenas as impedâncias dos motores e geradores foram corrigidas .... 2119,10303,0 +=GZ Exemplo de Cálculo Utilização de Computador - Dados de Saída Exemplo de Cálculo Utilização de Computador - Dados de Saída CURTO CIRCUITO TRIFÁSICO NA BARRA 200 B – 13,8 TENSAO NOMINAL 13.800 Kv POTENCIA DE CURTO 210.908 MVA 8823.744 AMPERES CORRENTE DE FALTA 2.109 PU ANGULO -87.649 GRAUS RELACAO X/R 24.359 FATOR ASSIMETRIA 1.595 ----CONTRIBUICOES DE CORRENTESDAS BARRAS LIGADAS A BARRA EM CURTO---- BARRA TENSAO CORRENTES POTENCIA NUMERO NOME CIRC. PORCENTO kV PU AMPERES GRAUS MVA 0 REF. 1 .994 4158 -89. 99.4 100 B-138 1 88.32 121.88 .973 4069. -86. 97.3 300 B-4.16 1 21.06 .88 .116 486. -86. 11.6 400 B-0.44 1 8.27 .04 .027 113. -87. 2.7 Exemplo de Cálculo Resultados Exemplo de Cálculo Resultados Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT Equipamento Potência Corrente (A) Transformador 10/12,5 MVA 418 / 523 Transformador 3 MVA 125 Transformador 2 MVA 84 Gerador 20,375 MVA 852 G MIT MIT 832 85 MVA− 400 A 10/12,5 MVA Z=9,08% X/R=16,18 20,375 MVA X/R=40 X"d=20,50% X'd=24,70% 3 MVA Z=5,44% X/R=9,07 2 MVA Z=6,11% X/R=7,8 p N I 6 I 5 100 cv x x = 200 A MIT p N I 6 I 10 40 cv x x = SE Principal - 138 kV QDG - MT 13,8 kV 400 A QDG - BT 440 VCCM - MT 4,16kV CCM - BT 440 V p N I 6 I 1 100 cv x x = Nota: Os valores de curto-circuito ruptura indicados na tabela devem ser multiplicados pelos fatores definidos pelo IEEE, que são obtidos em função: • da relação X/R, • do tempo de abertura dos disjuntores • se a fonte é local ou remota. Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT RefRef: IEEE : IEEE StdStd 141.141. Fonte Local: •• Quando houver apenas um transformador entre o Quando houver apenas um transformador entre o gerador e o ponto de defeito;gerador e o ponto de defeito; •• Quando a reatância externa em sQuando a reatância externa em séérie com o gerador rie com o gerador for menor que 1,5 vezes a reatância do gerador.for menor que 1,5 vezes a reatância do gerador. Fonte Remota: •• Quando houver mais de um transformador entre o Quando houver mais de um transformador entre o gerador e o ponto de defeito.gerador e o ponto de defeito. Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT LocalLocal RefRef: IEEE : IEEE StdStd 141.141. Remoto Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores Se for fonte Local: I Se for fonte Local: I interrupinterrupççãoão= 1,10 x 8.650 = 9.515 A= 1,10 x 8.650 = 9.515 A Se for fonte remota: I Se for fonte remota: I interrupinterrupççãoão= 1,20 x 8.650 = 10.380 A= 1,20 x 8.650 = 10.380 A Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT Exemplo de Cálculo Aplicação no Dimensionamento de Disjuntores- MT RefRef: IEEE : IEEE StdStd 141.141. Solução: •• Capacidade de InterrupCapacidade de Interrupçção: ão: 12,5 kA12,5 kA •• Capacidade de Fechamento: Capacidade de Fechamento: 31,5 kA31,5 kA Valor por Unidade (p.u.) Conceito Valor por Unidade (p.u.) Conceito Valor p.u. é a relação entre o valor real de uma grandeza e o valor base. . . valor real da grandezaValor p u valor base da grandeza = Ex.: 1 126 1,05 . . 120 V p u= = 1 126V V= 120baseV V= %. . 100 ValorValor p u = Valor por Unidade (p.u.) Valores Base das Grandezas em Sistemas Elétricos Valor por Unidade (p.u.) Valores Base das Grandezas em Sistemas Elétricos • Tensão (V) • Corrente (I) • Potência Aparente (S) • Impedância (Z) É necessário escolher apenas duas grandezas para que as demais fiquem definidas. V e S Grandezas normalmente escolhidas Valor por Unidade (p.u.) Sistema Monofásico Valor por Unidade (p.u.) Sistema Monofásico base base base SI V = 2 base base base base basebase base base V V VZ SI S V = = = Valor por Unidade (p.u.) Sistema Trifásico ( Y equivalente equilibrado) Valor por Unidade (p.u.) Sistema Trifásico ( Y equivalente equilibrado) I Z V b b b Bases adotadas: • Sbase • Vbase 3 13b bS Sφ φ= 3bff bfV V= 3 b b b SI V = bf b bf V Z I = b bfI I= 3b bfV V= Mas: 2 3 3 3 b b b b b bb b V V VZ S SI V = = = Valor por Unidade (p.u.) Mudança de Base Valor por Unidade (p.u.) Mudança de Base 1 1 real pu b ZZ Z = 2 2 real pu b ZZ Z = 1 1 2 2real pu b pu bZ Z Z Z Z= ⋅ = ⋅ 2 2 1 2 1 2 1 2 b b pu pu b b V VZ Z S S = 2 1 2 2 1 2 1 b b pu pu b b V SZ Z V S ⎛ ⎞= ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠ Valor por Unidade (p.u.) Mudança de Base Valor por Unidade (p.u.) Mudança de Base 2 1 2 2 1 2 1 b b pu pu b b V SZ Z V S ⎛ ⎞= ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠ Se: 2 2 1 1 b pu pu b SZ Z S = ⋅ Ainda, se: 2 100bS = 1 % b pu S ZZ = 21 bb VV = G MIT MIT 832 85 MVA− 400 A 10 /12,5 MVA Z=9,08% X/R=16,18 20,375 MVA X/R=40 X"d=20,50% X'd=24,70% 3 MVA Z=5,44% X/R=9,07 2 MVA Z=6,11% X/R=7,8 p N I 6 I 5 100 cv x x = 200 A MIT p N I 6 I 10 40 cv x x = SE Principal - 138 kV QDG - MT 13,8 kV 400 A QDG - BT 440 VCCM - MT 4,16kV CCM - BT 440 V p N I 6 I 1 100 cv x x = Classificação dos Curtos -Circuitos
Compartilhar