Corrente de Curto Circuito e Sistemas de Proteção

Corrente de Curto Circuito e Sistemas de Proteção

CURTO CIRCUITO E EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO

 

I. Corrente de Curto Circuito:

Principais Características:

a. Fundamentos

Para a especificação dos equipamentos de proteção de um sistema elétrico, a determinação correta da corrente de curto circuito é tão importante quanto a determinação da corrente nominal. Para isto, o tamanho deste sistema, deve ser avaliado cuidadosamente, para a definição do valor da corrente de curto circuito. Os disjuntores e fusíveis devem ser dimensionados dentro de sua adequada capacidade de interrupção, permitindo a sua abertura segura para a máxima corrente de curto circuito que poderá fluir dentro do sistema. Esta corrente é diretamente proporcional ao tamanho do sistema, (sua capacidade de fornecer energia) e não tem relação com a carga do ramal a ser protegido. (Fig. 1)

Corrente de curto circuito

FONTES DE CORRENTE DE CURTO CIRCUITO:

  • CONCESSIONÁRIA
  • GERADOR PRÓPRIO
  • MOTOR SÍNCRONO
  • MOTOR DE INDUÇÃO

Quando do cálculo da corrente de curto circuito devemos considerar todas as fontes, com suas respectivas reatâncias.

No instante do curto circuito, cada uma das fontes atua de acordo com suas características, conforme descrito a seguir :

CONCESSIONÁRIA

Neste caso o sistema de alimentação é muito grande comparado à instalação industrial. No instante do curto circuito o sistema fornecerá corrente para a falta de maneira contínua, sendo limitada apenas pela impedância da concessionária no ponto de falta.

GERADOR

Quando ocorre uma falta em um circuito alimentado por um gerador síncrono, este continuará a fornecer tensão para o sistema, pois a turbina continuará a movimentá-lo, e o campo de excitação será mantido independente do curto circuito. Esta tensão gerada irá produzir a corrente de curto circuito, que fluirá para o ponto de falta, e será limitada apenas pela impedância do gerador e do circuito entre o gerador e o ponto de falta.

MOTOR SÍNCRONO

É bastante semelhante ao gerador síncrono, podendo portanto gerar energia da mesma forma. Quando ocorre um curto circuito, a tensão do sistema cai a valores muito baixo, fazendo com que o motor deixe de fornecer energia mecânica à carga. Devido a inércia mecânica desta mesma carga e do rotor do motor, estes continuam seu movimento de rotação durante muito ciclos, passando a funcionar durante este tempo como alternador, em que a tensão gerada produzirá a corrente de curto circuito que fluirá para o ponto de falta. O valor da corrente gerada dependerá da potência, da tensão, e da reatância do motor síncrono, e da impedância do sistema até o ponto de falta.

MOTOR DE INDUÇÃO

Também neste caso, quando ocorre o curto circuito, a tensão do sistema é reduzida a um valor bastante baixo. Apesar da tensão ter variado bruscamente, o mesmo não ocorre com o fluxo magnético no motor. Como a rotação do motor permanecerá durante algum tempo, devido a inércia da carga e do próprio rotor, este passará a gerar corrente de curto circuito durante o tempo em que existir o fluxo magnético, aproximadamente quatro ciclos.

Em função do seu curto tempo de atuação, deverá ser levado em consideração apenas para o calculo da corrente momentânea dos disjuntores de média tensão, ou para aqueles disjuntores cuja interrupção se dá em um ou dois ciclos (baixa tensão). O valor da corrente gerada dependerá da potência, da tensão de serviço e da reatância do motor, e da impedância do sistema entre o motor e o ponto em que se verifica a falta.

REATÂNCIAS DAS MÁQUINAS ROTATIVAS

A reatância das máquinas rotativas não são valores fixos como nos transformadores, cabos e outros equipamentos, mas sim valores que variam em função do tempo.

Se analisarmos a corrente de curto circuito nos terminais de um gerador, verificamos que ela inicia com um valor elevado, decai durante um determinado tempo, e depois estabiliza em um valor constante. Como durante este tempo a tensão do campo de excitação e a velocidade do gerador permaneceu praticamente constante, concluímos que o que variou com o tempo foi a reatância da maquina.

A expressão usada para o cálculo da reatância variável neste caso requer uma fórmula bastante complexa, tendo o tempo como uma das variáveis. Para efeitos de simplificação, serão usados apenas três valores de reatância :

REATÂNCIA SUBTRANSITÓRIA ( X”d ) – É a reatância aparente do enrolamento do estator no instante em que ocorre o curto circuito, e determina a corrente de curto circuito que flui nos primeiros ciclos.

REATÂNCIA TRANSITÓRIA (X’d ) – É a reatância inicial do enrolamento do estator, considerando apenas o efeito do enrolamento de campo. Esta reatância tem influência em até 0,5 segundos ou mais, dependendo do projeto da máquina.

REATÂNCIA SÍNCRONA (X d ) – É a reatância que determina o valor da corrente quando o regime permanente de curto circuito é atingido. Como ela passa a atuar em até vários segundos após o curto circuito, ela não é levada em consideração no dimensionamento de equipamentos de proteção. É utilizada para estudos e especificações de relés de proteção.

 

b. Corrente de Curto Circuito Simétrica e Assimétrica

Quando a envolvente que toca o pico das ondas de corrente é simétrico em relação a um eixo esta corrente é chamada simétrica, caso contrário, será chamada assimétrica. (Fig. 2)

Corrente de Curto Circuito Simétrica e Assimétrica

A corrente de curto circuito é normalmente assimétrica nos primeiros ciclos, e depois torna-se simétrica A máxima assimetria ocorre no instante do curto circuito e gradualmente torna-se simétrica alguns ciclos depois.

c. Corrente Simétrica/Assimétrica

A assimetria da corrente de curto circuito é determinada pela relação entre a reatância e a resistência do sistema (X/R), excluindo sempre as cargas, e pelo instante em que ocorre em relação a Onda de Tensão.

Nos Sistemas Elétricos Industriais, normalmente o valor das resistências é muito pequeno em relação ao das reatâncias.

Portanto o valor do fator de potência do sistema é muito baixo (desprezando-se sempre as cargas). (Fig.3)

Impedâncias do sistema

Assimetria da corrente de curto

Em função destas características, a onda da corrente de curto circuito, deverá sempre estar defasada da tensão, de um valor de aproximadamente 90º.

Considerando por hipótese que tenhamos um sistema com resistência praticamente zero, e o curto circuito ocorra no instante em que a tensão está em seu valor máximo (pico), teremos uma corrente de curto circuito totalmente simétrica. (Fig. 4)

Corrente de curto no momento de máxima tensão

Considerando ainda o mesmo sistema, caso o curto circuito venha a ocorrer no instante em que a tensão é máxima, para que permaneça a defasagem de 90º, a corrente irá se deslocar em relação a um eixo central, tornando-se totalmente assimétrica. (Fig.5)

Corrente de curto circuito assimétrica

Como na realidade o curto circuito pode ocorrer em qualquer ponto da onda de tensão, e os sistemas elétricos industriais, possuem valores de resistência diferentes de zero, podemos deduzir que a quase totalidade das correntes de curto circuito serão assimétricas, porém não com assimetria máxima. Vemos também que a assimetria máxima ocorrerá em apenas um instante em cada ciclo, quando o curto circuito ocorrer num ponto da onda de tensão medindo em graus, 90º + α, a partir do ponto zero, onde tgα é igual a relação X/R do sistema. (Fig.6)

Corrente de curto circuito típica

d. Componente Contínua da Corrente

Por questões de simplificação de cálculo podemos dividir a corrente de curto circuito assimétrica em componentes mais simples. Uma das componentes será simétrica e a outra será uma componente contínua da corrente. A soma dos componentes a cada instante, será igual à corrente assimétrica no mesmo instante. (Fig. 7)

Divisão da corrente de curto circuito

Durante o curto circuito a componente contínua será dissipada através das resistências do circuito I^2R . Em função disso a velocidade com que a corrente assimétrica se tornará simétrica dependerá da relação X/R do sistema.

Caso a resistência seja teoricamente zero, teremos uma corrente assimétrica permanente. Caso a reatância seja zero, teremos a corrente assimétrica tornando-se simétrica instantaneamente.

Na realidade os dois casos são teóricos, e teremos uma curva para a maioria das correntes de curto circuito, próxima da figura mostrada acima.

O cálculo exato do valor eficaz da corrente assimétrica, tão logo ocorra o curto circuito, requer cálculos complexos, além de que a obtenção exata do comportamento do decréscimo da componente contínua requer o conhecimento dos dados de difícil obtenção.

Utilizando um método de cálculo simplificado, podemos nos utilizar de fatores de multiplicação e convertemos o valor eficaz da corrente de curto circuito simétrica no valor eficaz da corrente de curto circuito assimétrica.

O valor da componente contínua depende, como já vimos anteriormente, do ponto da onda de tensão em que ocorreu o Curto Circuito.

Para a especificação dos dispositivos de proteção, necessitamos saber apenas o valor máximo da componente contínua, já que os disjuntores serão dimensionados para a máxima corrente de curto circuito que poderá ocorrer no sistema.

Para cálculos mais aproximados encontramos, tabela e curvas que nos forneçam fatores de multiplicação, em função da relação X/R do sistema, e do tempo em ciclos, contados a partir do instante do curto circuito.

X/R

FA
20,0 2,00
10,0 1,77
5,00 1,58
3,33 1,42
2,50 1,31
2,00 1,24
1,66 1,18
1,43 1,16
1,25 1,15
1,11 1,08
1,00 1,05
0,83 1,04

Iccassim = FA x Iccsim

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 

ESPECIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS

 

Principais Equipamentos :

a. Disjuntores

Disjuntores de Média/Alta Tensão
Disjuntores de Baixa Tensão

b. Fusíveis

Fusíveis de Média Tensão
Fusíveis de Baixa Tensão

A definição das características dos equipamentos dependem das condições em que ocorre o curto circuito, e da variação da corrente com o tempo.

Para uma melhor análise dividiremos os equipamentos em média/alta tensão e baixa tensão (acima ou abaixo de 1000V)

Equipamentos de Proteção Acima de 1000V

– Disjuntores

Utilizaremos como base de nossos estudos disjuntores de média tensão, instalação interna. Os mesmos princípios fundamentais podem ser aplicados aos disjuntores de alta .

Os disjuntores de média tensão não atuam instantaneamente, isto é, passam alguns ciclos entre o instante em que ocorre o curto circuito e a extinção completa do arco.

Este tempo é composto basicamente por:
a. tempo para que o relé detecte o defeito e feche os contatos.
b. tempo para que haja o destravamento do mecanismo de acionamento, pela bobina de disparo.
c. tempo para que ocorra a abertura dos contatos
d. tempo de extinção completa do arco

Durante este tempo a corrente de curto circuito produz esforços mecânicos muito grandes no disjuntor e a todo o circuito, este esforço ocorre instantaneamente, e é proporcional ao quadrado da corrente.

A corrente máxima, como já vimos, ocorre no primeiro ciclo, em função da componente contínua da corrente (assimétrica) e da contribuição dos motores para a corrente total do curto circuito. Portanto o esforço máximo ocorre também no primeiro ciclo do tempo contado do início do curto circuito até a extinção completa do arco, valor da corrente decresce em função do decréscimo do valor da componente contínua e a mudança da reatância dos motores, conseqüentemente, a corrente que o disjuntor deverá interromper, quatro a oito ciclos depois do início do curto circuito é geralmente de valor menor que a corrente máxima do primeiro ciclo.

Em função disso verificamos a necessidade de definir dois valores básicos:
a. Corrente momentânea: Capacidade do disjuntor de suportar os esforços mecânicos produzidos pela corrente de curto circuito, do primeiro ciclo.
b. Corrente de interrupção: Capacidade do disjuntor de interromper a corrente de curto circuito até a sua extinção.

Para a especificação completa de um disjuntor de média tensão devemos levar em consideração os seguintes dados:

1. Quanto ao tipo do disjuntor.
É definido em função do meio que utilizam para a extinção do arco.
– Disjuntores a pequeno volume de óleo
– Disjuntores a vácuo
– Disjuntores a SF6
– Disjuntores a ar comprimido.

2. Quanto as características de tensão.
2a. Tensão Nominal: É a tensão ou classe de tensão em que o disjuntor irá operar.
2b. Tensão Máxima: É a máxima tensão em que o disjuntor irá operar.
2c. Tensão Mínima de Operação: É a mínima tensão com que o disjuntor irá interromper a capacidade nominal de interrupção (MVA).

Para qualquer tensão abaixo deste valor o disjuntor irá interromper um valor abaixo de sua capacidade nominal de interrupção.

3. Testes quanto a característica de isolamento.
3a. Tensão de Ensaio a Freqüência Industrial: É o valor de tensão aplicada, de acordo com ensaios normalizado a freqüência de 60Hz, que define suas características de isolamento para sua classe de tensão.
3b. Nível Básico de Impulso: define a capacidade do disjuntor de superar efeitos causados por uma descarga atmosférica, direta ou indireta, e outros surtos. Este ensaio é realizado através de um gerador de impulso, com um formato de onda padrão.

4. Capacidade de Corrente.
4a. Corrente Nominal: É a corrente que o disjuntor deverá suportar continuamente, sem que a sua temperatura exceda a temperatura máxima para qual foi dimensionado.
4b. Corrente Momentânea: É a máxima corrente assimétrica que o disjuntor deverá suportar, incluindo a contribuição de todas as fontes, motores síncrono e assíncronos e a componente contínua da corrente. Este valor define a capacidade do disjuntor de suportar os esforços de curto circuito assimétrico do primeiro ciclo. Este valor é definido aproximadamente como sendo de 1,6 a 1,8 vezes a corrente máxima de interrupção (valor de pico).
4c. Corrente Suportável de Curta Duração: (1 seg.) é a corrente máxima que o disjuntor deverá suportar na posição fechada, por um período de 1 segundo, dando-se o tempo para que o relê opere. Este valor é o mesmo da máxima corrente de interrupção em amperes.

5. Capacidade de Interrupção.
5a. Capacidade Nominal de Interrupção (MVA): É a máxima potência de interrupção que o disjuntor irá interromper operando entre a tensão máxima e a tensão mínima de operação.
5b. Corrente Nominal de Interrupção: É a máxima corrente que o disjuntor irá interromper, operando na sua tensão nominal, obedecendo o limite de sua capacidade nominal de interrupção.
5c. Corrente Máxima de Interrupção: É a máxima corrente que o disjuntor irá interromper com tensão abaixo da tensão mínima de operação. Como Conseqüência o disjuntor terá uma capacidade de interrupção menor, para essa tensão, que sua capacidade nominal de interrupção.

6. Tempo Interrupção.
É o tempo total de operação contando da energização da bobina de disparo até a extinção completa do arco.
6a. Corrente de Fechamento: É a máxima corrente de crista que o disjuntor poderá suportar no primeiro instante após o seu fechamento, em um sistema em curto circuito.

7. Ciclo de Operações:
É o número de operações, dentro de um tempo pré-determinado, que o disjuntor deverá suportar em caso de curto circuito.
Limites dos Disjuntores quanto a suas características da corrente de interrupção e corrente momentânea.
· Tensão de operação nunca deverá exceder a tensão máxima definida para o disjuntor.
· A capacidade nominal de interrupção não deverá ser ultrapassada em nenhuma tensão. O disjuntor deverá interromper a sua potência nominal de interrupção nas tensões entre a máxima e a mínima tensão de operação. Para operações abaixo da tensão mínima de operação ele deverá interromper em potência menor que sua potência nominal.
· A corrente máxima de interrupção nunca deverá ser ultrapassada, isto é, o produto dela por (raiz 3) vezes a tensão deverá ser menor que a capacidade nominal de interrupção.
· A corrente momentânea nunca deverá ser ultrapassada. Na maioria dos disjuntores este valor varia de 1,6 a 1,8 (fatores de multiplicação assimétrica), vezes a corrente máxima de interrupção.

– Fusíveis de Média Tensão.

Tipos:
· Limitadores de Corrente, que interrompem na subida do primeiro meio ciclo da corrente de curto circuito.
· Não Limitadores de Corrente, que abrem após o pico do primeiro meio ciclo da corrente de curto circuito.

Os fusíveis devem ser dimensionados para interromper a corrente de curto circuito assimétrica máxima que ocorre no primeiro ciclo. O fator de multiplicação utilizado neste caso, varia também de 1,6 a 1,8 vezes a corrente de curto circuito simétrica calculada, levando-se em consideração as reatâncias subtransitórias e as contribuições dos motores de indução e síncronos. Na realidade considera-se o mesmo valor da corrente normalmente calculado para o disjuntor.

Na escolha do fusível pode ser levada a consideração tanto a corrente de interrupção quanto a potência trifásica de curto circuito calculada para o sistema.

A especificação dos fusíveis de média tensão deverão levar consigo as seguintes características:

1. Tensão Nominal: É definida levando-se em consideração as características do local onde será instalado o fusível:
– Sistema trifásico com neutro aterrado: A tensão nominal do fusível deverá ser igual a máxima tensão do sistema.
– Sistema Monofásico: A tensão nominal do fusível deverá ser no mínimo 15% acima da tensão máxima do sistema.
Obs: Quando temos correntes capacitivas em nosso sistema, devemos analisar a possibilidade da ocorrência de surtos de tensão, quando da sua interrupção.

É desaconselhável a utilização destes fusíveis em sistemas com tensão inferior a sua tensão nominal. Quando da atuação do fusível, a sua interrupção pode ocasionar sobretensões que ultrapassem ao nível de isolamento dos demais equipamentos do sistema. (sobretensão máxima permitida na atuação do fusível – + ou – Vnom\cdot fusível \cdot 2,2 \sqrt{2} – IEC-282-1)

2. Corrente Nominal: É sempre definida com um valor acima da corrente de carga, e depende exclusivamente das características desta carga. Deve considerar sobrecargas harmônicas, e fenômenos transitórios por ocasião da ligação ou desligamento de motores, transformadores, capacitores, etc. Este tipo de fusível não é adequado para proteção contra sobrecarga já que sua atuação só é inteiramente confiável para valores de corrente muito acima de sua corrente nominal (corrente mínima de interrupção – 2,5 a 7 x In). Esta corrente mínima de interrupção depende das características do fusível – tensão nominal, comprimento e diâmetro do corpo do fusível.

Proteção de Transformadores

É utilizado sempre em conjunto com um relê de proteção, onde o fusível deverá atuar antes do relê um caso de curto circuito, e em caso de sobrecarga a proteção deverá ficar a carga do relê de proteção.

A corrente nominal do fusível para proteção de transformadores não deverá ser inferior de 1,8 a 2 vezes a corrente nominal do transformadores deverá levar em consideração o seguinte:

  • Por razões de conseguirmos uma boa proteção com tempo de interrupção o menor possível e seletividade com o relê de sobrecorrente, a corrente nominal do fusível deverá ser a mínima possível.
  • A corrente nominal não deve ser inferior ao valor mínimo (1.8 a 2 vezes In. transformador), para que o surto da corrente na energização do transformador não afete seus elementos fusíveis.
  • Também por questões de seletividade a curva Tempo x Corrente do fusível limitador deve ficar acima da curva característica dos fusíveis de baixa tensão. (ou do disjuntor).
  • Em resumo o fusível deverá ter sua curva compreendida entre a curva do relé de sobrecorrentes e fusível ou disjuntor da baixa tensão.
  • Em casos especiais recomenda-se sempre consultar o fabricante do fusível.

Proteção de Motores

Para proteção de motores de média tensão o fusível deverá levar em consideração a corrente de partida do motor, seu tempo de partida, e número de partidas por hora.
A curva do fusível deverá estar acima do seu ponto d partida (corrente x tempo de partida). Alguns fabricantes fornecem curvas próprias para o dimensionamento destes fusíveis.
Assim como no caso anterior, as curvas destes fusíveis deverão estar coordenados com as demais proteções dos motores, já que a sua atuação será apenas para o curto circuito.

Fusíveis para Proteção de Cabos e Linhas

A corrente nominal do fusível deve ser adequada tanto quanto possível, à bitola dos cabos e a sua capacidade de carga contínua.
Deve-se evitar a operação deste tipo de fusível em caso de sobrecarga, pois isto poderá acarretar ao mesmo rupturas por aquecimento nos tubos ocasionando efeitos indesejáveis na sua capacidade de interrupção.
Sua utilização neste tipo de proteção deverá ser estudada cuidadosamente, e analisada a sua eficiência.

Fusíveis para Proteção de Capacitores

A colocação em operação e particularmente a interrupção de capacitores, poderá fazer surgir no sistema correntes transientes com características semelhante às de um curto circuito.
Para minimizar os efeitos desta corrente, resistências ôhmicas ou bobinas de bloqueio de correntes de surto são recomendados como dispositivos de amortecimento, para limitação da taxa de aumento da corrente e da sua amplitude máxima.
Mesmo com o uso destes dispositivos limitadores, os capacitores devem ter fusíveis superiores, com pelo menos o dobro, ou até mesmo quatro vezes a corrente nominal do banco de capacitores.
Atuações indesejadas ou danos nos fusíveis, sempre pode ocorrer nestes casos.

3. Capacidade de Interrupção: O fusível deverá ser dimensionado para uma capacidade de interrupção igual ou superior a calculada para o sistema. Os catálogos normalmente indicam a corrente de curto circuito eficaz simétrico e/ou a potência trifásica de curto circuito. Este Fusível deverá também limitar a corrente de curto circuito a um valor menor que os valores máximos suportáveis pelos equipamentos por eles protegidos.

Os fabricantes fornecem as curvas que indicam limitações destas correntes de curto circuito.

Observações:
Estes fusíveis poderão ser fornecidos com percursor (Strikur-Pin), utilizado para operar interruptores ou outros equipamentos associados ao fusível, ou sinalizador ótico.
Deve-se definir sua utilização para uso interno ou externo.

 

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DISJUNTORES DE BAIXA TENSÃO – Tensão Abaixo de 1000V.

Os disjuntores de baixa tensão diferem significativamente dos de média tensão, quanto ao seu tempo de atuação em caso de curto circuito. Em função de suas características mecânicas, os contatos dos disjuntores de baixa tensão, iniciam a sua abertura no primeiro ciclo da corrente, após a ocorrência do curto circuito.

Os disjuntores de baixa tensão devem portanto ter condições de interromper a corrente de curto circuito assimétrico do primeiro ciclo depois do curto circuito e suportar os esforços mecânicos resultantes desta corrente.

O fator de multiplicação para encontrarmos o valor assimétrico da corrente é normalmente menor que nos casos de média tensão. Isto ocorre em função de que a relação X/R em baixa tensão é muito menor que a média tensão.

Tipos Básicos:

  • Disjuntor Aberto: São utilizados normalmente para altas corrente nominais, e altas correntes de curto-circuito. Caracterizam-se por possuir uma carcaça aberta, possibilitando a manutenção em todos os seus componentes. São próprios para instalações industriais.
  • Disjuntor em Caixa Moldada: São do tipo fechado, com dimensões muito menores que os disjuntores abertos, e são fabricados desde pequenas correntes, mono, bi ou tripolares, com baixa capacidade de interrupção, até altas correntes nominais e alta capacidade de interrupção.

Características Importantes para sua Especificação:

1. Tensão Nominal:

Tensão de Operação Nominal: É a tensão referida a capacidade de interrupção e de estabelecimento nominal do disjuntor e seu desempenho em curto circuito. Um disjuntor poderá ter mais de uma tensão de operação nominal, cada uma associada a sua respectiva capacidade de interrupção e estabelecimento nominal e desempenho em curto-cicuito.

Tensão de Isolamento Nominal: É a tensão referida ao ensaios dielétricos e às distâncias de isolação e escoamento, é o valor máximo da tensão nominal. Nunca a máxima tensão de operação nominal deve ser maior que a tensão de isolamento nominal.

2. Frequência Nominal:

– A frequência normal para este tipo de equipamento em corrente alternada é de 60 Hz

3. Corrente Nominal:

– Corrente Nominal da Estrutura: É o maior valor de corrente que uma estrutura pode conduzir, por tempo indeterminado, sem danos ou elevações de temperatura superiores às admissíveis para seus componentes.

– Corrente Nominal de um Disparador Série: É o valor da corrente que poderá passar por tempo indeterminado, pelo disparador série, sem que o mesmo opere, desde que mantidas as suas características nominais.

– Corrente Nominal de um Disjuntor Automático: Corresponde ao valor da corrente nominal do disparador série deste disjuntor.

4. Capacidade de Interrupção Nominal em Curto-Circuito:

– É o valor eficaz da componente periódica da corrente presumida de interrupção, levando-se em consideração a tensão nominal, a freqüência nominal e a um fator de potência, quando trabalhamos em corrente alternada, ou constante de tempo, quando trabalhamos em corrente contínua. O disjuntor deverá ser capaz de interromper esta corrente, independente do valor de sua componente contínua, supondo que a componente alternada seja constante

5. Corrente Suportável Nominal de Curta Duração:

– É o valor eficaz da componente alternada da corrente presumida de curto-circuito, que o disjuntor deverá suportar durante um determinado tempo, definido normalmente como de um segundo.
Um disjuntor equipado com disparadores série, não necessita ter especificada a corrente suportável de curta duração, já que é suficiente que ele possa suportar a corrente correspondente a sua capacidade de interrupção nominal em curto-cicuito pelo tempo total de interrupção, com o disparador série ajustado em seu retardo máximo.

6. Capacidade de Estabelecimento Nominal em Curto Circuito:

– É o máximo valor de crista da corrente presumida de estabelecimento, tomando como referencia o valor da tensão nominal, freqüência nominal e a um fator de potência quando trabalhamos em corrente alternada ou constante de tempo quando trabalhamos em corrente contínua.
Quando trabalhamos com corrente alternada, a capacidade de estabelecimento nominal em curto circuito de um disjuntor não deve ser inferior ao produto da capacidade de interrupção nominal em curto-cicuito pelo fator “n” da tabela 1 da NBR 5361/83, conforme transcrito abaixo.
Quando trabalhamos com corrente contínua esta capacidade de estabelecimento não deve ser inferior a capacidade de interrupção nominal em curto circuito.

Capacidade de Interrupção nominal do curto-circuito Icn (kA)

Fator de Potência Capacidade de estabelecimento nominal Curto-Circuito (n x Icn)
Icn ≤ 10 0,45 – 0,5 1,7 x Icn
10 < Icn ≤ 20 0,25 – 0,30 2,0 x Icn
20 < Icn ≤ 50 0,20 – 0,25 2,1 x Icn
50 < Icn 0,15 – 0,20

2,2 x Icn

7. Constante de tempo nominal:

Para corrente contínua a NBR 5361 prevê que a constante de tempo nominal deve ser de 15 ms.

8. Categoria de desempenho sob curto-circuito:

– É definida em função de seqüência de operação do disjuntor, e de suas condições após a execução desta seqüência. Os valores de corrente referentes a seqüência de operação, correspondem às capacidades de estabelecimento e interrupção nominais em curto-cicuito. Estes valores podem ser diferentes para as duas categorias de desempenho sob curto circuito.

Estas categorias são designadas pela NBR 5361 conforme abaixo:

Categoria de Desempenho curto-circuito

Sequência de operação nominal Condições após ensaios de curto-circuito
P – 1 O – t – CO Desempenha serviço sob condições reduzidas(NBR 8176)
P – 2 O – t – CO – t – CO

Desempenha serviço sob condições normais(NBR 8176)

O – Operação de interrupção

CO – Estabelecimento seguido de interrupção

t – 3 minutos

Características Gerais:

a ) Quanto às curvas tempo x corrente

– Os disjuntores de baixa tensão, atuam sempre dentro das curvas Tempo X Corrente, de seus disparadores. Estas curvas são compostas normalmente por duas partes:
Uma com características de uma curva a tempo inverso (disparador térmico), e outra com características de atuação a tempo curto ou instantânea (disparador magnética). Quanto ao seu tempo de atuação, ou características de seus disparadores, poderemos ter:

Disjuntores Limitadores de Corrente:
São aqueles que interrompem a corrente de curto circuito antes que ela atinja seu valor de pico, isto é, na subida do primeiro meio ciclo. Utilizados em sistemas industriais que possuem elevadas correntes de curto circuito. Muitos destes disjuntores são fabricados com fusíveis incorporados.

Corrente de curto-circuito no disjuntor limitador de corrente

Disjuntores somente magnéticos: São disjuntores que possuem somente a unidade magnética de proteção. Sua atuação é praticamente instantânea e protege somente contra curto circuito. São utilizados para proteção de motores onde o sistema de partida já possui um relé térmico para proteção contra sobrecarga.

Disjuntores termomagnéticos (que possuem unidade de proteção temporizada e instantânea) podem ser fabricados:
– Com unidades de proteção sem ajuste externo onde estas unidades são pré-ajustadas pelo fabricante e o disjuntor é comercializado selado.
– Com unidades de proteção com ajuste externo, onde podemos regular as correntes de atuação. São fabricados disjuntores com ajustes externos somente na unidade magnética, na unidade térmica ou em ambas.

b ) Quanto ao dimensionamento

No dimensionamento dos disjuntores de baixa tensão além do que já foi dito acima, deveremos levar em consideração; segundo previsto na NBR5410/90:

A corrente nominal ou de ajuste da unidade térmica do disjuntor deve ser igual ou superior à corrente de carga prevista, e igual ou inferior a capacidade de condução de corrente dos condutores.

I_{max.cond} \geq I_{n.disj}\geq I_{carga}

c ) Quanto as propriedades dielétricas
Os disjuntores deverão suportar, durante um minuto, tensões conforme prescrita na NBR 5361/83, em função de sua tensão nominal de isolamento. Disjuntores com tensão nominal de isolamento igual a 220 V deverão suportar deverão suportar no ensaio durante um minuto 2000 V, os de 380 a 480 V deverão suportar 2500 V.

d ) Quanto a durabilidade mecânica e elétrica
Os disjuntores devem ser capazes de efetuar um numero determinado de ciclos de operações, conforme previsto em norma. Estes ciclos de operação correspondem a uma abertura e um fechamento no caso do ensaio mecânico, e de um estabelecimento e uma interrupção, com corrente igual a corrente nominal da estrutura e com um fator de potência igual a 0,8 para corrente alternada ou constante de tempo entre 1 e 3 ms para corrente contínua.

Um disjuntor de 100 A deve suporta 6000 ciclos de operação com corrente e 4000 ciclos sem corrente , totalizando 10000 ciclos de operação, considerando 6 ciclos de operação por minuto.

Um disjuntor de 1000 A deve suportar 500 ciclos de operação com corrente e 2000 ciclos sem corrente , totalizando 2500 ciclos de operação, considerando 1 ciclo de operação por minuto.

e ) Quanto a Características dos Disparadores Série
– Em caso de curto-circuito o disparador deverá atuar com uma exatidão de ± 20% para todos os valores de seu ajuste de corrente de curto-cicuito.
– Em caso de sobrecarga com disparadores a tempo inverso, deverão ser atendidos os seguintes requisitos os requisitos da tabela 7 da NBR 5361/83, transcrita abaixo :

FAIXA DE CORRENTE DO DISPARADOR SÉRIE (A)

TEMPO MÁXIMO DE DESLIGAMENTO DO DISPARADOR (min)
200% DA In DISPARADOR 135% DA In DISPARADOR
0 – 30 2 60
31 – 50 4 60
51 – 100 6 120
226 – 400 10 120
401 – 600 12 120
601 – 800 14 120
801 – 1000 16 120
1001 – 1200 18 120
1201 – 1600 20 120
1601 – 2000 22 120
≥ 2000 24

120

 

Para o disparador conduzindo uma corrente igual a 105% da sua corrente nominal, não deverá ocorrer o desligamento em tempo inferior a uma hora.

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FUSÍVEIS DE BAIXA TENSÃO

Podemos definir fusível como parte de um dispositivo-fusível, composto por um ou vários elementos-fusíveis em paralelo, que devem fundir, quando uma corrente de valor especificado percorrê-los durante um determinado tempo.

Fazem parte de um dispositivo fusível : a sua base, o fusível com seus elementos fusíveis, seus contatos, indicador de operação, percursor etc.

De acordo com a norma NBR 11840/91 os fusíveis de baixa tensão podem ser :

Tipo g – fusível limitador de corrente, capaz de interromper, sob condições especificadas, todas as correntes que causam fusão dos elementos fusíveis até sua capacidade de interrupção nominal. São fusíveis para aplicações gerais, e podem ser :
fusíveis gG – são fusíveis para aplicação geral
fusíveis gM – são fusíveis próprios para proteção de motores

Observações :
-Atualmente os fusíveis gG são também utilizados para partida de motores, o que é possível quando suas características são adequadas para suportar a corrente de partida do motor.
-Os fusíveis gM são caracterizados por dois valores de corrente In MIch – caracterizando um fusível de característica G, a ser utilizado para proteção de motores, onde In é a máxima corrente permanente do dispositivo fusível, e Ich corresponde a característica G do fusível.
Tipo a – fusível limitador de corrente, capaz de interromper, sob condições especificadas, todas as correntes entre a menor corrente indicada na sua característica tempo-corrente de operação (K2In) e sua capacidade de interrupção nominal.

São fusíveis de retaguarda :
-Fusível aM – são fusíveis com capacidade de interrupção em faixa parcial para proteção de circuito de motores.

Observação :
-Estes fusíveis são apropriados para proteção contra curto circuito. Quando for necessária uma proteção contra sobrecorrentes menores do que K2In deve-se utilizar outros dispositivos de proteção adequados, acrescidos a este.

DADOS PARA ESPECIFICAÇÃO:
a) Tipo e dimensões do fusível em função da sua utilização.

b) Corrente Nominal
É a corrente que o fusível poderá suportar por um tempo indefinido, sem que a sua temperatura exceda a temperatura máxima para qual este foi dimensionado.

c) Tensão Nominal
É a tensão máxima que o fusível poderá atuar dentro de suas características normais.

d) Corrente de Interrupção
É o valor máximo eficaz da corrente simétrica de curto-circuito que o fusível é capaz de interromper, dentro das condições de tensão nominal e do fator de potência estabelecido.

e) Características da Curva Tempo x Corrente
Fusíveis de atuação rápida utilizado para nos circuitos que operam em condições inferior a corrente nominal, com circuitos que suprem áreas de iluminação, tomadas e resistências em geral.
Fusíveis de atuação retardada utilizado em circuitos sujeitos a sobrecargas periódicas, como motores e capacitores.
Fusíveis limitadores de correntes utilizado em sistemas com nível de curto circuito bastante alto, onde a atuação de fusíveis normais, deixará passar uma quantidade de energia suficiente para danificar a carga. Estes fusíveis atuam na subida do primeiro ciclo da corrente de curto circuito.
Em circuitos onde o nível de curto circuito é alto, e a utilização de disjuntores encarece a instalação, é comum as utilização de fusíveis limitadores de corrente, coordenados com os mesmos. O fusível protege contra curto circuito e o disjuntor contra sobrecarga.
Estes fusíveis não protegem o sistema contra sobrecarga.
Deverá também permitir a partida do motor, devemos portanto de posse do tempo de partida, corrente de partida e curva característica verificar se o fusível permite que o motor parta em condições normais.

DIMENSIONAMENTO

a) Proteção de circuitos de distribuição de motores, a corrente nominal do fusível deverá ser:

I_{nom.fusivel} \leq I_{partida do maior motor}\cdot K+\sum I_{nom.demais motores}

b) Proteção de circuitos de distribuição geral:

I_{nom.fusivel} \geq 1 A 1,15\cdot \sum I_{nom.aparelhos ligados ao circuito}

c) Proteção de Capacitores:

I_{nom.fusivel} \leq 1,65\cdot  I_{nom.capacitor}

d) Verificação se o fusível protege, dentro do tempo determinado pelas suas curvas, os demais equipamentos do circuito, contra curto circuito analisar com base na corrente de curto circuito a coordenação da proteção entre: fusível – condutor – curvas que fornecem a corrente máxima de curto circuito que o condutor suporta durante determinado tempo. fusível – condutor – relê térmico – curvatura os fabricantes normalmente fornecem a corrente de curto circuito máximo que esses equipamentos poderão suportar durante determinado tempo (I2t)

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DISJUNTORES DE MÉDIA TENSÃO

 

Características principais quanto ao sistema de interrupção do arco.

a) Disjuntores a pequeno volume de óleo: É um disjuntor em que a separação dos contatos fixos e móveis é feita em uma câmara de extinção contendo óleo. Na abertura dos contatos surge o arco que é rapidamente resfriado pelo óleo e auxilia a extinção na primeira passagem da corrente por zero. Em função do óleo a rigidez dialética da distância de abertura dos contatos é restabelecida rapidamente, evitando seguramente reignição. São os disjuntores mais utilizados e instalações de pequeno e médio porte.

b) Disjuntores a sopro magnético: É um disjuntor em que a extinção do ar, em caso de operação com carga ou curto circuito, é feita em camadas moldadas em poliéster reforçado, com ar a pressão normal.
O arco é conduzido à entrada da câmara, por efeito pneumático. Movido a partir dai por efeito magnético e térmico, o arco penetra no interior da camada onde é fracionado, alongado e extinto. Possuem a vantagem em função da ausência de fluído para a extinção do arco de ser salvo do perigo de incêndio ou explosão e pode ser energizado mesmo após longos períodos parado. Sua manutenção é simplificado em função do acesso fácil e imediato. às partes ativas.

c) Disjuntor a Vácuo: É um disjuntor em que os contatos fixos e móveis estão dentro de uma câmara a vácuo. Quando da separação dos contatos, surge um arco entre eles de grande intensidade, acompanhado de uma certa quantidade de vapor metálico resultante de uma pequena decomposição dos contatos. Ao passar a corrente por zero, o arco se extingue, ocasionando a deposição do vapor metálico sobre a superfície do próprio contato. Após isto, se restabelece o valor da rigidez dielétrico entre os contatos.
Estes disjuntores são recomendados em instalações onde a freqüência de manobras é intensa, não sendo recomendado o uso de disjuntores a óleo.

d) Disjuntores a SF6: São disjuntores em que a abertura dos contatos ocorrem dentro de uma câmara contendo gás hexafluoreto de enxofre sob pressão constante.
Este gás atua como meio isolante ao mesmo tempo que resfria o arco, durante a operação dos contatos, extinguindo-o completamente.
São utilizados em sistemas de alto e extra alta tensão, principalmente em função do seu alto custo para tensões mais baixas.

e) Disjuntores a Ar Comprimido: São disjuntores que utilizam o ar sob alta pressão para resfriar e extinguir o arco elétrico.
O ar utilizado nesses disjuntores deve ser praticamente puro e com total ausência de umidade. Para isso são utilizados filtros de desumidificadores. O ar comprimido também é empregado no sistema mecânico de acionamento dos disjuntores.
São utilizados em autos e extra alta tensão (superiores a 230KV), principalmente em função do seu alto custo (sistema de alimentação e compressão do ar), estão hoje perdendo mercado para os disjuntores SF6.

 

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SISTEMA DE COMANDO

 

O sistema de acionamento do disjuntor é mecânico, através de molas pré carregadas, isto é, a operação de carga da mola não é automaticamente seguida pela alteração dos contatos principais.
Estas molas após carregadas, são destravadas, liberando a energia mecânica armazenada, para a operação de fechamento ou abertura do disjuntor.
Estas molas são carregadas manualmente ou através de motorização.
A energia armazenada no sistema permita seqüência de operação O.C.O.
Os mecanismos de sistema de comando pode ser descrito:
Acionamento por Alavanca
O disjuntor é acionado através de uma alavanca inserida na parte frontal do seu mecanismo de acionamento. Esta alavanca partindo do zero, movimenta-se até um determinado ponto onde ocorre o carregamento das molas, e na seqüência até um fim de curso onde o destravamento e descarregamento da mola de fechamento, fazendo com que o disjuntor feche seus contatos. Neste ponto a mola de abertura permanece pronta para atuar, por acionamento mecânico através de um botão, ou por outro dispositivo remoto, ou relê
Acionamento por Mola Pré Carregada
Neste tipo de acionamento o comando pode ser feito manualmente ou através de motorização.
Quando o comando é manual realiza-se através de uma alavanca apropriada ou de uma manivela, uma operação mecânica própria, que carrega as molas do acionamento. Após esta operação o disjuntor esta com suas molas carregadas, porém com seus contatos ainda abertos. A operação de fechamento do disjuntor irá ocorrer através uma botoeira mecânica instalada no próprio disjuntor, ou através de um comando remoto por meio de uma bobina de fechamento. Após o seu fechamento, o disjuntor permanece com sua mola de abertura travada, pronta para atuar. A operação de abertura pode ocorrer através do acionamento de seu botão mecânico localizado no disjuntor, ou através de um comando remoto pela bobina de abertura, ou através do comando de seus reles de proteção.
Quando o comando é motorizado a alavanca do disjuntor ou a sua manivela é substituída por um motor do tipo universal que acionado a partir do painel de comando ou de um ponto remoto qualquer. Normalmente os disjuntores motorizados possuem também o sistema manual incorporado. A função do motor neste caso é somente de carregar as molas do acionamento, após o carregamento as demais operações de fechamento e abertura são idênticas as descrita anteriormente.
Sistema de Extração do Disjuntor
Os disjuntores são normalmente montados sobre carrinho com rodas para facilitar seu deslocamento. Estes disjuntores podem ser fornecidos na versão para execução fixa, onde os barramentos de entrada e saída são presos diretamente nos terminais dos disjuntores, e na versão para execução extraível, onde essas ligações são feitas de maneira a facilitar a retirada e recolocação dos mesmos.
Os disjuntores do tipo extraível são constituídos de duas partes distintas. A primeira é o próprio disjuntor na sua versão fixa acrescido de contatos próprios de extração (tulipas), e a segunda é formada por contatos fixos próprios, onde de um lado se encaixam os barramentos de entrada e saída do sistema, e de outro se encaixam os contatos de extração do disjuntor.
Este sistema funciona como um secionamento visível, dispensando o uso de chaves seccionadoras, normalmente utilizada nos sistemas com disjuntores de execução fixa.
Os disjuntores do tipo extraível são dotados de sistema especial de intertravamento e bloqueio mecânico e elétrico que impedem a inserção ou extração do disjuntor com seus contatos fechados. Este sistema garante que a operação de secionamento do disjuntor nunca será realizada com carga, o que poderia provocar danos sérios ao equipamento e ao operador.
Este tipo de disjuntor é normalmente instalado em cubículos blindados, porém seu uso em cabines de alvenaria é possível e ocorre em alguns casos como alternativa técnica para sua instalação.

 

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DISJUNTORES DE BAIXA TENSÃO DO TIPO ABERTO

 

Características Construtivas
Este tipo de disjuntor é normalmente utilizado em instalações onde se requer altas correntes nominais (acima de 800 A). É fabricado para suportar o efeito térmico e dinâmico produzido por correntes de curto circuito de valores elevados (acima de 50 kA), possuindo alta capacidade de interrupção. São fabricados em caixa aberta , facilitando a sua manutenção, requerendo porem cuidados especiais quando da instalação em ambientes quimicamente agressivos e com altos índices de poeira. A interrupção da corrente é feita no ar a condições normais, dentro de uma câmara de interrupção apropriada. Estes disjuntores são dotados de reles de sobrecorrente eletrônicos que permitem uma faixa ampla de ajuste tanto para as correntes de sobrecarga quanto para as correntes de curto circuito, facilitando a sua coordenação com outros equipamentos de proteção em caso de seletividade.
Sistema de Comando
Os disjuntores do tipo aberto são acionados por um sistema mecânico, operado através de molas pré carregadas , onde a operação de carregamento das molas não é automaticamente seguido pela alteração de posição dos contatos principais. Estas molas após carregadas são destravadas, liberando a energia mecânica armazenada, possibilitando as operações de fechamento e abertura do disjuntor. Essas molas são carregadas manualmente ou através de sistema de motorização. A energia armazenada permite a seqüência de operação O.C.O.O sistema de comando pode ser assim descrito :
– Acionamento manual : neste caso a mola é carregada através da operação de uma alavanca instalada na parte frontal do disjuntor. São necessárias normalmente 5 a 7 operações no sentido vertical para o carregamento total da mola. A operação de fechamento do disjuntor irá ocorrer através de uma botoeira mecânica instalada no próprio disjuntor, ou através de um comando remoto por meio de uma bobina de fechamento. Após o seu fechamento o disjuntor permanece com sua mola da abertura travada, pronta para atuar. A operação de abertura pode ocorrer através de sua botoeira mecânica localizada no disjuntor, ou através de um comando remoto pela bobina de abertura, ou através do comando de seus relés de proteção.
– Acionamento motorizado : na motorização, a alavanca do disjuntor é substituída por um motor do tipo universal, que é acionado a distancia através de um painel de comando remoto. Normalmente os disjuntores motorizados possuem o sistema manual incorporado. A função do motor neste caso é somente de carregar as molas do acionamento, após o carregamento as demais operações de fechamento e abertura são idênticas as descritas anteriormente.
Sistema de Extração do Disjuntor
Os disjuntores de baixa tensão do tipo aberto podem ser fornecidos na versão fixa, onde os barramentos de entrada e saída são presos diretamente nos terminais dos disjuntores, e na versão extraível, onde essas ligações são feitas de maneira a facilitar a retirada e recolocação dos mesmos.
Os disjuntores do tipo extraível são constituídos de duas partes distintas. A primeira é o próprio disjuntor na sua versão fixa acrescido de contatos próprios de extração (tulipas), e a segunda de um envólucro metálico próprio, onde estão instalados os contatos fixos. Este envólucro dispõe de um guia próprio para possibilitar a inserção do disjuntor, e o encaixe correto das tulipas nos contatos fixos . Este sistema facilita em muito a manutenção do sistema e aumenta a sua confiabilidade, pois possibilita a troca do disjuntor com defeito por outro de reserva em poucos minutos, evitando paradas longas.
Os disjuntores do tipo extraível são dotados de sistema especial de intertravamento e boqueio mecânico e elétrico que impedem a inserção ou extração do disjuntor com seus contatos fechados. Este sistema garante que a operação de secionamento do disjuntor nunca será realizada com carga, o que poderia provocar danos sérios ao equipamento e ao operador. Este tipo de disjuntor, tanto fixo como extraível, é montado em painel metálico (centro de carga) possibilitando sua sustentação mecânica.

 

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RELÉS DE SOBRECORRENTE

 

Os relés utilizados neste tipo de disjuntor, são normalmente eletrônicos, sensibilizados por sensores. O sistema completo normalmente é composto da seguinte forma :
– Quadro de programação tipo intercambiável, onde é possível ajustar o tempo e a corrente de atuação em função de suas curvas características.
– Percursor de abertura, comandado pelo próprio relé, com baixo consumo de energia, com s função de provocar o destravamento da mola de abertura, disparando o disjuntor.
– Conjunto de três sensores de corrente incorporados ao barramento de saída dos disjuntores, cuja função é enviar o sinal ao relé.
– A operação do relé é totalmente automática, sem que haja necessidade de fonte externa de alimentação.
Este tipo de equipamento além de oferecer as funções e características normais de um relé de sobrecorrente, facilita de maneira significativa a coordenação de seletividade com outros equipamentos do sistema. Possui diversas funções de tempo e corrente ajustáveis, facilitando a programação e possibilitando a sinalização local e remota, bem como o travamento mecânico e elétrico do disjuntor após sua atuação.
Os relés mais completos podem apresentar diversas combinações de proteção:
– Proteção de sobrecarga (tempo longo), com ajuste no tempo e na corrente.
– Proteção de curto circuito (tempo curto), com ajuste no tempo e na corrente.
– Proteção de curto circuito instantânea.
– Proteção de falta a terra.

PROCEDIMENTOS PARA CÁLCULO DA CORRENTE DE CURTO CIRCUITO

1 ) DIAGRAMA UNIFILAR DO SISTEMA EM ESTUDO

No estudo da corrente de curto circuito, a primeira providência a ser tomada é desenhar o diagrama unifilar do sistema em estudo, mostrando as fontes de corrente de curto circuito e todos os elementos mais importantes, como transformadores, cabos, disjuntores, barramentos, chaves seccionadoras, etc.

2) MONTAGEM DO DIAGRAMA DE IMPEDÂNCIAS

– considerar inicialmente duas barras infinitas ( Z = 0 ), sendo uma na parte superior, e outra na parte inferior do diagrama;
– ligar na barra superior todas as fontes de corrente de curto circuito;
– anexar as demais impedâncias, interligando-as;
– considerar o ponto de falta;
– interligar o diagrama à barra inferior.

3) REATÂNCIAS E RESISTÊNCIAS A SEREM CONSIDERADAS

-Sistema com tensão acima de 1000 V
– as reatâncias dos pequenos barramentos, transformadores de corrente, disjuntores e de outros elementos de pequeno comprimento, podem ser desconsideradas (erro desprezível)
– as resistências dos geradores, transformadores, reatores, motores, barramentos de alta capacidade são muito baixas se comparadas com as reatâncias, podendo portanto serem desconsideradas.
-Sistemas com tensões menores que 1000V
– as reatâncias dos transformadores de corrente, disjuntores, seccionadoras, barramentos podem vir a ter valores significativos para o cálculo de curto circuito em sistemas com potências acima de 1MVA e tensão 220 ou 380 V e sistemas com potências acima de 3 MVA e tensão 440 V e acima. Estes valores devem ser considerados sempre que disponíveis.
– as resistências e as reatâncias dos cabos de baixa tensão tem normalmente um valor bastante significativo, e deverão ser sempre levados em consideração.

4) SELEÇÃO DO TIPO DE CURTO CIRCUITO

Na maioria dos sistemas industriais a máxima corrente de defeito é obtida quando ocorre um curto circuito trifásico. Nestes casos a corrente de curto circuito fase-fase e fase-terra serão sempre menores que a trifásica, bastando portanto calcular apenas esta última.
Para grandes sistemas, com neutro solidamente aterrado, e alimentação direta de um gerador ou de um banco de transformadores delta estrela, a corrente de curto circuito fase terra poderá ter valor maior que a trifásica. Nestes casos deveremos calcular a corrente de curto circuito fase terra através de componentes simétricas.
Para se evitar isto, normalmente nos sistemas industriais, o neutro é aterrado através de um reator ou resistor limitador de corrente, o qual irá limitar a corrente de curto circuito fase terra a valores abaixo da corrente de curto circuito trifásica. Para efeito de dimensionamento normalmente se considera o curto circuito nos terminais dos disjuntores ou fusíveis.

5) CALCULO DA CORRENTE DE CURTO CIRCUITO

a) Calculo da impedância percentual

Z% =   \frac{Z\cdot I}{V}\cdot 100

I = Corrente em A

V = Tensão em V

Z = Impedância em Ω

Z% =   \frac{Z\cdot Pb}{10\cdot(kV)^2}

Pb = Potência base em kVA

        Zpu = \frac {Z\%}{100}         Zpu = \frac{Z\cdot I}{V}         Zpu = \frac{Z\cdot Pb}{1000\cdot(kV)^2}

OBS: Em um circuito todo o equipamento tem sua impedância percentual dada em uma potência base. Para o cálculo da corrente de curto circuito, é necessário determiná-la em uma só potência base.

Z\%(Pb_{2}) =Z\%(Pb_{1} \cdot \frac {Pb_{2}}{Pb_{1}} Z\pu(Pb_{2}) =Z\pu(Pb_{1} \cdot \frac {Pb_{2}}{Pb_{1}}

 

b) Determinação da potência base dos motores

Pb = \sqrt{3}\cdot V\cdot In                          In = corrente nominal de plena carga

c) Corrente de curto circuito simétrica

Icc = \frac {V}{I} \therefore \frac {Icc}{Ib} = \frac {V\cdot 100}{Z\cdot I\cdot 100}=\frac {100}{Z\%}

 

Icc_{sim} = \frac{Ib\cdot 100}{Z\%}      ou    Icc_{sim} = \frac{Ib}{Zpu}

 

Ib = \frac{Pb}{\sqrt{3}\cdot V}

 

Icc_{sim} = \frac{Pb}{\sqrt{3}\cdot V \cdot Zpu}

 

d) Potência de curto circuito simétrica

Pcc =\sqrt{3}\cdot V \cdot Icc_{sim}

e) Corrente de curto circuito assimétrica

Icc_{assim}=Icc_{sim}\cdot FM (Valor Eficaz)

f) Reatâncias percentuais das maquinas rotativas (valores médios)

TIPO DE MÁQUINA

X “ X ‘
A.    GERADORES
1)     TURBO GERADOR (Pólos Distr.)
– 2 polos, 63 – 937 kVA 9 *
– 2 polos, 12500 kVA e mais 10 *
– 4 polos, 12500 kVA e mais 14 *
2)     GERADOR DE POLOS SALIENTES(sem enrolamento amortecedor)
– 12 polos ou menos 25 *
-14 polos ou mais 35 *
3)     GERADOR DE POLOS SALIENTES (com enrolamento amortecedor
– 12 polos ou menos 18 *
-14 polos ou mais 24 *
B.    CAPACITORES SÍNCRONOS 24 *
C.    NOTORES SÍNCRONOS
– 6 polos 10 15
– 8 – 14 polos 15 24
D.    GRUPO DE PEQUINOS MOTORES
– Tensão menor que 1000 V
Indução – incluindo condutor motor 18
Síncrono – incluindo condutor motor 21 29
– Tensão maior que 1000 V
Indução – incluindo condutor motor 20
Síncrono – indução condutor motor 15 25

*Valores não usados nos cálculos normais de corrente de curto circuito.

g) Impedâncias e resistências percentuais dos transformadores (valores médios)

kVA     150     225     300     500     750     1000     1500

Z%        3,5     4,5      4,5      4,5       5           5          6

R%        1,4    1,3       1,2      1,1     1,6        1,5        1,5

h) Quando levar em consideração a IccASSIMÉTRICA

Em baixa tensão
Para sistemas com X/R menor que 6,6 , a escolha do equipamento de proteção pode ser feita especificando apenas a capacidade nominal simétrica calculada.
A maioria dos sistemas de distribuição de edifícios tem X/R menor que 6,6, porém quando temos subestações transformadoras de 750 kVA ou mais X/R será maior que 6,6. Nestes casos deveremos analisar também a corrente de curto circuito assimétrica para especificação dos equipamentos, pois poderá haver casos em que o equipamento suporte a IccSIMÉTRICA  e não suporte a IccASSIMÉTRICA.

VALORES DE X/R EM SUBESTAÇÕES

kVA                    Z%                    X/R

112,5                   3                        5

150                     3,5                      5

225                     4,5                     5,5

300                     4,5                     6,0

500                     4,5                     6,0

750                     5,0                     7,0

1000                   5,0                     8,0

1500                   6,0                     9,0

Em alta tensão
Para especificação correta dos equipamentos de alta tensão é necessário calcular tanto capacidade de interrupção simétrica como a assimétrica (momentânea).

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