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EPIs

Figura 1 Diagrama unifilar resumido.

Por Alan Rmulo e Eduardo Senger*

Captulo X

Reduo dos nveis de energia incidente Estudo de Caso

anteriores. A sequncia das informaes est disposta de

acordo com o recomendado nas normas IEEE 1584 e NFPA

70E. Na parte 1, so apresentadas as informaes bsicas

necessrias para a realizao dos clculos preliminares de

energia incidente.

Descrio do sistema eltrico A instalao eltrica analisada neste trabalho

composta por trs unidades geradoras, sendo dois

geradores responsveis pela gerao principal da unidade

e um gerador pelo sistema de emergncia, no possuindo

nenhum tipo de conexo com uma concessionria de

energia. A Figura 1 apresenta o diagrama unifilar resumido

deste sistema eltrico.

O conjunto de gerao principal da unidade

composto pelos geradores trifsicos A e B que geram em

480 V e possuem potncia de 600 kW. Esses geradores so

acionados por motores de combusto interna movidos a

gs. O painel A concentra as funes de proteo, controle,

sincronismo e disjuno do sistema de gerao principal.

A gerao de emergncia composta pela unidade

geradora trifsica C de 250 kW/480 V, acionada por motor

a diesel. As funes de proteo, controle e disjuno esto

concentradas no painel B.

Em situao normal de operao, a unidade opera

com um gerador principal em funcionamento, enquanto

Os captulos anteriores apresentaram os riscos

envolvendo arco eltrico, os principais Equipamentos de

Proteo Individual (EPIs), equipamentos utilizados para

mitigao desses riscos, bem como os aspectos normativos

mais relevantes.

Os prximos captulos apresentaro um estudo

de caso objetivando a reduo dos nveis de energia

incidentes em uma instalao eltrica, utilizando-se de

toda a teoria e os conceitos apresentados nos captulos

33Apoio

o segundo gerador principal e o gerador de emergncia permanecem

de reserva. Na ocorrncia de um desligamento no gerador principal que

estiver operando, o outro gerador principal entra em funcionamento

automaticamente e supre as mesmas cargas. Simultaneamente,

comandada a partida do grupo de gerao de emergncia. O gerador

de emergncia foi projetado para entrar automaticamente na linha

em 45 segundos, no caso do gerador principal falhar na partida e no

conseguir suprir as cargas nesse espao de tempo. Tanto a lgica de

partida dos conjuntos de gerao quanto o controle da temporizao

realizada por um CLP.

Caso a ocorrncia que gerou o desligamento de um gerador principal

for caracterizada como uma situao de emergncia, o outro gerador

principal, que estar no modo stand-by, no entrar em funcionamento.

Ele permanecer nessa condio at ser sanada a situao que originou

a emergncia e ocorrer o rearme manual do Sistema de Parada de

Emergncia.

O sistema de gerao de emergncia no pode operar em paralelo

com as unidades principais, mesmo aps ter sido restabelecida a

operao normal. A transferncia das cargas entre o sistema de gerao

de emergncia e o sistema de gerao principal ocorre por meio de uma

chave de transferncia automtica. Essa chave de transferncia possui

um monitor trifsico para evitar a transferncia a menos que ambas

as fontes estejam numa condio de fase, na mesma frequncia ou

prximo de tal condio.

Uma vez que qualquer dos geradores principais tenha retornado

operao, a chave de transferncia automtica transfere as cargas

essenciais de volta para a unidade principal e desliga o gerador de

emergncia, recolocando-o na modalidade de stand-by.

Tanto os geradores principais quanto o de emergncia possuem

uma resistncia de aterramento de 200 ohms.

A distribuio de energia eltrica na unidade realizada por dois

CCMs, ambos de 480 V. O CCM A supre as cargas normais da unidade

e alimentado pelo sistema de gerao principal. J o CCM B supre

as cargas essenciais e, em situao normal de operao, alimentado

pelo sistema de gerao principal. Caso a gerao principal no esteja

disponvel, este CCM alimentado pelo gerador de emergncia,

selecionado por uma chave de transferncia automtica. As cargas da

unidade so constitudas basicamente por motores trifsicos de induo

e transformadores de iluminao/controle.

Proteo do sistema de gerao A proteo dos sistemas de gerao engloba tanto as protees

associadas mquina primria quanto aquelas associadas ao gerador

eltrico.

Com relao mquina primria, so empregadas as seguintes

protees:

Baixa presso de leo lubrificante;

Nvel de leo lubrificante;

Alta temperatura da gua de refrigerao;

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EPIs Baixo nvel de gua de refrigerao; Excesso de velocidade;

Excesso de vibrao.

A proteo dos geradores realizada empregando-se as seguintes

funes:

Sobrecorrente;

Potncia reversa;

Temperatura nos enrolamentos;

Temperatura dos mancais;

Subfrequncia;

Desequilbrio de corrente;

Sobretenso/subtenso.

Na instalao utilizada no estudo de caso, os rels empregados para

proteo dos geradores so estticos. Esse tipo de tecnologia encontra-se

defasada devido ao emprego dos rels digitais. Contudo, quando os

rels estticos foram introduzidos no mercado, eles apresentavam

algumas vantagens importantes sobre os seus predecessores, os rels

eletromecnicos. Dentre essas vantagens, podem-se citar a melhor

exatido dos rels estticos e a ampla faixa de ajuste de pick up.

Outro fator importante o fato de esse tipo de tecnologia no possuir

peas mveis e frgeis, tornando os rels mais resistentes a choques

e a vibraes, com consequente reduo nas manutenes quando

comparados aos rels eletromecnicos, j que no necessita de limpeza

ou ajuste dos contatos, verificao de folgas, entre outros itens inerentes

manuteno de um rel eletromecnico.

Proteo dos barramentos A proteo dos barramentos da unidade realizada empregando-se

somente a funo de sobretenso.

Proteo do sistema de aterramento por alta resistncia Os sistemas de gerao principal e de emergncia possuem uma

resistncia no seu sistema de aterramento no valor de 200 ohms. Essas

resistncias limitam o valor da corrente que flui para a terra, durante um

curto-circuito fase-terra, em 1,38 A.

O sistema de aterramento dotado de um rel de sobretenso de

neutro (ANSI 59G), de tecnologia eletromecnica.

Na ocorrncia de uma falta fase-terra em qualquer parte do sistema

de 480 V, o rel 59G, sensvel s variaes de tenso, aciona um alarme

no painel anunciador da unidade. Uma vez que as correntes de falta so

limitadas a menos de 2 A, o sistema eltrico pode continuar operando.

Porm, a falha deve ser localizada e corrigida brevemente. O voltmetro

localizado no sistema de aterramento indicar tenses entre 0 e 277 V

caso exista uma falta de alta impedncia no sistema eltrico.

Modos de operao e valores de curto-circuito

Definio das condies operativas

A unidade possui trs modos de operao do sistema de gerao

eltrica. As trs condies visam a garantir fundamentalmente a

segurana da unidade e a operao dos sistemas mnimos necessrios

para o processo. O detalhamento das condies operacionais

apresentado a seguir, sendo que cada condio foi utilizada como base

para o desenvolvimento dos clculos de curto-circuito.

Condio 1: dois geradores principais operando em paralelo

Nessa condio, os geradores principais encontram-se em paralelo

alimentando todas as cargas da unidade. O gerador de emergncia no

acionado nesse caso por no possuir sincronismo com o sistema de

gerao principal. Embora os geradores principais estejam projetados

para operar nessa condio, ela somente ocorre momentaneamente

para execuo de manobras no sistema eltrico, visto que somente

um gerador suficiente para suprir a demanda da unidade. A Figura 2

demonstra, por meio do diagrama unifilar, a configurao do sistema

Figura 2 Operao com os geradores principais em paralelo.

Figura 3 Operao com um gerador principal em funcionamento.

eltrico para esse caso.

Condio 2: operao com um gerador principal em funcionamento

Esta a condio normal de operao da unidade. Somente um

gerador em funcionamento garante o suprimento de energia necessrio

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EPIs

Continua na prxima edioConfira todos os artigos deste fascculo em www.osetoreletrico.com.br

Dvidas, sugestes e comentrios podem ser encaminhados para o e-mail redacao@atitudeeditorial.com.br

*AlAn RMulo SilvA QueiRoz engenheiro eletricista graduado pela universidade Santa Ceclia (Santos, SP), mestre em engenharia eltrica pela escola Politcnica da universidade de So Paulo e membro do ieee-iAS.eDuARDo CSAR SengeR engenheiro eletricista e doutor pela escola Politcnica da universidade de So Paulo. professor livre-docente na rea de Proteo de Sistemas eltricos pela universidade de So Paulo e coordenador do laboratrio de Pesquisa em Proteo de Sistemas eltricos lprot.

garantido apenas para as cargas essenciais, conectadas ao Painel B.

Clculos de curto-circuito

Para a realizao dos clculos de curto-circuito, foi utilizado

o software PTW, desenvolvido pela empresa americana SKM.

Os clculos de curto-circuito esto baseados na norma IEC

60909. Essa norma aplicvel a sistemas trifsicos de baixa e

alta tenso, desde que operem na frequncia nominal de 50 Hz

ou 60 Hz.

Os clculos de curto-circuito foram realizados para as

trs configuraes definidas no item 6.1, em que esperada

a mxima corrente de falta. Os valores de curto-circuito sero

apresentados posteriormente, em conjunto com os clculos de

energia incidente.

Coordenao da proteo A coordenao da proteo foi realizada de maneira a

otimizar a proteo dos equipamentos eltricos, garantir a

seletividade e proporcionar a continuidade operacional, sendo

que os valores considerados de pick-up e tempo de atuao

da proteo de sobrecorrente foram retirados dos critrios de

projeto da unidade.

Foram adotadas as seguintes premissas:

Tempo mnimo de coordenao de 200 ms;

Corrente de partida dos motores seis vezes superior sua

corrente nominal;

Ajuste de proteo de sobrecorrente de 1,15 vezes corrente

nominal dos motores;

Ajuste magntico dos disjuntores de proteo contra curto-

circuito no valor de 10 vezes a corrente nominal de cada motor.

A Tabela 1 apresenta, de forma resumida, os tempos de

durao do arco considerando trs situaes distintas previstas

na IEEE 1584 e na NFPA 70E. De acordo com essas normas,

deve ser determinado o tempo de durao do arco considerando

100% e 85% da corrente do arco, e 38% da corrente de curto-

circuito. O tempo de durao do arco determinado pela soma

do tempo de coordenao da proteo e do tempo para abertura

do disjuntor (que para esse caso 50 ms).

Nesse caso especfico, no h diferena nos tempos de

atuao da proteo porque nenhuma das correntes previstas na

norma entram na curva de tempo inverso do rel. Dessa forma,

o maior valor de energia incidente ser obtido para 100% da

corrente do arco.

Concluso Este artigo apresentou as informaes prvias necessrias

para o clculo de energia incidente. Nos prximos captulos,

essas informaes sero utilizadas para estimar os valores de

energia incidente, conforme determinam as normas IEEE 1584 e

NFPA 70E.

Referncias IEC 60909. Short-circuit currents in three-phase a.c. systems, 2001.

QUEIROZ, A. R. S. Utilizao de rels digitais para mitigao dos

riscos envolvendo arco eltrico. Dissertao (Mestrado em Cincias

Engenharia Eltrica). Universidade de So Paulo, 2011.

SLEVA, A. F. Protective relay principles. CRC Press, 2009.

SILVA, R. A. Comportamento da funo de proteo de sobrecorrente

instantnea frente a distores harmnicas nos rels de proteo

numricos. Trabalho de Concluso de Curso. Universidade de So

Paulo Escola de Engenharia de So Carlos, 2008.

Tabela 1 Tempo de durao do arco

100% da corrente

do arco

85% da corrente

do arco

38% da corrente

de curto-circuito

Tempo de Durao do Arco (s)

Painel A

0,45

0,45

0,45

Painel B

0,25

0,25

0,25

CCM A

0,45

0,45

0,45

CCM B

0,25

0,25

0,25

Figura 4 Operao com o gerador de emergncia em funcionamento.

para manter a operao da unidade.

Condio 3: Operao com o gerador de emergncia em

funcionamento

O gerador de emergncia entra em operao somente na ocorrncia

de falha nos dois geradores principais. O suprimento de energia