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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS Gabriel Cunha Marimon Chaves seccionadoras Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Definir as características das chaves seccionadoras. Analisar a aplicação de chaves seccionadoras. Relacionar as chaves seccionadoras a normas de segurança. Introdução Você sabia que os circuitos elétricos devem ser desenvolvidos com a capacidade de passar por manutenção de forma segura, tanto para as pessoas quanto para os equipamentos envolvidos? De acordo com a NR-10 do Ministério do Trabalho (1978), os projetos elétricos devem, na medida do possível, prever a instalação de dispositivo de seccionamento. Seccionar significa dividir em seções, portanto, um dispositivo de sec- cionamento deve ser capaz de realizar manobras para isolar um circuito elétrico. Eles são, basicamente, uma extensão dos condutores, tendo a propriedade de abrir e fechar o circuito pelos contatos da parte fixa e da parte móvel. Neste capítulo, você vai aprender a especificar as características das chaves seccionadoras e suas aplicações, bem como relacioná-las às nor- mas de segurança aplicáveis a instalações elétricas. Características das chaves seccionadoras Os dispositivos de seccionamento podem ser definidos por meio das caracte- rísticas técnicas e físicas da chave. Eles podem ser constituídos de um único polo (unipolar) ou de três polos (tripolar), sendo o primeiro tipo próprio para redes aéreas de distribuição de energia, e o segundo para subestações de energia. As características nominais (propriedades elétricas) que você deve identificar para especificar uma seccionadora são (Figura 1): tensão nominal; nível de isolamento nominal; frequência nominal; corrente nominal; corrente suportável nominal de curta duração; uso; duração nominal da corrente suportável de curta duração; valor de crista nominal da corrente suportável (valor de pico); capacidade de estabelecimento nominal de curto-circuito; zona de contato nominal; tensão nominal de alimentação dos dispositivos de fechamento e abertura; frequência nominal de alimentação dos dispositivos de fechamento e abertura dos dispositivos auxiliares; pressão nominal de alimentação do fluido de operação do equipamento; tipo de acionamento. Como referência, deve-se utilizar a norma NBR 7571:2011, na qual você poderá encontrar os padrões construtivos necessários aos dispositivos. Tensão nominal (Un) — A tensão nominal de funcionamento da chave sec- cionadora pode ser expressa em V ou kV, dependendo se o circuito é de baixa tensão ou média/alta. Corrente nominal (In) — A corrente nominal é um valor que você deve definir em ampères, a partir das características de funcionamento do circuito que a chave alimenta. Tensão nominal de alimentação dos dispositivos de fechamento e aber- tura — Você usará essa característica para definir as condições de operação, aquecimento e isolamento do sistema. Entenda a tensão de alimentação como o valor medido nos terminais do circuito durante a operação do equipamento. Corrente suportável nominal de curta duração (It) — Você definirá esse parâmetro utilizando o valor eficaz (RMS) de corrente que a chave deve suportar nas aplicações considerando a carga de curto-circuito. Duração nominal da corrente suportável de curta duração (t) — Considere um valor nominal de duração de 1 segundo. Valores maiores são toleráveis, desde que não ultrapassem 3 segundos. Valor de crista nominal da corrente suportável (Id) — Considere-o igual a 2,5 vezes o valor da corrente suportável nominal de curta duração. Chaves seccionadoras2 Valor eficaz ou RMS é a raiz do valor quadrático médio de uma série de medidas. Ou seja, é uma medida estática de magnitude de uma quantidade variável. Nível de isolamento nominal — Você deve definir o nível de isolamento nominal considerando as condições atmosféricas normais de referência (tem- peratura, pressão, umidade). Frequência nominal ( f ) — A frequência nominal é a de fornecimento da energia elétrica no local. No Brasil, a produção e a distribuição da energia elétrica são feitas a 60 Hz. Uso — Essa característica será definida a partir da definição de onde a chave estará instalada. Defina se ela estará em um ambiente interno ou externo. Capacidade de estabelecimento nominal de curto-circuito — Este é um parâmetro específico, utilizado somente em chaves de aterramento rápido. Elas devem ter capacidade de suportar correntes até o valor de curto-circuito aplicado por uma tensão máxima igual a Un. Zona de contato nominal — Você só vai considerar esse parâmetro para chaves com suporte independentes. Elas devem ter a capacidade de operar dentro dos limites da zona de contato nominal. O fabricante estabelecerá o método de fixação e forças de reação do contato fixo, nos casos em que forem relevantes para operação satisfatória da chave. Frequência nominal de alimentação dos dispositivos de fechamento e abertura dos dispositivos auxiliares — Observe que a frequência de for- necimento é padronizada. O valor de referência dessa característica é igual a f, portanto, 60 Hz. Tipo de acionamento — Você deve definir se a chave será acionada manual- mente ou por meio de sistema remoto/automático. Para o segundo caso, será necessário verificar a pressão nominal de alimentação do fluido de operação do equipamento. Pressão nominal de alimentação do fluido de operação do equipamento — Você deve considerar esse parâmetro para chaves que utilizem acionamento remoto ou automático. É a pressão do gás comprimido que aciona pneumati- camente a chave. Observe que dispositivos acionados dessa forma devem ser capazes de funcionar com carga de 85 a 105% da pressão nominal. 3Chaves seccionadoras Agora que você já conhece as características elétricas que definem os parâmetros de operação de uma chave seccionadora, aprenderá também a respeito das principais partes constituintes dela. Sua estrutura física é, basi- camente, composta de: polo seccionador; base; mancal; suporte do isolador; coluna isolante; lâmina principal; suporte dos contatos; contatos; mecanismo de acionamento; chifres; mecanismo motorizado. Conhecendo a mecânica do dispositivo, você estará apto a operá-lo com segurança, seja como o responsável pela manutenção do sistema ou como projetista. É importante lembrar de consultar o manual do fabricante (datasheet) do equipamento, pois só assim estará seguro para atuar de forma adequada no dispositivo. Polo seccionador — É o conjunto que contempla a parte do seccionador, circuito principal, isoladores e base. Base — Responsável pela fixação do componente no sistema, geralmente construída com aplicação de aço nos perfis tipo U, I, treliças ou tubos. Mancal — Faz o apoio fixo para os eixos de abertura e fechamento da coluna rotativa. Suporte do isolador — Eleva a altura da coluna isolante. Coluna isolante — Mantém a isolação entre a parte energizada (viva) e a base do seccionador. Lâmina principal — É uma peça móvel, responsável por conduzir a corrente entre os terminais com a chave fechada. Deve ser fabricada com material altamente condutor. Suporte dos contatos — Peça fixa, que faz o contato da lâmina entre os dois polos de seccionamento. Deve ser fabricado com material condutor e resistente aos esforços de operação, com seção suficiente para suportar as correntes nominal (In) e de curto-circuito (It). Chaves seccionadoras4 Contatos — Composto de duas ou mais peças condutoras, responsáveis por assegurar a continuidade elétrica com o contato móvel da lâmina principal. Quando você estiver avaliando a periodicidade de manutenção de uma chave, esse será o item com maior criticidade. Mecanismo de acionamento — É o conjunto que recebeo comando, dando os movimentos necessários à lâmina para que realize os movimentos por meio do mancal da coluna isolante rotativa. Chifres — Também conhecidos como contatos de arco, devido a sua função de manter o potencial elétrico equalizado entre a lâmina e os contatos fixos, assumindo o caminho da corrente quando da abertura da chave. Evita que o arco elétrico queime os contatos da chave e é composto de uma haste metálica presa ao contato fixo e outra à ponta da lâmina móvel. Mecanismo motorizado — Responsável pela aplicação do torque necessário à realização das manobras das chaves seccionadoras. Figura 1. Partes da chave seccionadora. Fonte: Adaptada de Chave… (2013b, documento on-line). Aplicação de chaves seccionadoras As chaves seccionadoras são dispositivos destinados à realização de manobras e ao isolamento de circuitos elétricos. Elas devem ter a capacidade de manter o circuito operando dentro de sua corrente nominal e inclusive em curto-circuito, 5Chaves seccionadoras até que o dispositivo de proteção instalado no circuito atue, sem que ocorra sobreaquecimento da chave. Você deve se perguntar, então: seriam as chaves seccionadoras uma ex- tensão do circuito? Exatamente! Além de serem aplicadas para isolar e manter o circuito aterrado para os procedimentos de manutenção, elas podem ser utilizadas para alterar entre os barramentos de uma subestação ou linhas de transmissão. Dentro dessas características, você deve observar qual será a aplicação do sistema. Em sistemas em que a chave atuará a vazio, ou seja, sem carga, cada fase tem um isolador para sustentar o contato fixo e outro para sustentar o braço de acionamento (faca), que se move pelo eixo rotativo. Dessa forma, tem-se a abertura e o fechamento simultâneos para as fases de alimentação do sistema, na chamada chave seccionadora tripolar. Note que existem também chaves seccionadoras dotadas de fusíveis (Figura 2), instalados fase a fase. Assim, quando alguma sobrecarga em uma fase ocasionar a queima daquele dispositivo de proteção, apenas a alimentação da respectiva fase será perdida. Figura 2. Exemplo de chaves seccionadoras dotadas de fusíveis. Fonte: Chave… (2013a, documento on-line). Chaves seccionadoras6 Para as aplicações nas quais você necessite de uma chave com fusível, existe a chave “Mattews” (Figura 3). Ela é capaz de proteger o sistema de um curto-circuito e, em condições normais, o fusível atua como contato móvel, permitindo manobras de forma semelhante à chave seccionadora sem carga. A aplicação mais usual desse modelo é em redes aéreas de distribuição urbana e rural de energia, assim como em subestações, sejam elas de propriedade do consumidor (indústrias) ou das concessionárias. Figura 3. Exemplo de chave “Mattews”. Fonte: Adaptada de Electric Material Distributor (2018, documento on-line). Terminal de linha Argola Isolador Cartucho Terminal de carga Você ainda poderá encontrar, para média tensão, chaves faca unipolares, nas quais a abertura e o fechamento são realizados manualmente, sendo cada fase acionada individualmente por meio de um bastão isolante. Você também pode deparar com um sistema que necessite que o seccionamento atue sob carga. Nesse caso, ocorrerá o arco elétrico, motivo pelo qual essas chaves são dotadas de chifres, destinados a extinguir a faísca sem causar danos à faca. 7Chaves seccionadoras As chaves seccionadoras que atuam sob carga devem ser instaladas em ambiente abrigado — uma câmara — que tenha capacidade de evitar que o arco crie curtos ou incêndios. Podem também ser instaladas em áreas classificadas (como as subestações), às quais apenas profissionais treinados têm acesso. As chaves podem ser dotadas de fusíveis (fase a fase) que, em caso de sobrecarga, geram a abertura completa de todas as fases da chave, seccionando o circuito por completo. As chaves de alta tensão são construídas seguindo o mesmo modelo (Figura 4), sendo geralmente aplicadas em sistemas de transmissão de energia. Figura 4. Exemplo de chaves de alta tensão aplicada em sistema de transmissão de energia. Fonte: Nutthapat Matphongtavorn/Shutterstock.com. A Figura 5 representa um exemplo de operação de uma chave faca modelo FC 15015 quando se fez necessária a manutenção da estação transformadora de uma subestação. Chaves seccionadoras8 Figura 5. Exemplo de operação de uma chave faca modelo FC 15015. Fonte: Adaptada de Novaes (2012, documento on-line). Considerando ainda o tipo de aplicação, você deve considerar a disposição do sistema. Existem diversas disposições para a mesma ferramenta estudada, adaptando-a ao ambiente da instalação. Seus modelos (Quadro 1) são definidos pela NBR 7571:2011, anexo A, assim como seus códigos e diagramas elétricos para representação em esquemáticos. Descrição Código Diagrama Abertura lateral AL Quadro 1. Definição pela NBR 7571:2011 dos modelos, códigos e diagramas elétricos (Continua) 9Chaves seccionadoras Quadro 1. Definição pela NBR 7571:2011 dos modelos, códigos e diagramas elétricos Descrição Código Diagrama Abertura central AC Dupla abertura DA Abertura vertical AV Vertical reversa VR Faca FC (Continua) (Continuação) Chaves seccionadoras10 Quadro 1. Definição pela NBR 7571:2011 dos modelos, códigos e diagramas elétricos (Continua) (Continuação) Descrição Código Diagrama Basculante BC Semibasculante SB Pantográfica PG Semipantográfica vertical SV Semipantográfica horizontal SH 11Chaves seccionadoras Quadro 1. Definição pela NBR 7571:2011 dos modelos, códigos e diagramas elétricos Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2011, anexo A). (Continuação) Descrição Código Diagrama Terra TE Aterramento rápido AR R Você sabia? O equipamento de manobra conhecido como chave seccionadora teve sua designação normalizada pela ABNT, na NBR 6935:1985 (substituída pela NBR IEC 62271- 102:2006) e NBR 7571:1985 (atualizada em 2011), sendo renomeado como seccionador. Chaves seccionadoras e normas de segurança É fundamental observar que os processos de fabricação, manutenção e utili- zação de chaves seccionadoras devem seguir normas de segurança. Quando se trata de normas técnicas, você deve observar as resoluções apresentadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas. Mas o que são normas ABNT e para que servem? Norma Técnica é um documento estabelecido por consenso e aprovado por um organismo reconhecido, que fornece, para uso comum e repetitivo, regras, diretrizes ou características para os produtos ou processos, e cuja observância não é obrigatória. Elas podem estabelecer requisitos de qualidade, de desempe- Chaves seccionadoras12 nho, de segurança (seja no fornecimento de algo, no seu uso ou mesmo na sua destinação final), mas também podem estabelecer procedimentos, padronizar formas, dimensões, tipos, usos, fixar classificações ou terminologias e glos- sários, símbolos, marcação ou etiquetagem, embalagem, definir a maneira de medir ou determinar as características, como os métodos de ensaio. As normas brasileiras para eletricidade são definidas pelo comitê ABNT/ CB-003 Eletricidade. Para estabelecer as características técnicas e dimensionais de seccionadores, procure pela norma NBR 7571:2011. Para as características técnicas dos isoladores utilizados nas chaves seccionadoras, pesquise pela norma NBR 15829:2017. Por vezes, podem ser exigidos critérios mais restritos e estabelecidos por órgãos de relevância global. Para normas do setor elétrico, a referência principal é o Internacional Electrotechnical Comission (IEC). Essa instituição serve, muitas vezes, como referência para o desenvolvimento das normas nacionais no setor de elétrica. O padrão IEC para chaves seccionadoras é dado pela norma IEC 62271-102 (Alternating current disconnectors and earthing switches). Esse documento aplica-se às chaves destinadas a uso interno e externo para tensões acima de 1 kV e frequências de alimentação de até 100 Hz, contemplando também os equipamentos auxiliares necessários à sua operação. Confira no Quadro 2 a listagem das partes relevantes da norma para as aplicações de chaves seccionadoras. Norma Assunto IEC 62271 Dispositivos alternadores e de controle para alta tensão Parte da norma Título original 1 Especificações comuns 100 Disjuntores para alta tensão em corrente alternada 102 Seccionadores para corrente alternada e chaves de aterramento 103 Chaves para tensão de 1 kV a 52 kV 104 Chaves para alta tensão (acima de 52 kV) 105 Chave fusível para corrente alternada em alta tensão Quadro 2. Partes relevantes da norma IEC 62271 (Continua) 13Chaves seccionadoras Fonte: Adaptado de International Electrotechnical Commission (2007, documento on-line). Quadro 2. Partes relevantes da norma IEC 62271 Norma Assunto 108 Dispositivos com funções combinadas 203 Chaves acionadas a gás para tensões a partir de 72,5 kV 301 Disjuntores para alta tensão em corrente alternada (cargas indutivas) (Continuação) Para dispositivos não contemplados nesse padrão, pesquise pelas normas IEC 60298, IEC 64466 e IEC 60517. Para a aplicação da norma IEC 62721-102, a ABNT recomenda a consulta a normas complementares. Pesquise pelas normas IEC 60137:1995, IEC60265-1:1998, IEC 60265-2: 1988, IEC 60298:1990, IEC 60466:1987, IEC, 60517:1990, IEC 60865-1:1993 e IEC 60865-1:1993. Encerrados os aspectos construtivos, devemos considerar os aspectos operacionais, que deverão ser descritos de forma detalhada no datasheeet do fabricante. No entanto, você deve também considerar as normas regulamen- tadoras do Ministério do Trabalho quando avaliar esse critério. Após o período de privações ocorrido na década de 1990, o Ministério do Trabalho e Emprego (MTE) elaborou a então denominada nova NR-10, destinada a segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ela estabelece os requisitos e as condições mínimas, com o objetivo de implementar medidas de controle e sistemas preventivos. Está direcionada a garantir a segurança e a saúde dos trabalhadores que interajam direta ou indiretamente em instalações elétricas e nos serviços que utilizam a eletricidade nos mais diversos usos e aplicações. As chaves seccionadoras estão, portanto, inseridas nesse contexto. Chaves seccionadoras14 Os trabalhadores que atuam com elas devem passar por treinamento obri- gatório. De acordo com item 10.6 da NR-10, intervenções em instalações com tensão igual ou superior a 50 V em corrente alternada ou superior a 120 V em corrente contínua só podem ser realizadas por trabalhadores que tenham recebido treinamento para trabalhos com instalações elétricas energizadas. Você pode se perguntar: e para os sistemas não contemplados nesse item? Os profissionais que exerçam suas atividades em instalações elétricas de alta tensão e até mesmo dentro dos limites estabelecidos como zonas controladas e de risco (Anexo I da NR-10) devem receber treinamento específico. O curso de NR-10 SEP, assim como o básico, é regulamentado por uma portaria do Ministério de Estado do Trabalho e Previdência Social (MTPS). Pesquise a respeito da portaria MTPS 508/2016. Entre outras determinações, é previsto que intervenções em instalações elétricas energizadas em AT dentro dos limites estabelecidos como zona de risco somente podem ser realizadas me- diante a desativação. Esse procedimento também é conhecido como bloqueio dos conjuntos e dispositivos, processo no qual será necessário utilização dos dispositivos de manobra, ou seja, chaves seccionadoras. Além de estabelecer o currículo mínimo e a carga horária do treinamento, a NR-10 prevê as sequ- ências a serem adotadas nas manobras. Procedimento de desenergização disponível no item 10.5 da NR-10: 10.5.1 Somente serão consideradas desenergizadas as instalações elé- tricas liberadas para trabalho, mediante os procedimentos apropriados, obedecida a sequência abaixo: a) seccionamento; b) impedimento de reenergização; c) constatação da ausência de tensão; d) instalação de aterramento temporário com equipotencialização dos condutores dos circuitos; e) proteção dos elementos energizados existentes na zona controlada (Anexo II) (Alteração dada pela Portaria MTPS 508/2016); f) instalação da sinalização de impedimento de reenergização (BRASIL, 2016, documento on-line). 15Chaves seccionadoras 1. Você está operando uma subestação a partir de um sistema supervisório e recebe a orientação de que deve realizar uma manobra com o objetivo de desligar um transformador, por meio da operação de uma chave seccionadora. Pelo sistema supervisório, você tem acesso às informações sobre o estado da chave e da pressão do gás que a aciona. Quais são os limites da tolerância de pressão de gás estabelecidos pela norma NBR 7571? a) 85%–100%. b) 75%–100%. c) 75%–105%. d) 80%–100%. e) 85%–105%. 2. A indústria na qual você trabalha está construindo uma subestação para que possa ter acesso ao fornecimento de energia em média tensão. Considerando que seja necessário realizar a substituição de um fusível de uma chave seccionadora tripolar, qual seria o primeiro passo a ser tomado no momento da realização do procedimento? a) Impedir a reenergização da fase. b) Solicitar à concessionária a cessão do fornecimento. c) Avaliar a ausência de tensão nos polos com fusível em falha. d) Realizar o seccionamento de todas as fases. e) Substituição do fusível em falha por um novo. 3. Você está projetando um seccionador que deve operar sob carga de a) 7,5 kA. b) 18,75 kA. c) 15 kA. d) 63 kA. e) 26,25 kA. 4. A frequência nominal de trabalho de uma chave seccionadora é um dos parâmetros de projeto do componente. Assuma que você está projetando uma chave seccionadora para atuar em uma rede de distribuição de energia localizada na capital de Minas Gerais. Considerando que a tensão nominal é de 72,5 kV e a corrente nominal de 3 kA, qual deveria ser a frequência nominal definida para o sistema? a) 50 Hz. b) 55 Hz. c) 60 Hz. d) 65 Hz. e) 70 Hz. 5. A lâmina principal é uma peça importante dos dispositivos seccionadores. Qual seria a função correta dessa peça? a) Manter a isolação entre a parte viva e a base. b) Manter o potencial elétrico equalizado entre o polo e a base. c) Servir de suporte para o fusível de proteção. d) Conduzir a corrente entre os terminais da chave. e) Elevar a altura da coluna isolante. Chaves seccionadoras16 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7571: seccionadores: caracte- rísticas técnicas e dimensionais. Rio de Janeiro, 2011. BRASIL. Ministério do Trabalho. Portaria MTb n°. 3.214, de 8 de junho de 1978. Norma Regulamentadora NR-10: segurança em instalações e serviços em eletricidade. Mi- nistério do Trabalho. Disponível em: <http://trabalho.gov.br/images/Documentos/ SST/NR/NR10.pdf>. Acesso em: 26 jun. 2018. BRASIL. Ministério do Trabalho e Previdência Social. Portaria MTPS nº 508, de 29 de abril de 2016. Altera a Norma Regulamentadora nº 10: segurança em instalações e serviços em eletricidade. LegisWeb, [s.l.], 2 mai. 2016. Disponível em: <https://www. legisweb.com.br/legislacao/?id=319865>. Acesso em: 26 jun. 2018. CHAVE seccionadora tripolar modelo SFT. Schak, Contagem, out. 2013. Disponível em: <http://schak.com.br/?product=chave-seccionadora-tripolar-modelo-sft>. Acesso em: 26 jun. 2018. ELECTRIC Material Distributor. Chave fusível e chave seccionadora. 2018. Disponível em: <http://www.emd.com.br/chave-fusivel-e-chave-seccionadora-em-sao-paulo-sp. html>. Acesso em: 30 jun. 2018. INTERNATIONALELECTROTECHNICAL COMMISSION. IEC 62271-102: high-voltage switchgear and controlgear: part 102: alternating current disconnectors and earthing switches. Geneva, 2018. NOVAES, R. Exemplo do emprego de chave seccionadora em circuito primário trifásico usados em distribuição de energia elétrica. Wikimedia Commons, [s.l.], 21 jan. 2012. Disponível em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seccionando_um_circuito. jpg>. Acesso em: 26 jun. 2018. 17Chaves seccionadoras Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual da Instituição, você encontra a obra na íntegra.