Barramentos blindados: assim a eletricidade viaja por uma “autoestrada” – Parte III

jun, 2014

Edição 100 – Maio de 2014
Aula prática – Barramentos blindados –
Parte III
Por Nunziante Graziano*

Como selecionar elementos de proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos

Para a proteção de barramentos blindados contra sobrecargas, podem-se adotar soluções diferentes. A solução clássica é a de utilizar disjuntores nos quadros alimentadores, individualizados, para a proteção de cada uma das linhas. Ou seja, para proteção eficaz, basta:

Ib > Ip

Em que:

Ib – Capacidade nominal de corrente do barramento blindado;

Ip – Corrente nominal do disjuntor de proteção do barramento blindado.

A segunda solução pode ser implementada protegendo-se individualmente cada saída ou derivação plug-in, neste caso, contudo, é necessário assegurar que a soma de todas as correntes nominais de tais dispositivos de proteção não exceda a corrente nominal do barramento localizado à montante. 

Uma terceira solução prevê a proteção contra sobrecargas para mais de uma linha de barramento blindado colocadas em paralelo sobre a saída de um único disjuntor. No entanto, esta solução é viável somente se a corrente nominal do interruptor não for maior do que a capacidade de cada uma das linhas, o que torna esta técnica pouco atraente, porque ela não permite que você tire proveito da corrente nominal total de cada uma das linhas de barramento.

Nas linhas de barramentos que alimentam exclusivamente cargas de iluminação, a proteção contra sobrecargas pode ser omitida, o que resulta em uma notável simplificação do sistema.

Em consequência das características técnicas dos barramentos blindados, notadamente impedâncias, as correntes de curto-circuito são particularmente elevadas. Assim sendo, para proteção contra
curtos-circuitos, é necessário considerar:

– Cálculo da corrente presumida de curto-circuito no sistema;

– Proteção contra as solicitações eletrodinâmicas decorrentes do defeito;

– Proteção contra sobreaquecimento.

Para avaliar a corrente de curto-circuito é necessário conhecer a impedância dos elementos. Este parâmetro é definido pela relação:

Em que:

L: é o comprimento do trecho de barramento em metros (m);

r: é a resistência por unidade de comprimento [W/m];

x: é a reatância específica por unidade de comprimento [W/m].

Em casos em que há um ou mais condutores à montante ou à jusante do trecho de barramentos, é necessário efetuar a soma de suas resistências e reatâncias separadas:

Para o cálculo da corrente de curto-circuito de defeito fase-terra e fase-N, é aplicado um procedimento equivalente, em que serão considerados os valores da resistência e reatância por metro de comprimento do circuito fase-terra e fase-N, fornecido pelo fabricante. Para barramentos blindados, os valores nominais de resistência e reatância são referidos a uma temperatura de equilíbrio térmico. Em condições de
curto-circuito, a temperatura das barras pode alcançar valores próximos a 130 °C / 160 °C, valores que são muito mais elevados do que a temperatura alcançada nas condições nominais de serviço. Como consequência, a resistência de fase em um barramento sob condições de curto-circuito terá um valor maior que em condições nominais e o cálculo das impedâncias será consideravelmente arredondado para baixo.

A corrente de curto-circuito real será, por conseguinte, menor do que a presumida e calculada, o que fornece uma boa margem de segurança. No entanto, por meio de apropriada majoração, pode-se favorecer o cálculo da real corrente mínima de defeito fase-terra (Ig) e, por conseguinte, é possível avaliar se o disjuntor de proteção da linha é capaz de intervir dentro de 0,4 segundo (no caso de linhas que compreendam derivações plug-in terminais fornecidos), ou 5 segundos (em caso de anel constituído por apenas condutores principais).

Solicitações eletrodinâmicas nos barramentos sob curto-circuito

Quando a proteção é realizada com disjuntores tipo seletivo automático (que não exercem qualquer limitação de corrente de crista ou energia térmica), a capacidade de suportar o curto-circuito deve ser cuidadosamente considerada. No tocante aos esforços eletrodinâmicos, deve ser satisfeita em primeiro lugar a seguinte relação:

Ip ≤ Ipk

Em que:

Ip: corrente de crista limitada pelo disjuntor na corrente de curto-circuito Icc presumida;

Ipk: corrente de crista admissível do barramento.

A importância desta condição reside no fato de que a corrente de crista determina, no período subtransitório, a extensão dos esforços eletrodinâmicos nos isoladores. Daqui resulta que deve ser igual Ipk ou superior (mas não inferior) para a corrente crista. A corrente de crista pode ser facilmente calculada multiplicando a corrente presumida de curto-circuito (Icc) por um fator adequado n.


Nota: Os valores na tabela representam a maioria das aplicações. Em situações particulares, por exemplo, na proximidade de transformadores ou geradores, o fator de potência pode assumir valores inferiores e, nestes casos, o valor máximo da corrente de crista presumida pode tornar-se o fator limitante, ao invés do valor eficaz da corrente de curto-circuito.

Solicitações térmicas nos barramentos sob curto-circuito

Para a contenção das solicitações térmicas nos barramentos sob condição de curto-circuito, a seguinte relação deve ser satisfeita:

A²s ≤ I²cw . t (em que geralmente t = 1 s)

Assim:

– A²s: energia específica passante por meio de dispositivo de proteção;

– Icw: corrente suportável nominal de curta duração do barramento blindado.

A presença de disjuntores limitadores de corrente (conside

rando Icw referido a um tempo genérico t), implica a seguinte mudança na relação anterior:

I²cc . (tr + 0,001) ≤  I²cw . t

Em que:

tr: tempo de retardo imposto ao disjuntor limitador de corrente [s].

A tabela a seguir resume as condições de proteção de barramentos blindados contra sobrecorrentes inerentes a sobrecargas e curtos-circuitos.

O próximo artigo abordará como devem ser selecionados os elementos de proteção contra sobrecargas e curto-circuito nos elementos terminais (derivações plug-in) e nas reduções de capacidade nominal em linhas longas, além de apresentar algumas particularidades de montagem, instalação e colocação em serviço.


*Nunziante Graziano é engenheiro eletricista, mestre em Energia pelo Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE/USP), pós-graduado em Política e Estratégia da Associação dos Diplomados da Escola Superior de Guerra ADESG-SP. É membro da ABNT/ CB-3/CE:03:17.03 – Conjunto de Manobra e Controle em Invólucro Metálico para tensões acima de 1 kV até e, inclusive, 36,2 kV; e membro do conselho diretor do IEE/USP. Atualmente, é diretor da Gimi Pogliano Blindosbarra Indústria e Comércio de Barramentos Blindados.


 

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