AULA 2 - DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO E FUSÍVEIS

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<p>PÓS-GRADUAÇÃO E ESPECIALIZAÇÃO EM EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS DE ALTA TENSÃO</p><p>IEC PUC MINAS</p><p>Professor: Fiel Ribeiro Matola Filho</p><p>DISJUNTORES E FUSÍVEIS</p><p>Disciplina:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>CRITÉRIO DA DISCIPLINA</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>• J. M. Filho, Manual de equipamentos elétricos , LTC, 5a ed.,</p><p>• S. O. Frontin, Equipamentos de alta tensão Prospecção e hierarquização de inovações tecnológicas , Goya Editora,</p><p>Brasília,</p><p>• A.C. C. Carvalho et al., Disjuntores e chaves: aplicação em sistemas de potência , EDUFF, Niterói, 1995;</p><p>• Normas técnicas – ABNT, IEEE e IEC –a serem indicadas durante o curso;</p><p>• Manuais e catálogos de fabricantes.</p><p>• NBR - IEC 62271-100:2020 - High-voltage switchgear and controlgear - Part 100: Al-ternating current circuit-breakers</p><p>• NBR - IEC/IEEE 62271-37-013:2021 - High-voltage switchgear and controlgear - Part 37-013: Al-ternating-current</p><p>generator circuit-breakers;</p><p>• NBR – IEC 60060: 2013 - Técnicas de ensaios elétricos de alta-tensão</p><p>• CIGRE WG 13.04, Asymmetrical current breaking tests , Electra, no. 132, pp. 109-125, 1990;</p><p>• D. Sinder, “ Método de cálculo da tensão de restabelecimento transitória para análise da superação de disjuntores de</p><p>alta tensão ,” dissertação de mestrado, COPPE/UFRJ, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2007.</p><p>BIBLIOGRAFIA</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>AULAS</p><p>AULA 1: Conceitos, utilização, tipos, parâmetros principais (elétricos e mecânicos)</p><p>AULA 2: Especificando um disjuntor 1: Metodologias para escolha e dimensionamento</p><p>(principais estudo), formação e extinção do arco-elétrico.</p><p>AULA 3: Especificando um disjuntor 2: Interrupção de correntes elétricas</p><p>Mecanismo de Operação; Ensaios e Testes e Manutenção.</p><p>AULA 4: Fusíveis: Conceitos, utilização, tipos, parâmetros principais,</p><p>metodologias para escolha, operação dos fusíveis.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>ESPECIFICANDO OS DISJUNTORES:</p><p>Os disjuntores são equipamentos que tem três objetivo básicos já vistos na primeira aula:</p><p>ESTABELECER</p><p>CONDUZIR</p><p>INTERROMPER</p><p>ENERGIZAR</p><p>OPERAR NORMALMENTE</p><p>CORRENTES PRÉ-</p><p>DEFINIDAS E DE CURTO</p><p>(EXTINÇÃO DE ARCO)</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>ESPECIFICANDO OS DISJUNTORES:</p><p>Pensando nos três objetivos, é necessário fazer estudos operacionais para as definições e requisitos para uma perfeita especificação</p><p>técnica, além dessas condições, é necessário verificar as condições ambientais (disjuntores ao tempo) e condições de alimentações</p><p>dos circuitos auxiliares. Sob essa ótica iremos aqui apresentar os tópicos para especificar claramente os disjuntores, abaixo</p><p>apresenta-se os pontos interessantes a se preencher na folha de dados dos disjuntores, e estes serão detalhados ao longo desta aula</p><p>e também da próxima aula.</p><p>• Tensão nominal, fase-fase (kV, eficaz)</p><p>• Tensão máxima operativa do sistema, fase-fase (kV, eficaz)</p><p>• Frequência nominal (Hz)</p><p>• Tensão máxima suportável em condições de emergência durante 1h (kV)</p><p>• Neutro</p><p>• Corrente de curto-circuito nominal (kA, eficaz)</p><p>• Valor de crista da corrente suportável nominal (kA, crista)</p><p>CONDIÇÕES DO SISTEMA</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>CARACTERÍSTICAS GERAIS</p><p>• Tipo</p><p>• Funcionamento</p><p>• Acionamento</p><p>• Uso se externo qual distância de escoamento</p><p>CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS</p><p>• Corrente Nominal</p><p>• Níveis de isolamento</p><p>• Capacidade de Interrupção de curto-circuito</p><p>• Condições de TRT</p><p>• Ciclo de Operação</p><p>• RIV (Tensão de Rádio interferência)</p><p>• Efeito Corona</p><p>• Elevação de Temperatura</p><p>• Uso de Resistores de Pré-inserção</p><p>• Religamentos</p><p>• Utilização de Sincronizadores</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>CARACTERÍSTICAS DE SERVIÇOS AUXILIARES</p><p>• Tensão do Motor</p><p>• Tensão dos Circuitos de Aquecimento e Tomadas</p><p>• Tensão dos Circuitos de Controle, Supervisão e Proteção</p><p>CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS</p><p>• Distâncias</p><p>• Estrutura Metálica</p><p>• Terminais</p><p>• Conectores</p><p>• Localização dos Armários de Controle</p><p>• Pintura</p><p>• Bloqueios mecânicos - KIRK</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>DOCUMENTOS À SEREM APRESENTADOS</p><p>• Certificados</p><p>• Documentos Gerais</p><p>• Planos de Qualidades</p><p>• Manuais</p><p>ENSAIOS</p><p>• Ensaios de Tipo</p><p>• Ensaios de Rotina</p><p>• Ensaios Especiais</p><p>COMISSIONAMENTO</p><p>• Montagem</p><p>• Ensaios de Campo</p><p>• Operação Inicial</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>ANTES DE TUDO:</p><p>ESTUDOS: Apresentaremos a seguir uma condição básica de estudos e teorias que afetam várias das</p><p>características de especificação, por isso, é interessante verificar os conceitos para que possamos prosseguir</p><p>com as especificação. Algumas condições como a utilização de resistores de pré-inserção, sincronizadores, etc.</p><p>provém das condições de alguns estudos associados, nessa concepção, abaixo apresento quais estudos deverão</p><p>ser feitos para definição das características dos disjuntores e logo após, adentraremos dentro de cada estudo e</p><p>depois retornaremos para a tabela de especificação.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO</p><p>Coordenação de isolamento é o estudo que visa determinar a suportabilidade dos equipamentos quanto às</p><p>solicitações elétricas a que são submetidos em operação.</p><p>As solicitações elétricas de maior impacto quanto à integridade dos equipamentos são as sobretensões, devido</p><p>às descargas atmosféricas e às sobretensões decorrentes de manobra, sendo as primeiras a de maior</p><p>importância para a especificação econômica dos equipamentos. As descargas atmosféricas que incidem sobre</p><p>os condutores de fase das linhas de transmissão produzem elevadas tensões e correntes de surto que,</p><p>divididas, viajam em sentidos opostos até os terminais de geração e de carga.</p><p>Se a tensão de surto superar a tensão suportável de impulso dos isoladores mais próximos aos pontos de</p><p>incidência dos raios, ocorrerá uma descarga para a terra nos próprios isoladores. Caso contrário, a tensão de</p><p>surto irá trafegar até as subestações localizadas nas duas extremidades da linha de transmissão, onde estão</p><p>instalados os para-raios de sobretensão, com capacidade adequada para conduzir à terra a corrente de</p><p>descarga associada à descarga atmosférica.</p><p>Porém, durante a condução de corrente à terra, ocorrerá uma queda de tensão nos resistores não lineares dos</p><p>para-raios, provocando uma tensão de surto entre os seus terminais limitada pela tensão disruptiva desse</p><p>equipamento. Essa tensão de surto se desenvolve, de forma crescente, ao longo do barramento da subestação,</p><p>no sentido dos transformadores de potência.</p><p>Todos os equipamentos instalados nesse percurso devem ser especificados com a tensão suportável de</p><p>impulso igual ou inferior à tensão de surto, que ocorrerá em cada ponto de conexão desses equipamentos</p><p>com o barramento.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO</p><p>Os Surtos de manobra e de Sobretensões são associativos de acordo com a norma.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO</p><p>O nível de isolamento de um equipamento de acordo com a norma NBR 6939/2018 é o conjunto de tensões</p><p>suportáveis e que caracteriza a suportabilidade dielétrica da isolação. Os equipamentos são ensaiados em</p><p>laboratório, de forma que as várias solicitações dielétricas a qual o equipamento pode ser submetido sejam</p><p>avaliadas.</p><p>As solicitações padronizadas que os equipamentos podem ser submetidos são apresentadas na NBR 6939/2018</p><p>e reproduzida em parte a seguir.</p><p>A tensão contínua de frequência</p><p>fundamental é considerada tendo valor</p><p>eficaz constante e continuamente</p><p>aplicada a qualquer par de terminais de</p><p>uma configuração de isolação. A</p><p>sobretensão</p><p>temporária – TOV é uma</p><p>sobretensão com duração relativamente</p><p>longa. Por fim, as sobretensões</p><p>transitórias são sobretensões de curta</p><p>duração, geralmente amortecidas</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO</p><p>Os Surtos de manobra e de Sobretensões são associativos de acordo com a norma.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO</p><p>Exemplo: Para observar a magnitude das sobretensões causadas nos equipamentos da SE devido às descargas</p><p>atmosféricas diretas, foram simulados alguns casos. Para cada caso foram analisadas também as sobretensões</p><p>considerando a descarga atmosférica ocorrendo nos instantes dos picos positivo e negativo da tensão à</p><p>freqüência industrial.</p><p>Em cada caso serão analisadas as sobretensões nos equipamentos devido às descargas atmosféricas que podem</p><p>atingir as linhas que chegam na subestação. Para tanto, serão utilizados os valores de NBI apresentados a saber:</p><p>•Equipamentos: 1550 [kV]</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>ESTUDO DE FLUXO DE POTÊNCIA</p><p>NOS BARRAMENTOS E SELETIVIDADE</p><p>Em regime contínuo, haverá abertura do disjuntor somente quando o relé enviar “a mensagem” para abertura</p><p>(condição de manobra), acontecerá nas duas extremidades do disjuntores as tensões de manobras. Geralmente</p><p>determina a abertura do disjuntor por uma condição de fluxo acima do normal, mas ainda abaixo da corrente</p><p>nominal do disjuntor.</p><p>EX.: Imagine uma subestação com dois transformadores de potência de 138/13,8kV – 33,3</p><p>MVA na rede de distribuição. Sabendo que os disjuntores de mercado são de, 600 A, 800 A</p><p>e1000 A. Determine qual disjuntor a comprar.</p><p>Ps.: Este é um exemplo de fluxo fácil de calcular, porém, há estudos de fluxos com várias barras</p><p>que deverão ser verificados para escolha do disjuntor.</p><p>EX.: Imagine que os condutores inseridos na conexão desses disjuntores atende uma máxima</p><p>corrente em regime permanente de 300 A. Logo, seu relé deverá condicionar a abertura do seu</p><p>disjuntor à 300 A. Essas condições, assim como, a abertura de disjuntores em série é vista no</p><p>estudo de seletividade.</p><p>Logo, você comprará um disjuntor</p><p>de 600 A.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>ESTUDO DE FLUXO DE POTÊNCIA</p><p>NOS BARRAMENTOS E SELETIVIDADE</p><p>A interrupção de correntes de carga com fator de potência</p><p>próximo de 1 é a operação de abertura executada com maior</p><p>facilidade pelos disjuntores, não exigindo a especificação de</p><p>características especiais. Neste tipo de interrupção,</p><p>normalmente apenas a componente de frequência industrial</p><p>da tensão de restabelecimento é significativa. Já na</p><p>interrupção de correntes capacitivas, uma componente</p><p>contínua se somará à componente de frequência industrial.</p><p>Assim, no caso de interrupção de correntes capacitivas, a</p><p>tensão de restabelecimento na ausência de reacendimento</p><p>pode aproximar-se de duas vezes o valor de crista da tensão</p><p>aplicada, já no caso de abertura de corrente com fator de</p><p>potência próximo da unidade, o pico de tensão de</p><p>restabelecimento não ultrapassará 1,0 pu. do valor de crista da</p><p>tensão aplicada. A figura ao lado ilustra a comparação entre as</p><p>duas interrupções citadas.</p><p>Comparação entre abertura de correntes</p><p>capacitivas (esquerda) e resistivas (direita).</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>ESTUDO DE FLUXO DE POTÊNCIA</p><p>NOS BARRAMENTOS E SELETIVIDADE</p><p>Exemplo estudo de fluxo:</p><p>O disjuntor escolhido deve ter no mínimo</p><p>1105 A.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>ESTUDO DE FLUXO DE POTÊNCIA</p><p>NOS BARRAMENTOS E SELETIVIDADE</p><p>Exemplo seletividade para abertura: Um disjuntor de linha em uma subestação foi comprado com corrente</p><p>nominal de 3000 A, porém, no estudo de seletividade definiu-se:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Curto-circuito</p><p>Em regime normal, uma corrente menor ou igual à corrente nominal (IN) chega às cargas alimentadas (XL e RL,</p><p>em que XL <<RL). Quando ocorre um curto-circuito perto da subestação, a tensão da fonte passa a alimentar</p><p>apenas as reatâncias e resistências da fonte (Xf e Rf onde Xf >>Rf) e, por este motivo, a corrente cresce muito.</p><p>Uma típica corrente de curto-circuito varia entre 4 e 25 vezes a corrente nominal.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Curto-circuito</p><p>No momento em que ocorre um curto-circuito causado, a onda de tensão pode estar passando por qualquer</p><p>ponto da onda de tensão (ângulo de fechamento Ø). Existem equipamentos chamados de sincronizadores, que</p><p>permitem fazer certas operações de fechamento e abertura de disjuntores de subestação segundo um ângulo</p><p>controlado. Ao se controlar estes ângulos de fechamento ou abertura pode forçar que as sobretensões ou</p><p>sobrecorrentes de uma determinada operação de manobra sejam inferiores às que ocorreriam sem controle. Os</p><p>sincronizadores agregam um certo custo ao disjuntor, mas produzem benefícios muito maiores que este custo.</p><p>Nas subestações de tensões superiores a 245 kV, eles são muito utilizados.</p><p>Considerando as correntes de curto-circuito podem ser consideradas como constituídas por uma componente</p><p>periódica e uma a periódica referidas respectivamente como CA e CC. Durante a interrupção de um curto-</p><p>circuito por um disjuntor trifásico, dependendo do tipo de falta, as correntes nas fases terão uma certa</p><p>assimetria. Como a atuação de cada disjuntor é independente dos demais, cada polo deve ser capaz de operar</p><p>satisfatoriamente em uma eventual ocorrência de valores desfavoráveis das componentes CA e CC em sua</p><p>respectiva fase. Os parâmetros a serem definidos para que a especificação garanta a operação correta do</p><p>disjuntor são ilustrados na figura abaixo:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Curto-circuito</p><p>Onde:</p><p>t1 - instante de ocorrência de falta.</p><p>t2 - instante de energização da bobina de abertura do disjuntor.</p><p>t3 - instante de separação dos contatos dos contatos do disjuntor.</p><p>t4 - instante de interrupção de corrente.</p><p>tp - instante de atuação da proteção.</p><p>tab - instante de abertura do disjuntor.</p><p>tarc- instante de duração do arco elétrico.</p><p>ti - instante de interrupção da falta pelo disjuntor.</p><p>te - instante de estabelecimento.</p><p>Ie - corrente de estabelecimento.</p><p>ICA(pico) - valor de crista da componente CA da corrente de falta(=√2 * ICA(eficaz)).</p><p>ICC0 -valor inicial da componente CC da corrente de falta(notar que, para a</p><p>condição de máxima assimetria admitida, ICCO = ICA).</p><p>ICC - valor da componente CC da corrente de falta no instante da separação dos</p><p>contatos do disjuntor.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Curto-circuito</p><p>No estudo de curto-circuito é mostrado os valores de curto-circuito e também o fator de assimetria.</p><p>O ângulo de fechamento sobre a onda de tensão no momento do curto-circuito afeta o valor da primeira crista</p><p>de corrente que vai acontecer. Os valores de reatâncias e resistências fazem que a primeira crista de corrente,</p><p>quando não estamos muito próximos a geradores, seja da ordem de 2,5 a 2,6 vezes o valor da corrente eficaz.</p><p>Usualmente no mercado o valor de assimetria 2,6 é o mais utilizado na alta tensão.</p><p>A norma determina que a componente CC da corrente de falta, no instante de separação dos contatos do</p><p>disjuntor, seja especificada em porcentagem do valor inicial ICC0 e que o menor tempo possível de abertura</p><p>seja considerado para a definição desta componente , juntamente com um tempo de atuação da proteção de</p><p>0,5 ciclo.</p><p>Sendo t o tempo contado a partir do curto circuito e τ a constante de tempo do curto circuito visto dos</p><p>terminais do disjuntor, temos o valor da componente CC variando ao longo do tempo segundo a exponencial:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Curto-circuito</p><p>Sendo</p><p>τ função da relação X/R onde para circuitos trifásicos X/R=X1/R1 e para mono fásicos</p><p>X/R=(2X1+X0)/(2R1+R0).</p><p>Embora diferentes valores da relação X/R possam ser calculados para diferentes disjuntores da subestação, é</p><p>conveniente que todos de mesma tensão nominal sejam especificados para a mesma componente CC,</p><p>correspondendo à maior relação X/R dentre ele.</p><p>Caso os valores de X/R sejam menores que 17,0, recomenda-se adotar τ=45 ms para o cálculo da componente</p><p>CA, correspondendo a um decaimento de 20% em 10 ms.</p><p>Porém, a norma menciona valores alternativos para casos especiais, conforme a tensão nominal do disjuntor:</p><p>120ms para Ur≤ 53kV; 60ms para72,5 ≤Ur≤ 420kV e 75 ms para Ur=550kV e Ur=800 kV. Em vista da constante</p><p>de tempo considerada na definição da componente aperiódica de um disjuntor estar relacionada a sua</p><p>capacidade de interrupção nominal em curto, com uma corrente simétrica de curto-circuito inferior à</p><p>capacidade nominal do disjuntor, se for esperado constante de tempo superior a 45 ms, pode-se cobrir o caso</p><p>pelo ensaio de corrente nominal de curto-circuito assimétrica usando uma constante de tempo de 45 ms.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Curto-circuito</p><p>Uma forma básica de se calcular o fator de assimetria é conforme essa equação:</p><p>Em que:</p><p>FASSIMETRIA-RMS = Fator de assimetria RMS (valor eficaz) a ser aplicado na corrente de</p><p>curto-circuito simétrica.</p><p>X/R = É o valor do X/R visto do ponto de falta onde está sendo calculada a corrente.</p><p>tCICLOS = É o tempo em ciclos para o instante que se deseja calcular o fator de assimetria</p><p>Valores inseridos na IEC 62271-306 como padronizadas:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Curto-circuito</p><p>Exemplo:</p><p>Para 500kV, por exemplo, a maior corrente de curto é de 25,18kA simétrica e 64,93kA assimétrica o que nos daria um fator de assimetria de 2,578. Como no SIN há</p><p>uma obrigatoriedade de utilizarmos 50kA (a corrente de curto Simétrica) no mínimo para 500kV, poderíamos comprar um disjuntor de fator de assimetria 64,93/50 = 1,3</p><p>se quiséssemos, pois obrigatoriamente deve ser 50kA. Se estivéssemos fora do sistema interligado nacional, poderíamos comprar um disjuntor de 26kA com fa=2,6.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Ciclos de Operação</p><p>Os ciclos tem referência ao tempo de interrupção e corresponde ao maior tempo t que o disjuntor pode levar</p><p>para interromper uma corrente de qualquer valor, usualmente expresso em ciclos, variando de dois a cinco ciclos</p><p>dependendo do disjuntor. Este tempo tem importância para a estabilização do sistema, pois a eliminação mais</p><p>rápida da falta aumenta a estabilidade transitória do sistema e por consequência aumentar a capacidade de</p><p>transmissão de uma ligação.</p><p>Respeitando os critérios definidos pelo ONS dos seus Procedimentos de Rede(Diretrizes e Critérios para Estudos</p><p>Elétricos), que determina que o sistema deverá ser estável para falta monofásica sem religamento, considerando</p><p>a perda de u(tensão) de seus elementos e admitindo-se os tempos máximos(te) definidos na tabela abaixo para</p><p>eliminação de defeitos(te=tempo de atuação da proteção(tp)+tempo de interrupção de falta pelo disjuntor(tp)):</p><p>Pela tabela, verificamos que o uso de disjuntores de 5 ciclos seria aceitável , pelos</p><p>critérios do ONS, para sistemas de 138 a 550 kV, admitindo-se tp ≤1 ciclo. Porém,</p><p>vista a capacidade atual dos disjuntores de interromper as faltas em menos de 5</p><p>ciclos, a conveniência desta e a evolução histórica do sistema brasileiro,</p><p>recomenda-se especificar ti = dois ciclos para todos disjuntores de 750 e 500 kV.</p><p>Para 345 e 230 kV podendo especificar ti = três ciclos. E para tensões menores que</p><p>138kV é usual especificar ti= cinco ciclos.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>Ciclos de Operação</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT</p><p>Tensão de Restabelecimento Transitória é o termo utilizado para especificar a componente transitória da tensão</p><p>que surge entre os terminais do equipamento de manobra quando da sua abertura sob eliminação de uma falta</p><p>no sistema elétrico. A tensão no primeiro polo a suprimir a falta é aquela considerada para análise visto que é a</p><p>mais elevada quando inexiste discordância entre fases na abertura dos contatos. Nos instantes iniciais que</p><p>sucedem a separação mecânica dos contatos dos polos, se estabelece um caminho ionizado até a passagem da</p><p>corrente pelo zero. O equipamento é solicitado a suportar termicamente a energia dissipada através do arco de</p><p>alta intensidade na câmara de extinção. O elevado gradiente da TRT nos primeiros microssegundos após o zero da</p><p>corrente contribui para a elevação de temperatura e pressão, acarretando o restabelecimento térmico caso sua</p><p>taxa de crescimento (TCTRT) (medida em kV/µs) seja superior às condições suportáveis pelo dispositivo</p><p>seccionador durante o resfriamento do arco.</p><p>No que se refere ao arranjo dos barramentos da subestação, observa-se que a depender da disposição</p><p>esquemática dos disjuntores, pode haver distinção no número (ou potência reativa) das células capacitivas</p><p>necessárias para minimização da taxa de crescimento de um ou mais equipamentos . Este tipo de procedimento</p><p>em geral não proporciona alterações no valor máximo da TRT. Em relação aos estresses dielétricos na câmara de</p><p>extinção, se o valor de pico da TRT é superior ao limite regido por norma, são adotadas restrições relacionadas a</p><p>patamares específicos de carga, transferência de comando de abertura (trip) ou, mais comumente, o</p><p>equipamento é substituído por outro de classe de tensão superior.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT</p><p>A corrente de curto circuito que flui</p><p>através dos contatos do disjuntor causa as</p><p>seguintes solicitações:</p><p>• Aquecimento dos contatos devido ao</p><p>efeito Joule</p><p>• Centelhamento nos contatos principais</p><p>devido à comutação da corrente de</p><p>curto- circuito para os contatos de arco.</p><p>• Esforços eletrodinâmicos nos contatos</p><p>devido ao pico da corrente de curto</p><p>circuito.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT</p><p>• Imediatamente após a separação</p><p>mecânica os contatos do arco do disjuntor,</p><p>tendo em vista que o fluxo magnético nas</p><p>indutâncias do circuito elétrico não pode</p><p>se alterar instantaneamente, sua</p><p>continuidade se mantém pelo</p><p>desenvolvimento de um arco elétrico que</p><p>conduz a corrente de curto- circuito.</p><p>• O arco que se forma no interior das</p><p>câmaras de extinção do disjuntor é</p><p>submetido ao resfriamento devido à ação</p><p>do meio extintor ( ar comprimido ou gás</p><p>hexafluoreto de enxofre SF 6)</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT</p><p>• Para disjuntores a sopro de gás, a extinção é obtida pelo</p><p>resfriamento do arco devido ao sopro de gás na direção axial da</p><p>coluna de arco, conforme figura ao lado;</p><p>• Disjuntores mais antigos a sopro de gás, eventualmente,</p><p>utilizam a tecnologia de sopro transversal;</p><p>• Para disjuntores a óleo, o processo de interrupção se dá,</p><p>principalmente, pela ação do nitrogênio gerado a partir da</p><p>decomposição térmica do óleo pelo arco;</p><p>• O disjuntor é solicitado a suportar termicamente a energia</p><p>dissipada através do arco elétrico de alta intensidade;</p><p>• Portanto, surgem no interior das câmaras de extinção altas</p><p>temperaturas e pressões.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT</p><p>• A fase térmica 2 ou fase de corrente zero, é</p><p>definida pelo pequeno intervalo de tempo em</p><p>torno do instante de interrupção de corrente. A</p><p>corrente de curto circuito se aproxima de zero e</p><p>flui através de um arco de baixa intensidade;</p><p>• Esta fase caracteriza se por:</p><p>o Acentuado resfriamento da coluna de arco;</p><p>o Rápido crescimento da resistência de arco à</p><p>medida que a corrente se aproxima de zero;</p><p>o Interrupção da corrente de curto circuito;</p><p>o Início da TRT.</p><p>• A interrupção de corrente é predominantemente</p><p>dependente do balanço de energia no arco;</p><p>• Caso o meio extintor retire mais energia do arco</p><p>que a energia dissipada no arco pela corrente de</p><p>curto circuito, a interrupção será bem sucedida;</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT</p><p>• Durante o processo de interrupção, o arco</p><p>rapidamente perde condutividade à medida que a</p><p>corrente alternada instantânea se aproxima de zero</p><p>Poucos instantes após o zero de corrente, a</p><p>corrente deixa de fluir pelo circuito;</p><p>• Imediatamente após a extinção do arco elétrico, a</p><p>coluna residual de arco, cuja condutância se</p><p>aproxima de zero, é solicitada pela TRT imposta pela</p><p>rede. Ao mesmo tempo, a capacidade dielétrica</p><p>entre os condutores do disjuntor inicia sua</p><p>recuperação;</p><p>• Dessa forma, é estabelecida uma competição entre</p><p>a solicitação imposta pela rede e a suportabilidade</p><p>dielétrica entre os contatos do disjuntor Caso a TRT</p><p>ultrapasse a suportabilidade dielétrica entre os</p><p>contatos, haverá um reacendimento do arco e,</p><p>consequentemente, falha no disjuntor.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT – FALTAS TERMINAIS</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT-FALTAS TERMINAIS</p><p>Nas normas, as formas de onda da TRT são representadas a dois parâmetros ou a quatro parâmetros dependendo</p><p>do nível de tensão do sistema. No Brasil, utiliza-se dois parâmetros.</p><p>Quatro Parâmetros Dois Parâmetros</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT-FALTAS TERMINAIS</p><p>A representação a quatro parâmetros é utilizada por disjuntores acima da faixa e 245 kV e é uma representação</p><p>mais refinada da forma de onda. Outro fator necessário na especificação é o fator de primeiro polo . Este fator é</p><p>relacionado ao fato de que as correntes de curto-circuito em cada uma das três fases estão defasadas em 120 graus.</p><p>Portanto, a interrupção em uma das fases acontece antes da interrupção simultânea nas outras duas. Pode-se</p><p>mostrar por calculo que a tensão na primeira fase a interromper é algo da ordem de 1,4 a 1,6 vezes a que ocorrerá</p><p>nas duas seguintes.</p><p>Para os disjuntores de maior potência, digamos acima de</p><p>8.000 MVA mesmo os maiores do mundo não podem ensaiar</p><p>as três fases simultaneamente. O ensaio é feito em apenas</p><p>um polo com a corrente de curto-circuito plena e uma tensão</p><p>na interrupção igual atenção fase terra vezes o fator de</p><p>primeiro polo.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT-FALTAS TERMINAIS</p><p>Kpp=1,3</p><p>Kpp=1,5</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT-FALTAS TERMINAIS</p><p>Com base nas formas de onda típicas de tensão de restabelecimento, a IEC 62271 100 define os parâmetros das</p><p>envoltórias para caracterizar as tensões de restabelecimento aplicadas aos disjuntores durante os ensaios de</p><p>interrupção de faltas terminais iguais a 10, 30, 60 e 100 da componente periódica da capacidade de interrupção</p><p>nominal</p><p>Onde Ur é a tensão nominal do</p><p>disjuntor, kaf é denominado o fator de</p><p>amplitude e kpp o fator de primeiro</p><p>pólo.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT-FALTAS TERMINAIS</p><p>A definição quantitativa para os parâmetros das envoltórias é apresentado nas tabelas a seguir:</p><p>Onde disjuntores classe S1 são aqueles</p><p>destinados a uso em um sistema de cabos e os</p><p>de classe S2 são destinados ao uso em um</p><p>sistema de linhas ou sistema de cabos</p><p>diretamente conectado a uma linha aérea.</p><p>No Brasil os valores de TRT são</p><p>frequentemente maiores do que os de valores</p><p>de pico normalizado(definidos para kpp=1,3).</p><p>Porém, quase todos os fabricantes de</p><p>disjuntores de alta e extra-alta tensão se</p><p>dispõe a garantir o bom desempenho dos</p><p>equipamentos quando expostos a TRTs</p><p>admitindo kpp=1,5, ou seja, 15,4% superior</p><p>aos definidos na norma.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT-FALTAS TERMINAIS</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT-FALTAS TERMINAIS</p><p>Exemplo.:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT - FALTAS QUILOMÉTRICA</p><p>Denomina se falta quilométrica a falta que ocorre em uma linha de transmissão à pequena distância 1 a 5 km) do</p><p>disjuntor responsável por sua manobra;</p><p>• A abertura de faltas quilométricas representa uma operação particularmente difícil para o disjuntor, pois essa</p><p>condição combina uma corrente de falta de valor elevado a uma taxa de crescimento da TRT mais alta que a</p><p>que se verificaria em caso de falta junto aos terminais do disjuntor Vale lembrar que nos disjuntores a</p><p>suportabilidade à taxa de crescimento da TRT é menor para as correntes mais elevadas;</p><p>• A figura abaixo ilustra uma falta monofásica em um sistema solidamente aterrado O sistema do lado da fonte é</p><p>representado por uma tensão fase neutro U s e uma reatância equivalente X s A linha de transmissão é</p><p>representada pela associação de elementos indutivos e capacitivos em cascata, caracterizada por um valor X L</p><p>(por unidade de comprimento) de reatância e por um valor Z correspondente à impedância de surto.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT - FALTAS QUILOMÉTRICA</p><p>• No instante imediatamente anterior à interrupção da corrente de falta, a tensão em ambos os lados do</p><p>disjuntor pode ser considerada idêntica, sendo igual ao valor máximo da queda de tensão ocorrida, ao longo</p><p>da linha, entre o disjuntor e o ponto onde ocorreu o curto circuito;</p><p>• Após a interrupção, a tensão V s do lado da fonte passará a oscilar em torno do valor Us;</p><p>• No lado da linha, a tensão V L se comporta de forma transitória, propagando entre o disjuntor e o ponto de</p><p>falta, onde a onda é refletida e retorna ao disjuntor. Esse processo se repete algumas vezes até o</p><p>amortecimento dessa oscilação;</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT - FALTAS QUILOMÉTRICA</p><p>• A IEC 62271 determina que as características nominais de faltas quilométricas sejam especificadas para</p><p>disjuntores destinados à manobra de linhas, com tensão nominal maior ou igual a 52 kV e capacidade nominal</p><p>de interrupção de 12,5 kA. As características padronizadas pela IEC referem se à interrupção de uma falta</p><p>monofásica em sistema solidamente aterrado;</p><p>• A prática estabelecida pela IEC é de padronizar os parâmetros do circuito do lado da fonte e do lado da linha,</p><p>separadamente;</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT - FALTAS QUILOMÉTRICA</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT - FALTAS QUILOMÉTRICA</p><p>Exemplo</p><p>Sem defeito fase-terra:</p><p>Com defeito fase-terra:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT – DISCORDÂNCIAS DE FASES</p><p>Disjuntores de interligação entre duas estações geradoras ou duas partes de um sistema elétrico independentes</p><p>quanto à geração podem ter de abrir quando essas partes estão em discordância de fases, o que, em condições</p><p>mais desfavoráveis, pode implicar formação de tensões de restabelecimento superiores às produzidas por</p><p>curto circuitos;</p><p>A abertura em discordância de fases é determinada pela operação da proteção, causada pela circulação de altas</p><p>correntes, da ordem de grandeza das correntes de curto circuito, pelos elos existentes;</p><p>A figura ao lado apresenta um circuito que</p><p>exemplifica uma interrupção em condição de</p><p>discordância de fases.</p><p>Nos sistemas aterrados e de neutro isolado, a</p><p>condição de maior severidade está associada</p><p>à ocorrência de uma defasagem angular de 180-180°entre as tensões de cada lado do disjuntor. Nessa condição, a</p><p>componente de frequência industrial da tensão de restabelecimento é aproximadamente o dobro</p><p>da tensão fase terra se o sistema for solidamente aterrado kpp=2,0. Nos sistemas não solidamente aterrados</p><p>kpp=2,5 e, nos sistemas de neutro isolado kpp=3,0.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT – DISCORDÂNCIAS DE FASES</p><p>Esta alcançará o valor máximo(0,5) quando xa=xb,</p><p>com a variação da</p><p>relação de correntes em função da relação das impedâncias ilustrada</p><p>na curva abaixo:</p><p>Apesar disso, a ocorrência do valor</p><p>máximo é pouco provável devido a</p><p>velocidade de atuação dos modernos</p><p>sistemas de proteção que determina</p><p>a abertura antes de se verificar</p><p>condição de oposição de fase. Mas</p><p>ela ainda é possível, por isso a IEC</p><p>padronizou uma corrente de 25%.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT – DISCORDÂNCIA DE FASES</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TRT – DISCORDÂNCIA DE FASES</p><p>Exemplo: . Foi registrada uma defasagem angular de</p><p>56,296º entre os terminais do disjuntor da fonte</p><p>e de 91,056º entre os terminais do disjuntor de Carga.</p><p>Essa defasagem corresponde ao maior valor obtido sem</p><p>infringir os limites do sistema.</p><p>Não foi observada ocorrência de violação da envoltória</p><p>normalizada.</p><p>Envoltória Fonte:</p><p>Envoltória Carga:</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>TCTRT – TAXA DE CRESCIMENTO DA</p><p>TRT</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>UTILIZAÇÃO DE CAPACITORES DE</p><p>EQUALIZAÇÃO</p><p>Deve-se garantir uma distribuição uniforme da tensão total</p><p>entre as diversas associações de câmaras de interrupção.</p><p>Num disjuntor composto de quatro câmaras, até 60% da</p><p>tensão através de um determinado polo, poderia surgir</p><p>através de uma única câmara. Uma melhor distribuição de</p><p>tensões é obtida pelo acréscimo de capacitores de</p><p>equalização (voltage grading capacitors) em paralelo com os</p><p>contatos, de forma a minimizar o efeito das capacitâncias</p><p>para terra.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>UTILIZAÇÃO DE CAPACITORES DE</p><p>EQUALIZAÇÃO</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>UTILIZAÇÃO DE RESISTORES DE PRÉ-</p><p>INSERÇÃO</p><p>Os resistores de fechamento têm função de atenuar solicitações transitórias e sustentadas aplicadas ao sistema</p><p>em decorrência da súbita inserção na rede de linhas, transformadores, bancos de capacitores e outros</p><p>componentes durante a manobra de fechamento dos disjuntores. Os resistores de fechamento são instalados em</p><p>paralelo com as câmaras dos disjuntores (um resistor para cada câmara). Cada resistor é instalado no interior de</p><p>uma câmara auxiliar, em que a interrupção do arco formado entre os contatos é feita por processo semelhante ao</p><p>usado nas câmaras principais. Existem fabricantes que possuem versões de resistores de pré-inserção</p><p>encapsulados juntamente com a câmara de interrupção.</p><p>a) Resistores de Fechamento para Chaveamento de Linhas de Transmissão Longas:</p><p>O fechamento de linhas de transmissão longas pode dar lugar ao aparecimento de sobretensões elevadas na</p><p>extremidade ainda desconectada, devido à superposição da duplicação da tensão causada pelas reflexões ao</p><p>efeito Ferranti. A utilização de resistores de fechamento com um valor próximo da impedância de surto da linha</p><p>serve para evitar as sobretensões. A prática usual é especificar uma faixa de valores ôhmicos e o tempo de</p><p>inserção mínimo dos resistores destinados a essa aplicação.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>UTILIZAÇÃO DE RESISTORES DE PRÉ-</p><p>INSERÇÃO</p><p>b) Resistores de Fechamento para Chaveamento de Bancos de Capacitores:</p><p>Estes resistores são utilizados para limitar as correntes de alta frequência decorrentes do fechamento de bancos</p><p>de capacitores em manobra isolada ou back-to-back (valor típico: 100 a 200 ohms por fase). A prática usual é</p><p>especificar uma faixa de valores ôhmicos e o tempo de inserção dos resistores previstos para essa aplicação.</p><p>c)Resistores de Fechamento para Chaveamento de Transformadores:</p><p>Resistores de fechamento podem ser necessários ao controle de sobretensões sustentadas causadas pelas</p><p>correntes de inrush formadas no chaveamento de transformadores, em certas situações especiais. Os resistores</p><p>de fechamento são utilizados para atenuar as solicitações impostas ao sistema e não para melhorar o</p><p>desempenho disjuntor. A prática normalmente adotada é especificar uma faixa de valores ôhmicos para estes,</p><p>bem como o tempo de inserção mínimo. Esses parâmetros são obtidos por meio de estudos de transitórios e</p><p>comparação dos resultados obtidos com diferentes valores de resistência e tempo de inserção.</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>UTILIZAÇÃO DE RESISTORES DE PRÉ-</p><p>INSERÇÃO</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>EXEMPLO 1</p><p>Um disjuntor deverá ser comprado para um sistema de 300kV. Sabendo que o curto-circuito do disjuntor a se</p><p>comprar é de 40kA, que os estudos de sistema deu um TRT máximo de 477kV em um curto máximo de 28kA.</p><p>Especifique este disjuntor a nível de TRT.</p><p>Verifica-se qual curva será usada= 28kA/40kA = 70%, usaremos curva T100 para um disjuntor de kpp=1,3.</p><p>TRT não passa, pois valor da tabela = 446kV</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>EXEMPLO 1</p><p>1)Primeira forma: Ver ensaio de tipo do disjuntor e verificar se ele suporta mais que a IEC.</p><p>2)Segunda forma: Dimensionar um disjuntor de 50kA, logo 28kA/50kA = 56%, usaremos a curva T60 para um</p><p>disjuntor de kpp=1,3 ; TRT passa, pois tabela tem 478kV</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>EXEMPLO 1</p><p>3)Terceira forma: Dimensionar um disjuntor de 40kA, logo 28kA/40kA = 70%, mas um nível de tensão acima</p><p>(362kV) usaremos a curva T100 para um disjuntor de kpp=1,3 ; TRT passa, pois tabela tem 538kV</p><p>Prof.: Fiel Matola - E-mail:1333623@sga.pucminas.br - Tel.: (21)971705110</p><p>EXEMPLO 1</p><p>4)Quarta forma: Dimensionar um disjuntor de 40kA, logo 28kA/40kA = 70%, usaremos a curva T10 para um</p><p>disjuntor de kpp=1,5 ; TRT passa pois:</p><p>Valor do TRT 1,3 = 446kV, logo para TRT 1,5 = 446*1,5/1,3 = 514,61kV que é maior que 477kV.</p>