introdução curto circuito

GABRIEL DEL SANTORO BRESSAN
INTRODUÇÃO AOS ESTUDOS DE CURTO-CIRCUITO
SINOP/MT
2016
INTRODUÇÃO
O estudo de curtos-circuitos representa vital importância para a proteção de sistemas
elétricos, tendo em vista que os cálculos de redes em curto são fundamentais no
dimensionamento e ajuste dos diversos componentes de proteção, sendo necessário não só em
sistemas de potência, mas também em sistemas industriais.
CURTO-CIRCUITO E SUAS CONSEQUÊNCIAS
Um curto-circuito consiste em um contato entre condutores sob potenciais diferentes.
Tal contato pode ser direto (franco ou através de impedância) ou indireto (através de arco
voltaico). Os curtos-circuitos são geralmente chamados “defeitos” ou “faltas” (faults) e
ocorrem de maneira aleatória nos sistemas elétricos.
Suas consequências podem ser extremamente danosas aos sistemas elétricos, se não
forem prontamente eliminados pelos dispositivos de proteção principalmente devido às altas
correntes de curto-circuito.
Os estudos sobre curto-circuito nos sistemas de potência e em sistemas industriais tem
por objetivo:
1. Ajustar relés de proteção e selecionar fusíveis
2. Selecionar os disjuntores que irão interromper as correntes de curto.
3. Estimar as consequências das correntes de curto sobre cabos, transformadores,
seccionadoras, cabos para-raios, barramentos e outros equipamentos elétricos.
4. Determinar sobretensões em vários pontos do sistema.
5. Permitir o dimensionamento de malhas de terra e de cabos para-raios.
6. Determinar as impedâncias corretas dos transformadores de força.
TIPOS DE CURTO CIRCUITO
CURTO-CIRCUITO TRIFÁSICO OU SIMÉTRICO:
É o tipo que ocorre com menor frequência, nele admite-se que todos os condutores da
rede são solicitados de modo idêntico e conduzem o mesmo valor eficaz da corrente de curto,
e por isso é classificado como curto Simétrico e seu cálculo pode ser efetuado por fase,
considerando apenas o circuito equivalente de sequência positiva ou sequência direta, sendo
indiferente se o curto envolve ou não o condutor neutro (ou terra).
CURTO-CIRCUITO BIFÁSICO SEM CONTATO DE TERRA:
É um curto-circuito assimétrico, isto é, desequilibrado, desse modo as correntes de
curto nos 3 condutores não serão iguais e o cálculo deste tipo de curto é realizado através de
componentes simétricas.
CURTO-CIRCUITO MONOFÁSICO
É um curto-circuito assimétrico, o tipo de falta com maior ocorrência em SEPs.
Tipo
69 kV
138 kV
230 kV
Fase-terra
38,6%
36,7%
47%
Bifásico (Fase-terra)
11,8%
10,0%
8,0%
Bifásico-terra (Fase-fase-terra)
25,5%
12,7%
5,0%
Trifásico
6,3%
2,0%
0,6%
Trifásico-terra
1,1%
0,7%
1,4%
Causa desconhecida
16,7%
37,9%
38%
CAUSAS DOS CURTOS-CIRCUITOS
As causas mais frequentes da ocorrência de curtos-circuitos em sistemas de potência
são:
•
Descargas atmosféricas;
•
Falhas em cadeias de isoladores;
•
Fadiga e/ou envelhecimento de materiais;
•
Ação de vento, neve e similares;
•
Poluição e queimadas;
•
Queda de árvores sobre as linhas aéreas;
•
Inundações e desmoronamentos;
•
Ação de animais em equipamentos do sistema;
•
Manobras incorretas, etc.
CONSIDERAÇÕES
Em sistemas de pequeno porte e em casos nos quais não se exige muita precisão,
podemos desenvolver uma metodologia simplificada, partindo das seguintes considerações:
•
A tensão pré-falta de todos os geradores é igual a 1,0 pu. Sabendo que a tensão dos
geradores de um sistema de potencio pode variar entre 0,95 pu e 1,05 pu, a tensão
mais provável de operação dos geradores é 1,0 pu, onde a tensão-base é a tensão
nominal do gerador.
•
As cargas são desprezíveis durante o curto, pois, sabendo que o sistema é de pequeno
porte (poucas barras), a ocorrência de um curto-circuito desvia das cargas toda a
potência produzida pelos geradores.
•
As capacitâncias em paralelo de linhas de transmissão também são desprezíveis, pelo
mesmo motivo anterior.
A corrente trifásica (ou trifásica-terra) de curto-circuito franco, ou seja, sem impedância
de curto, em uma determinada barra do sistema, pode agora ser determinada reduzindo-se o
sistema a um equivalente Thévenin.
𝑝𝑝𝑝𝑝
𝐼𝐼𝑐𝑐𝑐𝑐3∅ =
𝑉𝑉𝑡𝑡ℎ 1,0
=
𝑍𝑍𝑡𝑡ℎ 𝑍𝑍𝑡𝑡ℎ
Caso o curto se dê através de uma impedância de falta 𝑍𝑍𝑓𝑓 , basta adicioná-la a 𝑍𝑍𝑡𝑡ℎ , ou seja
𝑝𝑝𝑝𝑝
𝐼𝐼𝑐𝑐𝑐𝑐3∅ =
𝑉𝑉𝑡𝑡ℎ
1,0
=
𝑍𝑍𝑡𝑡ℎ + 𝑍𝑍𝑓𝑓 𝑍𝑍𝑡𝑡ℎ + 𝑍𝑍𝑓𝑓
EXEMPLO
Para o sistema da Figura 4.24, calcule a corrente trifásica de curto-circuito na barra
3, em pu e em amperes. Considere que a potência-base é 50 MVA e que a tensão-base na
barra 3 é 69 kV.
Solução: Inicialmente, substituímos os geradores por suas respectivas impedâncias internas,
desprezamos as cargas e isolamos a barra na qual desejamos calcular a falta. O resultado é o
diagrama de reatâncias da Figura abaixo:
A impedância equivalente de Thévenin, vista da barra 3, pode agora ser calculada:
𝑍𝑍𝑡𝑡ℎ = (𝑗𝑗0,10 + 𝑗𝑗0,20 + 𝑗𝑗0,15)//[(𝑗𝑗0,42//𝑗𝑗0,42 + 𝑗𝑗0,10) = 𝑗𝑗0,1836𝑝𝑝𝑝𝑝
A corrente trifásica de curto-circuito na barra 3 será
𝑝𝑝𝑝𝑝
𝐼𝐼𝑐𝑐𝑐𝑐3∅ =
1,0𝑝𝑝𝑝𝑝
1,0𝑝𝑝𝑝𝑝
=
= −𝑗𝑗5,448𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑍𝑍𝑡𝑡ℎ
𝑗𝑗0,1836
Para converter a corrente para amperes, precisamos encontrar a corrente de base
𝐼𝐼𝑏𝑏3 =
Assim
𝑆𝑆𝑏𝑏
�3𝑉𝑉𝑏𝑏3
𝑝𝑝𝑝𝑝
= 50 ×
106
√3 × 69 × 103
= 418,37𝐴𝐴
𝐼𝐼𝑐𝑐𝑐𝑐3∅ = 𝐼𝐼𝑐𝑐𝑐𝑐3∅ × 𝐼𝐼𝑏𝑏3 = −𝑗𝑗5,448 × 418,37 = −𝑗𝑗2279,29𝐴𝐴