Seccionalizador Eletrônico[1]

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21 a 25 de Agosto de 2006
Belo Horizonte - MG
 
Seccionalizadores Eletrônicos Monofásicos Tipo Cartucho 
Uma Alternativa de Bom Desempenho e Baixo Custo 
 
Eng. Erivaldo Costa Couto Eng. José Vicente P. Duarte 
CEMIG Distribuição S.A CEMIG Distribuição S.A 
erivaldo@cemig.com.br vicente@cemig.com.br 
 
Eduardo Ribeiro Jeunon 
CEMIG Distribuição S.A 
eduardo.jeunon@cemig.com.br 
 
RESUMO 
Este trabalho apresenta os resultados de experiência realizada pela CEMIG com a finalidade de estudar a 
aplicação de seccionalizadores eletrônicos monofásicos do tipo cartucho, em redes de distribuição 
comparado-os com a tecnologia de chaves fusíveis e dos seccionalizadores monofásicos hidráulicos até 
então utilizados. 
O trabalho demonstra o método de operação deste tipo de seccionalizador, suas partes integrantes e a sua 
instalação e operação nas redes da CEMIG. 
São também apresentados dados relativos à analise econômica referente ao seccionalizador eletrônico 
monofásico tipo cartucho comparado às chaves fusível e aos seccionalizadores hidráulicos. 
A análise dos resultados demonstra que a utilização deste tipo de seccionalizador proporciona as seguintes 
vantagens técnicas 
- redução acentuada do tempo de interrupções da rede; 
- facilidade e maior segurança na instalação e operação; 
- melhor coordenação com o religador. 
Também do ponto de vista econômico, embora o investimento inicial seja maior quando comparado a 
chaves fusíveis, a utilização desta nova tecnologia propicia ao longo do tempo uma maior economia, uma 
vez que foi verificada uma redução no número de deslocamentos para manutenção propiciando uma 
melhor continuidade do serviço. 
Atualmente, somente são adquiridos pela CEMIG os seccionalizadores eletrônicos tipo cartucho, com 
cerca de 400 unidades já instaladas. 
PALAVRAS-CHAVE 
Chave Fusível, Redes de Distribuição, Seccionalizador Eletrônico Monofásico, Seccionalizador 
Hidráulico. 
1/10 
1 – INTRODUÇÃO 
Os seccionalizadores são usados nas redes de distribuição da CEMIG há muitos anos, desde os modelos 
hidráulicos com bobina série, até os trifásicos mais modernos, com controle eletrônico e restritores de 
corrente "inrush". 
No entanto, os seccionalizadores monofásicos anteriormente utilizados eram hidráulicos e assim sendo, 
não permitiam o uso de restritores de correntes de inserção de transformadores (corrente de “inrush”), o 
que provocava, em determinadas condições, operações indevidas do equipamento. 
Outro problema é que não existiam, na CEMIG, seccionalizadores monofásicos de 24,2kV, pois até o 
surgimento dos seccionalizadores tipo cartucho, nenhum fabricante os produzia. 
Assim, foram adquiridas pela CEMIG, no final da década de 90, 28 peças do seccionalizador eletrônico 
monofásico tipo cartucho, que foram distribuídos para 4 (quatro) Regiões de Distribuição, para serem 
submetidos a testes de campo. 
Os locais escolhidos foram aqueles onde se constatava, através de dados históricos, um grande número de 
queimas de elos fusíveis, devido à ocorrência de defeitos na rede e a falhas ocasionadas por descargas 
atmosféricas. 
Outra vantagem na utilização do seccionalizador eletrônico nos ramais e derivações, em substituição às 
chaves-fusíveis é permitir uma melhor coordenação em falhas transitórias e permanentes. O princípio de 
funcionamento desse equipamento não inclui curvas tempo x corrente e envolve apenas a contagem da 
quantidade de operações de um religador na retaguarda , permitindo, assim, agir em perfeita coordenação 
com aquele equipamento. 
Este trabalho apresenta as características básicas e princípio de funcionamento do equipamento, o relato 
de instalação experimental com os resultados obtidos nos testes de campo após cerca de 15 meses de 
instalação, a análise econômica de sua aplicação e a avaliação da viabilidade de sua padronização. Conclui 
com a constatação do seu bom desempenho técnico e sua viabilidade econômica, com as vantagens de 
redução do número de intervenções na rede em cerca de 8 vezes nos locais onde o equipamento foi 
aplicado, além de proporcionar facilidade e maior segurança na instalação e operação do equipamento e 
melhor coordenação com religadores na retaguarda. 
2- CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DO EQUIPAMENTO 
2.1- Características elétricas dos equipamentos testados 
Os equipamentos testados possuem as seguintes características elétricas: 
- Tensão nominal: 13,8kV; 
- Tensão máxima de operação: 15kV; 
- Corrente nominal: 300A; 
- Corrente de atuação: 15A e 35A; 
- Número de operações para o bloqueio: 3; 
- Tempo de “reset”: 60s. 
Uma característica dos seccionalizadores eletrônicos monofásicos tipo cartucho testados na época, é que 
eles eram previamente ajustados e não podiam ter seus valores alterados (número de operações, valor da 
corrente de “pick-up” e tempo de “reset”). Além disso, os seccionalizadores eletrônicos utilizavam um 
disparador automático que precisava ser substituído toda vez que ocorria uma operação do equipamento. 
Atualmente, já em sua terceira geração, os seccionalizadores podem ser ajustados de acordo com a 
necessidade do usuário e não mais necessitam do atuador, sendo rearmáveis manualmente. 
2/10 
2.2- Características Gerais 
O seccionalizador eletrônico monofásico do tipo cartucho utilizado tem a aparência de um porta-fusível, e 
suas partes integrantes são mostradas na Figura 1. 
 
 
 
 
 
 
 
Atuador Descartável 
Contato Inferior
Transformador 
de Corrente 
Placa de 
Circuito Impresso 
Tubo Condutor
Contato Superior 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 - Partes Integrantes do seccionalizador eletrônico monofásico 
 
A lógica de operação do equipamento é realizada por uma placa de circuito impresso alojada dentro do 
tubo condutor que atua como uma blindagem e evita interferência eletromagnética no circuito eletrônico. 
O transformador de corrente, que envolve o tubo condutor, fornece energia para o atuador e uma amostra 
da corrente da rede ao circuito lógico, que faz a contagem do número de operações do equipamento de 
retaguarda e dispara o atuador ao ser atingido o número de operações ajustado. 
O atuador químico, quando existir, deve ser substituído toda vez que o seccionalizador opera. 
2.3 – Princípio de funcionamento 
O seccionalizador tipo cartucho não interrompe correntes de curto-circuito, nem pode ser aberto em carga. 
Para abri-lo, é necessário utilizar um “loadbuster”, de forma similar a uma chave fusível. 
Quando a corrente da rede supera o valor de “pick-up” ajustado e, em seguida, atinge valores próximos a 
zero (da ordem de alguns mA), devido a abertura do religador de retaguarda, o seccionalizador eletrônico 
3/10 
conta a operação daquele equipamento. Quando o circuito lógico atinge o número de operações ajustado, é 
enviado um sinal elétrico ao atuador que dispara e promove a abertura do seccionalizador, da mesma 
forma que uma chave fusível quando ocorre o rompimento do elo fusível. 
Da mesma maneira que para os demais seccionalizadores, o número de operações que o seccionalizador 
eletrônico monofásico tipo cartucho irá contar deve ser sempre uma a menos que o número de 
religamentos do equipamento de retaguarda. 
A Figura 2 mostra um gráfico com a operação de um seccionalizador com 2 operações e um religador de 
retaguarda com 3 religamentos. 
 
Religador Tronco 
 Seccionalizador 
Ramal 
 Falta 
 
 
Falta 
 Corrente 
"Inrush" Corrente no 
 Tronco Valor de pick-up 
 Carga 
 Contatos do 
Religador 
Linha 
Restabelecida 
 
Fechado 
 Abertura 
Aberto 
 Religamento Religamento Abertura 
 Estado do 
Seccionalizador 2a Abertura do 
Religador 
 1a Abertura do Religador 
 Fechado Normal 
Abertura do Seccionalizador 
Aberto 
 Ramal isolado 
Memorização da 1a Abertura 
do Religador 
Memorizaçãoda 2a Abertura 
do Religador 
 
Figura 2 - Gráfico de Operação do seccionalizador eletrônico monofásico 
 
O seccionalizador tipo cartucho possui ainda uma função “restritor de “inrush”, não disponível nos 
seccionalizadores monofásicos hidráulicos. Esse recurso evita que o seccionalizador atue indevidamente, 
em determinadas condições. Um exemplo dessa atuação indevida é apresentado a seguir. 
 
Considere-se a mesma situação ilustrada na Figura 2 (religador ajustado para 4 operações/3 religamentos e 
seccionalizador com 2 operações). Em caso de defeito no ponto mostrado na Figura 3, o religador atua e, 
se a corrente de inrush do ramal for superior à corrente de pick-up do seccionalizador, este será 
sensibilizado por essa corrente após o primeiro religamento e contará 1 operação na 2ª abertura do 
religador. A seqüência de fatos se repete, fazendo com que o seccionalizador conte 2 operações na 3ª 
abertura do religador e, em seguida, interrompa o ramal. Após o 3º e último religamento pelo religador, 
irá ocorrer o bloqueio desse equipamento, ficando abertos ao final tanto o religador quanto o 
seccionalizador, sem que o defeito tenha sido isolado. 
 
4/10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Seccionalizador é sensibilizado 
pela corrente de inrush do ramal
1ª abertura 
do religador
Seccionalizador 
Religador 
Ponto de 
defeito 
ra
m
al
 
tronco
S 
R 
Fechado 
Aberto 
Fechado 
Aberto 
Bloqueio do 
religador 
3ª abertura 
do religador 
2ª abertura 
do religador
Abertura do 
secciuonalizador 
Sec conta 1ª 
operação 
Sec conta 2ª 
operação 
Figura 3– Ilustração do função “restritor de in rush” 
2.4 - Instalação na Rede 
A instalação do seccionalizador eletrônico monofásico tipo cartucho é feita de maneira análoga à de um 
porta-fusível, sendo instalado na chave base C utilizada nas redes de distribuição, conforme mostrado na 
Figura 4. 
 
Figura 4 - Instalação do seccionalizador tipo cartucho 
5/10 
3- EXPERIÊNCIA DE CAMPO 
Para que fosse feita a avaliação de campo do seccionalizador eletrônico tipo cartucho, eles foram 
enviados, nas quantidades indicadas, para as seguintes cidades: 
- Ponte Nova: 9 peças; 
- Pouso Alegre: 5 peças; 
- Itajubá: 6 peças; 
- Ituiutaba: 8 peças. 
Foi solicitado às Regionais que os equipamentos fossem instalados em locais onde a queima de elos 
fusíveis fosse freqüente, devido à ocorrência de defeitos na rede (presença de galhos de árvore, pássaros, 
etc) ou por falhas ocasionadas por descargas atmosféricas. 
As peças foram instaladas da seguinte forma: 
- Ponte Nova: em derivações de Rede de Distribuição Rural, sendo 3 peças em uma derivação trifásica e 
as outras 6 peças em derivações monofásicas, instaladas entre janeiro e maio de 1997; 
- Pouso Alegre: em 5 derivações de Rede de Distribuição Rural monofásicas, instaladas em janeiro de 
1997; 
- Itajubá: em 2 derivações de Rede de Distribuição Rural trifásicas, instaladas em dezembro de 1996; 
- Ituiutaba: em 8 derivações de Rede de Distribuição Rural monofásicas, instaladas em novembro de 1997; 
4 - ANÁLISE DE DESEMPENHO 
Para a análise do desempenho dos seccionalizadores eletrônicos nas redes de distribuição, foram 
realizadas visitas às Regionais, um ano após a sua instalação, para discutir a respeito do seu desempenho. 
Os dados levantados estão mostrados a seguir. 
4.1- Problemas Ocorridos 
Durante o período de testes de campo, foram detectados alguns problemas operativos descritos abaixo: 
- Ponte Nova 
Um seccionalizador instalado em uma rede monofásica não operou provocando o bloqueio do religador de 
retaguarda, mesmo tendo sido localizado um defeito na rede. Esse equipamento foi testado em oficina e 
estava operando corretamente. Não foi possível determinar a causa da não operação, supostamente 
indevida. 
- Itajubá 
Um dos seccionalizadores de 15A atuou sem que fossem verificados religamentos automáticos “RA's” no 
religador de retaguarda. Nesse caso, também, não foi possível determinar a causa dessa operação. 
Ao mesmo tempo, verificou-se que o religador de retaguarda estava ajustado para 3 operações, mesmo 
número do seccionalizador. Embora não houvesse relação com o problema citado anteriormente, essa 
situação poderia levar ao bloqueio do seccionalizador em conjunto com o religador de retaguarda. Em 
função disso, foi solicitada a retirada e reinstalação do equipamento em outro local, onde o religador 
estivesse ajustado para 4 operações. 
- Ituiutaba 
Foram constatadas várias operações dos seccionalizadores sem causa aparente. Após visita ao local, em 
conjunto com o fabricante, foi constatado que a corrente de carga nos circuitos variavam bastante, 
chegando a ser superior ao valor de “pick-up” do equipamento. 
Após análise dos dados pelo fabricante, a CEMIG foi informada que quando isso ocorre, o circuito 
eletrônico fica ativado e ocorre uma instabilidade, provocando sua operação indevidamente. 
6/10 
Das 8 peças instaladas, 4 foram reinstaladas em outros locais e ficaram em operação sem apresentar 
problemas. 
4.2- Dados dos testes de campo 
Com a finalidade de verificar o desempenho das redes com os seccionalizadores eletrônicos monofásicos 
do tipo cartucho, foram levantados dados do número de intervenções nas redes, antes e após a instalação, 
de modo a determinar os ganhos obtidos. Esses dados estão mostrados na tabela abaixo. 
 
Tabela 1 - Número de Intervenções na Rede 
 Número de Intervenções em 12 meses 
Região 
Número de 
pontos Antes da Instalação do 
seccionalizador 
Após a Instalação do 
seccionalizador 
Ponte Nova 9 76 9 
Itajubá 6 8 2 
Pouso Alegre 5 11 1 
Total 20 95 12 
 
Com relação a Ituiutaba, devido aos problemas citados anteriormente, quatro seccionalizadores eletrônicos 
foram relocados, e instalados em locais onde antes existiam chaves faca, não sendo, portanto, possível 
determinar os ganhos obtidos, por serem essas chaves equipamentos de manobra e não de proteção. 
Pode-se verificar que, em média, a instalação dos seccionalizadores reduziu o número de desligamentos 
das redes em cerca de 8 vezes, quando comparado com a instalação de chaves fusíveis. 
4.3 - Comentários dos Órgãos Regionais 
Foram feitas as seguintes observações pelos Órgãos Regionais: 
• Facilidade de instalação e operação; 
• Facilidade de coordenação com o religador; 
• Segurança na operação. Quando da ocorrência de um defeito na rede, caso ele não seja localizado ou 
corrigido após a verificação do circuito, ocorrerá novamente a operação do religador quando do 
fechamento do seccionalizador. Tal fato foi considerado como sendo uma vantagem, pois, caso 
estivesse sendo utilizada uma chave fusível, ocorreria a queima do elo com o conseqüente arco devido 
à interrupção, com riscos para o eletricista. 
• Quando da ocorrência de defeitos na rede causados por sobretensões, ocorrerá apenas a atuação do 
religador de retaguarda eliminando a falta, que, de forma geral, é de caráter transitório e o circuito é 
restabelecido. Dessa forma, é proporcionada uma melhor continuidade de serviço com redução do 
DEC (Duração Equivalente ao Consumidor) e do número de intervenções na rede. 
5- AVALIAÇÃO ECONÔMICA 
A seguir é mostrada uma avaliação comparativa entre o seccionalizador tipo cartucho, a chave fusível e o 
seccionalizador hidráulico monofásico 15kV, tipo GH, que era utilizado na época pela CEMIG. Na 
avaliação são analisados os custos de instalação e de operação dos três equipamentos, verificando-se a 
viabilidade do uso do seccionalizador tipo cartucho. 
Nessa análise, tendo em vista o exposto no item 4.2, serão considerados os dados relativos aos 
equipamentos instalados em Ponte Nova, Itajubá e Pouso Alegre: 
Custo médio ponderado da mão-de-obra por interrupção = R$ 150,00; • 
7/10 
Número médio de desligamentos,por ponto, com chave fusível, nos 12 meses anteriores à instalação 
do seccionalizador tipo cartucho = 4,75 (Número de ocorrências/Número de pontos – Ver Tabela 1); 
• 
• Número médio de desligamentos, por ponto, nos 12 meses posteriores à instalação do seccionalizador 
tipo cartucho = 0,60 (Número de ocorrências/Número de pontos – Ver Tabela 1) 
Com base nos dados acima e no preço de aquisição dos seccionalizadores tipo cartucho, foram calculados 
os valores abaixo indicados para serem utilizados na análise econômica mostrada na Tabela 2 e indicada 
no Gráfico 1. 
- Seccionalizador eletrônico monofásico cartucho: 
Custo do equipamento = R$ 800,00; • 
• 
• 
Custo da instalação = R$ 18,00 [1]; 
Custo anual das intervenções na rede = R$ 90,00 (0,60 intervenção a R$ 150,00). 
 
- Chave fusível: 
Custo do equipamento = R$ 80,00; • 
• 
• 
• 
Custo do elo fusível = R$ 1,50; 
Custo da instalação = R$ 18,00 [1]; 
Custo anual das intervenções na rede = R$ 719,63 (4,75 intervenções a R$ 150,00 + 4,75 elos a R$ 
1,50). 
 
- Seccionalizador Monofásico 15kV – GH (Hidráulico): 
Custo do equipamento = R$ 1.184,00; • 
• 
• 
Custo da instalação = R$ 300,00 [1]; 
Custo anual das intervenções na rede = R$ 90,00 (0,60 intervenção a R$ 150,00). 
A Tabela 2 apresenta a capitalização dos custos de instalação e manutenção dos equipamentos por 20 
anos. O seccionalizador tipo cartucho foi o equipamento que apresentou menor custo final. 
 
Tabela 2 – Capitalização dos custos 
EQUIPAMENTO CUSTO 
INICIAL 
APÓS 2 
ANOS 
APÓS 5 
ANOS 
APÓS 10 
ANOS 
APÓS 20 
ANOS 
SECCIONALIZADOR 
TIPO CARTUCHO 
R$ 818,00 R$ 988,00 R$ 1.175,00 R$ 1.369,00 R$ 1.532,00 
SECCIONALIZADOR 
HIDRÁULICO 
R$1.484,00 R$ 1.653,00 R$ 1.841,00 R$ 2.035,00 R$ 2.198,00 
CHAVE FUSIVEL R$ 99,50 R$ 1.454,00 R$ 2.958,00 R$ 4.510,00 R$ 5.810,00 
 
É importante notar que apesar do maior custo inicial, o seccionalizador tipo cartucho devido à redução dos 
custos de manutenção (substituição de elos fusíveis), se torna mais barato do que uma chave fusível em 
pouco mais de um ano. Se comparado ao seccionalizador hidráulico hoje utilizado, o seccionalizador tipo 
cartucho é mais barato ao longo dos 20 anos, como pode ser visualizado no Gráfico 1. 
 
8/10 
SECCIONALIZADOR MONOFÁSICO 
COMPARAÇÃO DE CUSTOS
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
2700
3000
3300
3600
3900
4200
4500
4800
5100
5400
5700
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 
(ANOS)
(R
$)
Secc. Tipo Cartucho
Chave-fusível
Secc. Hidraúlico
Gráfico 1 – Comparação de custos 
 
Além do menor custo final, o seccionalizador tipo cartucho tem a função “restritor de “inrush” que não é 
disponível no seccionalizador hidráulico, tipo GH. A falta dessa função faz com que, em determinadas 
condições, o seccionalizador hidráulico atue indevidamente, levando à necessidade de intervenção do 
eletricista, conforme apresentado no item 2.3. Nessa análise, foi considerado o mesmo número de 
intervenções para o seccionalizador tipo cartucho e o seccionalizador hidráulico monofásico, independente 
do fato deste último não ter o restritor de “inrush”. 
A Tabela 3 apresenta um resumo das vantagens e desvantagens do uso de cada um dos equipamentos. 
 
Tabela 3 – Comparação qualitativa entre as alternativas 
Equipamento Vantagens Desvantagens 
Chave Fusível • Baixo custo inicial; 
• Baixo custo do elo fusível. 
 
• Grande número de intervenções na 
rede. 
Seccionalizador tipo 
cartucho 
• Redução acentuada do número 
de intervenções na rede; 
• Existência do restritor de 
correntes de “inrush”. 
 
• Custo inicial mais alto do que o da 
chave fusível; 
• Não permite troca do ajuste; 
• Custo do disparador. 
Seccionalizador 
hidráulico monofásico, 
15kV 
• Redução acentuada do número 
de intervenções na rede; 
Permite troca dos ajustes. 
• Maior custo entre todas as 
alternativas; 
• Inexistência do restritor de “inrush”. 
9/10 
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6- CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 
Embora o seccionalizador tipo cartucho tenha apresentado alguns problemas operativos, que foram em sua 
maioria esclarecidos satisfatoriamente, a experiência de campo permitiu conhecer melhor sua utilização. 
Com a instalação do seccionalizador tipo cartucho ocorreu uma redução do número de intervenções na 
rede em cerca de 8 vezes nos locais onde o equipamento foi aplicado, fazendo assim com que o 
equipamento ficasse mais barato do que uma chave fusível dentro de pouco mais de um ano, devido à 
redução dos custos de manutenção, especialmente aqueles associados aos deslocamentos das equipes de 
operação para o restabelecimento do serviço. Se comparado a um seccionalizador hidráulico antes 
utilizado pela CEMIG, o equipamento se mostra mais vantajoso desde o início de sua aplicação. 
 
Além da redução acentuada do tempo de interrupções da rede, a utilização do seccionalizador eletrônico 
proporciona também as vantagens de facilidade e maior segurança na instalação e operação do 
equipamento e melhor coordenação com religadores na retaguarda. 
 
Pelos resultados obtidos conclui-se que o equipamento apresentou um bom desempenho além de mostrar-
se economicamente viável, tendo sido recomendada pelos autores a intensificação de seu uso na CEMIG. 
 
Atualmente, a CEMIG já conta com cerca de 400 equipamentos instalados, com bom desempenho. 
 
7- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] 02.111-ED/CE-3030 – Padronização dos Critérios de Pagamento de Mão-de-Obra de Construção 
Relativas ao Processo de Expansão do Sistema Elétrico de Distribuição