subestaçao 6

Prévia do material em texto

<p>Subestação</p><p>Aula 6: Sobretensões, coordenação e aterramento de elétricas</p><p>na rede</p><p>Apresentação</p><p>Nesta aula, abordaremos as sobretensões na rede, originada por descargas atmosféricas. Também veremos como a onda</p><p>de tensão proveniente de uma descarga se comporta. Além disso, trataremos das sobretensões geradas por manobras de</p><p>redes e defeitos monofásicos.</p><p>Falaremos da seletividade da proteção, dos requisitos de uma proteção primária ou de primeira linha e da proteção de</p><p>segunda linha ou de retaguarda.</p><p>Abordaremos o aterramento e suas normas pertinentes, conheceremos os materiais que compõe um aterramento, suas</p><p>bitolas mínimas, os tipos de conexão entre cabo e hastes de aterramento. Por último, conheceremos as metodologias</p><p>para avaliação e medição do aterramento constantes na NBR 15479/2009.</p><p>Objetivos</p><p>• Descrever as sobretensões e sua origem;</p><p>• Demonstrar as sobretensões por descargas atmosféricas, por chaveamento e por defeitos monopolares;</p><p>• Reconhecer as funções do aterramento e suas formas de medição.</p><p>Sobretensões em sistemas elétricos</p><p>Os sistemas elétricos estão sujeitos a sobretensões diversas, de origem natural (descarga atmosférica) ou não (defeitos,</p><p>curtos-circuitos, chaveamentos), que, se não controlados, podem resultar em colapso do sistema elétrico. Para que o sistema</p><p>elétrico funcione adequadamente, é necessário que sejam dimensionados sistemas de proteções adequados para cada evento</p><p>indesejado.</p><p>Estudo das sobretensões</p><p>Os sistemas elétricos são projetados para uma tensão</p><p>nominal: a tensão limite de trabalho ou operação da rede.</p><p>Usualmente, os sistemas são projetados para suportar uma</p><p>sobretensão de 10% da tensão nominal ou 1,1pu. Na</p><p>ocorrência de uma sobretensão a partir desse valor, devem</p><p>ser acionados os dispositivos de proteção da rede.</p><p>As sobretensões podem ter origem nas descargas</p><p>atmosféricas, nos chaveamentos e em circuitos</p><p>monopolares.</p><p>Fonte: Shuttershock por T VECTOR ICONS</p><p>Sobretensões por descargas</p><p>atmosféricas</p><p>Anteriormente, tratamos um pouco sobre a formação das</p><p>descargas atmosféricas, cabendo relembrar que se trata de</p><p>um fenômeno de deslocamento de caras elétricas, com</p><p>grande potencial elétrico e alta corrente, que ocorre no</p><p>rompimento do dielétrico (neste caso, o ar), entre a nuvem,</p><p>polarizada e o solo.</p><p>Em 90% dos casos, os raios são tipo nuvem-solo, de</p><p>polaridade negativa, com trajetória não retilínea, com</p><p>rami�cações até próximo ao solo em que a descarga em</p><p>direção à terra encontra uma descarga ascendente,</p><p>normalmente a poucas dezenas de metros do solo,</p><p>constituída de cargas positivas na maioria das vezes (já que</p><p>a descarga descendente é negativa). Fonte: Shuttershock por gui jun peng</p><p>Na ocorrência da primeira descarga,ocorre a ionização do ar ao redor do �uxo de cargas,reduzindo ainda mais a rigidez</p><p>dielétrica e transformando o percurso do raio em uma espécie de condutor elétrico, que facilita a ocorrência de sucessivas</p><p>descargas em período muito pequeno de tempo.</p><p>As sobretensões por descargas atmosféricas podem ser diretas ou</p><p>induzidas, sendo o número de sobretensões induzidas na rede superior ao</p><p>número de sobretensões por descarga atmosférica. A presença de um</p><p>condutor de aterramento, ou neutro, reduz em 40% a amplitude das</p><p>sobretensões por descargas atmosféricas induzidas.</p><p>A onda de sobretensão originada por descarga atmosférica, direta na rede ou no solo próximo, se propaga ao longo dos</p><p>condutores de fase no sentido do gerador e no sentido da carga. A onda de corrente também é análoga à onda de tensão.</p><p>Quando a amplitude de tensão é superior à tensão suportável de impulso dos isoladores, ocorre uma disrupção, que percorre o</p><p>isolador até a terra ou entre fases, o que causa a redução da amplitude da onda viajante desde o primeiro poste ou estrutura</p><p>mais próxima do ponto de impacto da descarga ou do ponto de indução para descargas indiretas. As ondas de sobretensão</p><p>possuem taxas de crescimento elevadas e alto módulo, porém, devido a essas disrupções nos isoladores, a forma de onda da</p><p>sobretensão assemelha-se a um dente de serra.</p><p>As ondas de tensão viajantes dependem de vários fatores, como a taxa de crescimento da onda. A amplitude da onda depende</p><p>também da intensidade de corrente da descarga atmosférica, das disrupções que in�uenciam na forma de onda e do valor da</p><p>resistência de aterramento de cada estrutura.</p><p>A cada mudança de impedância da rede, ocorre uma re�exão de parte da onda modi�cando a onda resultante. Essa</p><p>modi�cação é causada, principalmente, por emendas e trechos com cabos que possuem impedâncias diferentes.</p><p>As redes de baixa tensão (BT) são afetadas da mesma forma que as redes de alta tensão com relação as sobretensões. A</p><p>diferença é a existência do condutor neutro, instalado acima dos condutores de fase, onde normalmente são aterrados de 100</p><p>em 100 metros, o que in�uencia nas sobretensões, pois a resistência do aterramento de cada ponto, que possui valor médio</p><p>entre 10 a 30 Ω.</p><p>Dica</p><p>Nas redes BT, onde existe a probabilidade de um surto entrar na unidade consumidora, a proteção é feita,</p><p>principalmente, pelos dispositivos protetores de surto (DPS), cujas características técnicas de</p><p>dimensionamento e instalação podem ser encontradas na NBR 5419/2015-4.</p><p>Atividade</p><p>1. Complete as sentenças abaixo.</p><p>Na maioria dos casos, ________, os raios são tipo nuvem-solo de polaridade negativa, com trajetória não retilínea.</p><p>A presença de um condutor de aterramento, ou neutro, reduz em __________ a amplitude das sobretensões por descargas</p><p>atmosféricas induzidas.</p><p>A onda de sobretensão originada por descarga atmosférica direta na rede ou no solo próximo, se propaga ao longo dos</p><p>condutores de fase no sentido do ___________ e no sentido da carga.</p><p>As ondas de sobretensão possuem taxas de crescimento elevada e alto módulo, porém, devido a essas disrupções nos</p><p>isoladores, a forma de onda da sobretensão torna-se um ____________.</p><p>A sequência que completa corretamente as lacunas é:</p><p>a) 90%, 40%, gerador, dente de serra.</p><p>b) 80%, 40%, consumidor, degrau.</p><p>c) 90%, 30%, aterramento, senoide.</p><p>d) 60%, 30%, neutro, exponencial.</p><p>e) 70%, 35%, disjuntor geral, degrau unitário.</p><p>Sobretensões por chaveamento</p><p>As sobretensões por chaveamento são originadas pela manobra de cargas, especialmente as de maior potência, quando esses</p><p>desligamentos são intempestivos, ou seja, a carga entra e sai várias vezes em um curto período ou pela perda de sincronismo</p><p>entre sistemas conectados.</p><p>Outras sobretensões de menor amplitude podem ser geradas por ocasião de:</p><p></p><p>Atuação da proteção na</p><p>ocorrência de um curto</p><p>circuito.</p><p></p><p>Na entrada ou saída de</p><p>banco de capacitores ou</p><p>de reatores.</p><p></p><p>Energização de</p><p>transformadores</p><p>(transformadores de</p><p>potência elevada) e linhas</p><p>de transmissão (na</p><p>energização ou</p><p>religamento).</p><p></p><p>Em caso de ocorrência de</p><p>ressonância.</p><p>Proteção contra sobretensões por chaveamento</p><p>Um bom projeto para proteção inclui a aplicação de premissas básicas para evitar a descontinuidade do fornecimento de</p><p>energia, mesmo na ocorrência do evento indesejado. Os equipamentos utilizados para a regulação da tensão, como os</p><p>reguladores de tensão e comutadores, devem atuar apenas para reduzir a sobretensão ao nível de 1pu ou no máximo de 1,1pu.</p><p>A sobretensão tem valor máximo no local onde ocorre o evento e se atenua quando a onda trafega pela rede. Num ponto</p><p>remoto do sistema, a proteção poderá atuar retirando um trecho pela atuação do seccionador, sem grandes prejuízos.</p><p>Veja, a seguir, alguns critérios básicos para a proteção:</p><p>Primeiramente, seccionar a fonte geradora de</p><p>energia situada mais próximo ao ponto da</p><p>ocorrência do evento gerador da sobretensão,</p><p>de forma que a potência desligada seja o</p><p>su�ciente para reduzir a tensão ao nível</p><p>nominal de trabalho.</p><p>Retirar os bancos de capacitores do sistema.</p><p>Normalmente, a injeção de capacitivo na rede</p><p>causa um aumento natural da tensão do</p><p>sistema, especialmente no ponto de conexão</p><p>dos capacitores. Com a retirada dos bancos,</p><p>é possível que a tensão</p><p>caia a níveis</p><p>satisfatórios, não sendo mais requerido</p><p>qualquer outra ação.</p><p>Bloquear religadores automáticos,</p><p>principalmente se for a linha onde houve o</p><p>evento.</p><p>Transformadores dotados de comutadores</p><p>automáticos devem estar ligados na unidade</p><p>temporizada.</p><p>Ajustar relés de sobretensão de forma</p><p>seletiva (com intervalos diferentes para</p><p>atuação somente do mais próximo ao</p><p>defeito).</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>Como os equipamentos normalmente</p><p>suportam sobretensão de 1,2pu de tensão</p><p>por um minuto, os relés de proteção</p><p>instantâneos devem estar ajustados para</p><p>valores iguais ou maiores que esse.</p><p>O ajuste dos relés de sobretensão devem ser</p><p>de 1,15pu de tensão e os comutadores para</p><p>1,1pu de tensão. fazendo com que a</p><p>sobretensão seja atenuada pelo comutador.</p><p>Considerar qualquer carregamento da linha</p><p>(leve ou carga nominal) para ajuste dos relés.</p><p>Defeitos monopolares</p><p>Quando o sistema é aterrado com alta impedância, o defeito fase e terra pode gerar sobretensão que chega ao valor de</p><p>amplitude da tensão nominal do sistema. Neste caso, os para-raios de linha devem estar dimensionados para não atuarem</p><p>nessa condição.</p><p>Atividade</p><p>2. Complete as sentenças sobre as sobretensões oriundas de chaveamentos:</p><p>“Outras sobretensões de menor amplitude podem ser geradas por ocasião de:</p><p>Atuação da _______ na ocorrência de um curto circuito;</p><p>Na entrada ou saída de banco de capacitores ou de _____________ ;</p><p>Energização de ____________ e linhas de transmissão (na energização ou religamento);</p><p>Em caso de ocorrência de ____________ ;”</p><p>A sequência que completa corretamente as lacunas é:</p><p>a) Chave fusível, transformadores, redes, curtos.</p><p>b) Religação, redes, capacitores; sobrecargas.</p><p>c) Proteção, reatores, transformadores; ressonância.</p><p>d) Chave de manobra, linhas, reatores; anomalias.</p><p>e) Rede, transformadores, motores; curtos.</p><p>Seletividade da proteção</p><p>Podemos de�nir a seletividade como a capacidade do sistema quando um evento indesejado desligar somente a parte com a</p><p>falta, deixando as demais partes não afetadas com tensão. As proteções são divididas por zonas sendo:</p><p></p><p></p><p>Proteção de primeira</p><p>linha ou principal</p><p>Como diz o nome, é a primeira</p><p>proteção que irá atuar no caso do</p><p>evento. Para isso, deve ter ajuste</p><p>bem de�nido para que, caso o</p><p>defeito ocorra dentro de sua zona</p><p>de proteção, este atue</p><p>resguardando o resto do sistema.</p><p>Proteção de segunda</p><p>linha ou de retaguarda</p><p>É uma proteção “reserva” para</p><p>caso de falha da primeira, sendo</p><p>responsável pela desconexão da</p><p>parte afetada antes que o</p><p>sistema protegido seja</p><p>dani�cado. O sistema deve ser</p><p>ajustado com um tempo que</p><p>permita a atuação da proteção</p><p>principal primeiramente.</p><p> Diagrama unifilar com proteções. Fonte: Sba Controle & Automação vol.23 no.2 Campinas Mar./Apr. 2012..</p><p>A proteção de retaguarda pode ser do tipo local ou remota ou ambas, sendo bastante aplicada nas redes com tensão a partir</p><p>de 230kV, onde a ocorrência de danos ao sistema pode causar desligamentos em áreas grandes do sistema elétrico nacional e</p><p>os arranjos das subestações são mais complexos, exigindo projetos de proteção mais elaborados.</p><p>A proteção remota é utilizada caso o projetista deseje que a proteção de primeira linha seja independente da proteção de</p><p>segunda linha.</p><p>javascript:void(0);</p><p>javascript:void(0);</p><p>Aterramento</p><p>Como vimos até agora, a proteção é parte fundamental de um sistema elétrico. Para correto funcionamento da proteção das</p><p>sobretensões, um bom aterramento é fundamental. Algumas das normas da NBR que tratam sobre aterramento são:</p><p>NBR 5419/2015</p><p>Trata sobre proteção de estruturas contra descargas atmosféricas e é aplicável aos sistemas elétricos já que postes, estruturas</p><p>e cabos podem ser atingidos por descargas atmosféricas. Esta norma não �xa valores máximos de resistência de aterramento,</p><p>�cando este à cargo do engenheiro projetista ou do responsável pela medição de resistência de aterramento do sistema.</p><p>As bitolas mínimas para a malha de aterramento nesta NBR são dadas pela tabela 7 do volume 3, sendo de 50mm2 para cabos</p><p>encordoados de cobre e 70mm2 para cabos encordoados de aço galvanizado a fogo.</p><p>A tabela a seguir apresenta a con�guração e dimensões mínimas de eletrodo de aterramento de acordo com o material</p><p>utilizado.</p><p>Material Configuração Dimensões mínimas Comentários</p><p>Eletrodo cravado</p><p>(Diâmetro)</p><p>Eletrodo não</p><p>cravado</p><p>Cobre Encordoado - 50 mm Diâmetro de cada fio cordoalha</p><p>3 mm</p><p>Arredondado</p><p>maciço</p><p>- 50 mm Diâmetro 8 mm</p><p>Fita maciça - 50 mm Espessura 2 mm</p><p>Arredondado maciço 15 mm -</p><p>Tubo 20 mm - Espessura da parede 2 mm</p><p>Aço galvanizado à</p><p>quente</p><p>Arredondado</p><p>maciço</p><p>16 mm Diâmetro 10 mm _</p><p>Tubo 25 mm _ Espessura da parede 2 mm</p><p>Fita maciça - 90 mm Espessura 3 mm</p><p>Encordoado - 70 mm _</p><p>Aço cobreado Arredondado</p><p>Maciço</p><p>Encordoado</p><p>12,7 mm 70 mm Diâmetro de cada fio cordoalha</p><p>3,45 mm</p><p>Aço inoxidável Arredondado maciço</p><p>Fita maciça</p><p>15 mm Diâmetro 10 mm</p><p>100 mm</p><p>Espessura mínima 2 mm</p><p>Bitolas mínimas para eletrodos de aterramento. Fonte: NBR5419/2015-3.</p><p>f f</p><p>c 2</p><p>c</p><p>2</p><p>c 2</p><p>a, b</p><p>a, b</p><p>a 2</p><p>2</p><p>d</p><p>g</p><p>2</p><p>e</p><p>2</p><p>O projeto e arranjo do aterramento é trabalho para o projetista que, em função da resistividade do solo, determina o arranjo da</p><p>malha para obter o valor desejado da resistência de aterramento.</p><p>A norma também determina os tipos de conectores utilizados para conexão entre cabos de aterramento e entre cabos e</p><p>eletrodos (hastes) de aterramento, que podem ser tipo:</p><p>Pressão</p><p>Onde é empregado um</p><p>conector cujo contato é</p><p>feito com auxílio de</p><p>ferramenta manual.</p><p>Compressão</p><p>Onde o contato dos</p><p>elementos é realizado com</p><p>o uso de alicates</p><p>hidráulicos, mecânicos ou</p><p>elétricos e matrizes</p><p>especí�cas para a</p><p>conexão.</p><p>Solda exotérmica</p><p>com auxílio de</p><p>molde e uma</p><p>mistura de pó</p><p>aluminotérmico</p><p>Que faz a fusão dos cabos</p><p>ou do cabo com a haste</p><p>tornando-os um único</p><p>corpo.</p><p>Atenção</p><p>Para esta norma, as inspeções no aterramento devem ser semestrais e as medições anuais em caso de</p><p>regiões litorâneas ou de atmosfera agressiva. Nas demais condições, o prazo é de três anos.</p><p>NBR15749/2009</p><p>Esta norma trata da medição de resistência de aterramento</p><p>e de potenciais na superfície do solo. Ela de�ne as</p><p>características gerais dos equipamentos de medição e as</p><p>metodologias de medição válidas, que podem ser feitas pelo</p><p>terrômetro convencional (de 3 ou 4 terminais) ou pelo</p><p>terrômetro digital tipo alicate.</p><p>Na ocorrência de uma falta para a terra, a circulação de</p><p>corrente pelo solo pode causar diferenças de potencial</p><p>entre:</p><p>• Pontos na superfície do solo (dar origens a tensões de</p><p>passo);</p><p>• Partes metálicas aterradas da instalação e o solo;</p><p>• Circuitos que estão ligados ao aterramento e pontos</p><p>distantes do solo (circuitos de controle e comunicação,</p><p>cabos para-raios etc); Terrômetro tipo alicate.</p><p>Essa NBR estabelece metodologia para avaliação deste potencial no solo, conforme o esquema a seguir:</p><p> Medição do potencial do solo pelo método da queda de potencial. Fonte: NBR15479</p><p>Para as medições, a NBR15479 recomenda:</p><p></p><p>Utilizar calçados e luvas</p><p>com nível de isolamento</p><p>compatível aos valores de</p><p>tensão do equipamento de</p><p>medição.</p><p>Evitar a realização de</p><p>medições sob condições</p><p>atmosféricas adversas,</p><p>tendo em vista a</p><p>probabilidade de</p><p>ocorrência de uma</p><p>descarga atmosférica.</p><p></p><p>Evitar que pessoas</p><p>estranhas e animais se</p><p>aproximem dos eletrodos</p><p>utilizados na medição.</p><p>Os casos mais perigosos de potencial injetado no solo para o ser humano e animais é a ocorrência da tensão de passo. A NBR</p><p>15479, item 7.5, estabelece que a tensão deve ser medida entre dois eletrodos de potencial cravados no solo e afastados um</p><p>metro, onde é aplicado no solo, tensão da ordem de 100V provida por gerador ou por transformador abaixador ou</p><p>transformador isolador, cuja metodologia de medição encontram-se nos anexos dessa norma.</p><p> Medição do potencial de passo. Fonte: NBR15479</p><p>Atividade</p><p>3. Complete as sentenças sobre os critérios básicos para proteção de sobretensão:</p><p>A seguir alguns critérios básicos para a proteção.</p><p>Primeiramente, seccionar a fonte</p><p>geradora de energia mais próxima ao ponto da ocorrência do evento gerador da sobretensão,</p><p>de forma que a potência desligada seja o su�ciente para __________ a tensão ao nível nominal de trabalho.</p><p>Retirar do sistema os ______________ .</p><p>Bloquear ___________ automáticos principalmente se for a linha onde houve o evento.</p><p>Transformadores dotados de __________ automáticos, devem estar ligados na unidade temporizada.</p><p>A sequência que completa corretamente as lacunas é:</p><p>a) Reduzir, bancos de capacitores, religadores, comutadores.</p><p>b) Elevar, resistores, fusíveis, relés.</p><p>c) Manter, indutores, disjuntores, chaveadores.</p><p>d) Transformar, fusíveis, religadores, seccionadores.</p><p>e) Manter, reatores, disjuntores, relés.</p><p>Notas</p><p>Título modal 1</p><p>Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente</p><p>uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da</p><p>indústria tipográ�ca e de impressos.</p><p>Título modal 1</p><p>Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente</p><p>uma simulação de texto da indústria tipográ�ca e de impressos. Lorem Ipsum é simplesmente uma simulação de texto da</p><p>indústria tipográ�ca e de impressos.</p><p>Referências</p><p>Barros, Benjamim Ferreira, Gedra, Ricardo Luís. Cabine Primária - Subestações de alta tensão de consumidor. São Paulo: Érica,</p><p>2011.</p><p>MAMEDE, João Filho. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro: LTC, 2013.</p><p>Próxima aula</p><p>• Tipos de arranjos dos barramentos das subestações.</p><p>Explore mais</p><p>Pesquise na internet sites, vídeos e artigos relacionados ao conteúdo visto.</p><p>Em caso de dúvidas, converse com seu professor online por meio dos recursos disponíveis no ambiente de aprendizagem.</p>