MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃOINSTITUTO FEDERAL DO TOCANTINS – CAMPUS PALMAS

COORDENAÇÃO DA ÁREA INDÚSTRIACURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS ELÉTRICOS

DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Banco de capacitores - Religador automático – Regulador de tensão e chave fusível.

Humberto Rodrigues Macedo

Palmas -2013

1 BANCO DE CAPACITORES

1.1 Compensação reativa

Em cargas indutivas existe a necessidade de potência reativa para excitar os ramos de magnetização. Na indústria, a maioria das cargas é indutiva. Em sistemas de potência, também há necessidade da corrente de magnetização. Para minimizar as perdas devido a essa energização, podemos usar compensadores reativos, a fim de fornecer a potência necessária para magnetizar o sistema.

Bancos de capacitores são conjuntos de capacitores, que têm como principal função a compensação reativa capacitiva, compensando o fator de potência, e melhorando alguns aspectos no sistema, como aumentar a tensão nos terminais da carga, reduzir as perdas na transmissão, entre outros. Levam vantagem em relação a outros compensadores, como compensadores estáticos e síncronos, devido a fatores como custo menor, maior facilidade de instalação e manutenção, etc.

Além da compensação reativa, os bancos de capacitores também podem ser ligados em série com o sistema a fim de melhorar o sistema. Seja o equivalente de um sistema conforme Figura 1.1.

Figura 1.1 – Equivalente linha de transmissão ou distribuição

Sabemos que, para duas barras conectadas por uma impedância, a potência é dada por [1]:

(1)

Logo, para termos uma maior transferência de potência, devemos minimizar a impedância entre as linhas. Como essa é constituída principalmente de indutâncias, podemos fazer isso inserindo um banco de capacitores em série.

1.2 Construção

Os bancos de capacitores são formados por um conjunto de unidades capacitivas, chamadas de latas ou células, conforme figura 1.2 Cada célula é formada por um conjunto de capacitores individuais. Estes, por sua vez, são formados por eletrodos de alumínio ou zinco, filme de polipropileno impregnado em óleo. O filme mais usado na atualidade é o polipropileno metalizado, devido à sua capacidade de formar lâminas bastante finas.

Figura 1.2 - Lata ou célula Figura 1.3 - Modelo esquemático de uma célula

A célula também é composta por um resistor interno de descarga, que tem como papel absorver a energia armazenada pelos capacitores, quando esses são desligados e, dessa forma, reduzir a tensão nominal do sistema até 50 volts ou menos, conforme Figura 1.3. Por um tempo de normalmente 5 minutos. Possui resistência elevada, da ordem de Megaohms.

Para fins de proteção das células, unidades capacitivas podem possuir fusíveis internos ou externos, com uma série de vantagens e desvantagens. A tendência nos dias atuais é a utilização de fusíveis internos, devido a fatores como:

- A unidade continua operando mesmo se um capacitor individual for danificado (embora os demais sejam sobrecarregados, o que pode diminuir a vida útil da célula).

- Fusíveis internos são usados de forma a limitar a potência reativa numa unidade capacitiva em paralelo, a fim de evitar explosões.

- Atenuação da instalação de latas com um kVAr menor.

Fusíveis externos apresentam como grande vantagem a fácil visualização de defeito e fácil manutenção (troca dos fusíveis).

Os bancos de capacitores geralmente são ligados em série e em paralelo das unidades (embora se possam usar transformadores para rebaixar a tensão, a prática mais usada é a primeira).

1.3 Dispositivo de segurança

Além dos fusíveis, alguns capacitores possuem um dispositivo interno que interrompe a corrente elétrica em caso de sobrecarga ou sobrepressões internas ao capacitor. Com o aumento de correntes, aumenta-se a temperatura e a pressão no interior do capacitor, provocando sua expansão. Essa expansão interrompe a circulação de corrente no capacitor. O esquema está mostrado na figura 1.4.

Figura 1.4 - expansão da caneca do capacitor

1.4 Ligação de Bancos

Os bancos podem ser ligados em estrela (simples ou dupla, aterrado ou não) ou em triângulo (simples ou dupla) figuras 1.5 e 1.6.

Figura 1.5 - Estrela aterrada Estrela Isolada Triângulo

Figura 1.6 - Dupla estrela aterrada Duplo triângulo

Os bancos em triângulo são empregados, por razões econômicas, a tensões iguais ou inferiores a 2400 v. Além disso, funcionam como um filtro natural do terceiro harmônico (já que essas correntes harmônicas circulam entre o delta, anulando-se entre si), além de um banco em delta funcionar normalmente caso uma das células seja eliminada. Para tensões maiores, deve ser usar ligação em estrela, pode ser aterrada ou não, onde cada uma apresenta uma série de vantagens e desvantagens, conforme pode ser vista na tabela 1.1.

Tabela 1.1 – Vantagens e desvantagens entre ligaçõesLigação

Estrela aterrada Estrela isolada Vantagens 1. Autoprotegidos contra surtos

atmosféricos (não há necessidade de para-raios adicionais)2. Podem ser usados como filtro de harmônicos (caminho de escoamento de baixa impedância para correntes de altas frequências)3. TTR nos disjuntores e fusíveis relativamente baixa

1. Não provocam interferências nos circuitos de comunicação2. Não há tanta preocupação com a proteção nos secundários do TC

Desvantagens 1. Aumenta a interferência em circuitos de comunicação, devido às correntes de alta frequência para a terra.

1. Dificuldade para o isolamento do neutro em tensões acima de 15KV.

2. Queimas de fusíveis, sistemas de proteção e danificação das latas devido às altas correntes harmônicas.3. Obrigatória à instalação de reatores em série e/ou limitadores de tensão nos secundários dos TCs, a fim de diminuir o produto módulo x frequência de descargas dos bancos para curtos-circuitos.

2. Encarecimento do disjuntor ou seccionador devido à TTR nos equipamentos de manobra do banco

Em linhas de distribuição e transmissão, geralmente é preferida a ligação em estrela aterrada.

1.4 Fenômenos transitórios

Os bancos de capacitores podem ter sua vida útil e funcionalidade diminuída, quando submetidos a certos fenômenos transitórios.

A figura 1.7 mostra a corrente quando ocorre a energização de um banco de capacitores. Nesse fenômeno, a corrente transitória é de cerca de 20 vezes a corrente nominal.

Figura 1.7 – Corrente de energização do banco de capacitores

Figura 1.8 – Tensão no banco de capacitores durante a energização

A tensão de um banco de capacitores durante a energização é ilustrada na figura 1.8. Vemos uma sobretensão de, aproximadamente 1,8 p.u.

A figura 1.9 mostra a corrente num banco de capacitores de 162,5 MVAR, 345KV, quando ocorre um curto-circuito próximo a ele.

Figura 1.9 – Corrente no banco de capacitores após curto circuito próximo ao banco de capacitores

1.5 Componentes harmônicas

Constituem geradores de harmônicos num sistema de potência: transformadores, retificadores, etc. Os harmônicos devem ser evitados, já que em altas frequências a corrente que circula nos capacitores aumenta devido à baixa impedância. Para evitar os harmônicos, devem-se desligar os bancos de capacitores quando não for necessário (diminuindo, assim, as sobretensões no sistema), distribuir os bancos ao longo do sistema (evitando o acúmulo de reativos num ponto só), além de utilizar filtros.

Devido aos efeitos dos harmônicos, é comum para o cálculo da corrente nominal dos equipamentos do vão do banco de capacitores usarem o fator de 1,25 e 1,35 vezes a corrente nominal. Para os bancos não aterrados e aterrados, respectivamente.

1.6 Proteção de bancos de capacitores

Surtos de tensão: usam-se resistores de pré-inserção e para-raios de óxido de zinco.

Sobrecorrentes: fusíveis, ordenação adequada dos capacitores em ligação série/paralelo, utilização de resistores de pré-inserção do disjuntor de manobra do banco.

Sobretensões permanentes nos capacitores: inspeções periódicas nos fusíveis (em caso de fusíveis externos), sensores de desbalanço de neutro, relés diferenciais de tensão para bancos com estrela aterrada.

Figura 1.10 - Alguns esquemas de proteção para bancos ligados em estrela aterrada

1.7 Análise quantitativa de capacitores em sistemas de potência

Potência: A potência de um capacitor trifásico pode ser calculada por [2]:

(2)

Onde são as capacitâncias monofásicas medidas, f é a frequência, é a tensão nominal e Q a potência em kVAr. A potência varia com a temperatura conforme figura 1.11.

Figura 1.11 – curva potência e temperatura

Perdas no dielétrico: As perdas no dielétrico são em função da temperatura. Conforme demonstra a figura 1.12 .

Figura 1.12 – Temperatura e perdas no dielétrico

Essa característica também é função do óleo isolante; óleos mais modernos tendem a apresentar menos perdas.

1.9 Sobretensões e vida útil

A vida útil de um capacitor é função principalmente da tensão aplicada nele. A figura 13 mostra a curva vida útil x tensão aplicada, para um capacitor tipo Polivar, 200kvar, 4140/4360 v.

Figura 13 – curva vida útil e tensão aplicada para o capacitor tipo polivar, 200kvar, 4149/4360 v.

A tabela 1.2 permite visualizar as tensões máximas permitidas em função do tempo aplicado para garantir a durabilidade de um capacitor.

Tabela 1.2 – tensões máximas em função do tempo para manter a durabilidade do capacitor.Duração da sobretensão Tensão máxima permissível (p.u)0,5 ciclo 3,001 ciclo 2,706 ciclos 2,2015 ciclos 2,001s 1,7015s 1,401min 1,305min 1,2030min 1,15

No caso de transitórios, as tensões e correntes máximas aplicáveis seguem conforme tabela 1.3.

Tabela 1.3 – Transitórios e os valores de tensões e correntes máximas. Número provável de transitórios/ano Valor do pico de tensão (p.u)4 5,040 4,0400 3,44000 2,9

Número provável de transitórios/ano Valor do pico de corrente (p.u)4 1500

40 1150400 8004000 400

Os capacitores podem sofrer uma sobrecarga de até 135% da potência nominal (incluindo sobretensões entre 100 e 110%, correntes harmônicas e tolerâncias de fabricação). Também devem operar na sua classe de temperatura (especificada no capacitor, as temperaturas máxima e mínima).

1.10 Especificação e Dimensionamento de Banco de Capacitores

1 Unidades Capacitivas1. Tensão nominal e níveis de isolamento;2. Tensão máxima, suportáveis pelos capacitores sem perda acelerada de vida;3. Potência reativa à tensão nominal;4. Perdas dielétricas máximas.

Banco de capacitores1. Tensão nominal e níveis de isolamento;2. Potência reativa trifásica à tensão nominal do sistema;3. Esquema de ligação;4. Número de Grupo de Capacitores em série/fase;5. Número de capacitores em paralelo em cada grupo série;6. Corrente de descarga do Banco de Capacitores para curto-circuito próximo a

este( módulo, frequência e amortecimento);7. Tensão e corrente transitória de Energização mais Desfavorável com o número provável

de Energizações por dia - módulo - frequência e amortecimento;8. Uso Interno ou Externo.

São usados os seguintes critérios para dimensionar bancos de capacitores:

1. A capacidade nominal das unidades capacitivas deverá ser preferencialmente, a de maior potência e tensão, objetivando, assim, um menor custo unitário de kVAr;

2. A potência total deve ser de 95 a 105% do valor determinado nos estudos de planejamento;

3. A tensão do banco não deve ser a nominal do sistema, mas igual ou ligeiramente superior à máxima tensão prevista;

4. A sobretensão num grupo de capacitores, caso haja falha em uma célula, não deverá ser superior a 10%.

Para se dimensionar o banco de capacitores a ser usado, é preciso chegar a um consenso e buscar a forma mais econômica. Essa análise pode ser um pouco tediosa, e existem tabelas para facilitar o dimensionamento dos bancos de capacitores.

1.11 Ensaios

Segundo a ABNT, os ensaios feitos nos capacitores deverão ser os seguintes:

Ensaios de rotina

1 Medição da Capacitância e Potência a 20ºC;2 Medição das perdas a 20ºC;3 Ensaios de Tensão Aplicada;

4 Unidades Capacitoras;5 Entre terminais;6 Entre terminais e caixa,

Bancos de capacitores Ensaio de vazamento Ensaio do dispositivo de descarga Ensaio de Tipo

1. Ensaio de estabilidade térmica;2. Ensaio de tensão aplicada;3. Ensaio de Impulso;4. Ensaio de Descarga;5. Ensaio de Tensão Residual;6. Ensaio de Ionização;7. Ensaios de Rádio-Ruído;8. Ensaio de regeneração (para capacitores auto regenerativos);9. Ensaio de Rigidez Dielétrica.

1.12 Manobra de Bancos de Capacitores

Os bancos de capacitores de alta tensão podem provocar no sistema fenômenos de sobrecorrente e sobretensão, que podem danificar tanto as próprias unidades quanto outros equipamentos ligados ao sistema.

Os equipamentos mais indicados para a operação de bancos de capacitores são:

Disjuntores a SF6 – O gás no seu interior praticamente não permite a reignição do arco. Caso isso eventualmente venha a ocorrer, o gás tem a capacidade de absorver a energia gerada pelo arco, não permitindo danos ao equipamento;

Disjuntores a vácuo - São capazes de interromper correntes capacitivas independente do seu valor;

Disjuntores a óleo – Deve ser inserido temporariamente um resistor série em cada pólo do disjuntor, a fim de restringir a reignição do arco;

Chaves a óleo – Também deve ser inserido junto a um resistor. Não deve operar na condição de curto-circuito.

Por fim, Bancos de capacitores são ferramentas eficientes e econômicas para compensação reativa, além da possibilidade de inserção em série. São essenciais tanto na Indústria, para correção de fator de potência, e também em linhas de distribuição e transmissão. A possibilidade de vários tipos de ligação de bancos de capacitores torna-os versáteis, dependendo da necessidade do sistema.

2 CHAVE FUSIVEL

A chave fusível é um equipamento cuja função é proteger os circuitos primários contra sobrecorrentes originadas por sobrecargas, curtos-circuitos, dentre outros. É utilizada nas redes aéreas de distribuição urbana e rural, bem como em pequenas subestações sejam elas do consumidor ou de concessionária de energia elétrica. Como o próprio nome indica, um elemento fusível integra o equipamento e é o principal responsável pelas características básicas do seu princípio de funcionamento.

Figura 2.1 Figura 2.2

Também denominada de corta circuito, a chave fusível, tal como, todo dispositivo de proteção, poderá ser solicitado a operar em condições de defeito, neste caso é essencial que o equipamento opere rapidamente e que sua capacidade de interrupção de corrente de defeito seja compatível com o sistema onde está instalado.

São fabricadas para diversos níveis de tensões e correntes nos mais variados modelos, como por exemplo, as apresentadas nas figuras 2.1 e 2.2.

2.1 Partes componentesA chave fusível se compõe das seguintes partes:

Isolador; Gancho para abertura em carga; Articulação; Cartucho ou porta-fusível; Terminal superior.

A seguir são apresentadas as características mecânicas destas partes.

2.2 IsoladorNormalmente os isoladores das chaves fusíveis são de porcelana vitrificada. Dependendo das

suas características a chave pode ter seu isolamento caracterizado por um isolador de corpo único ou dois isoladores constituindo-se no isolamento do tipo pedestal.

Isolador de corpo único: Estes tipos de isoladores geralmente são empregados nas chaves fusíveis que irão integrar a proteção dos sistemas de distribuição cujas intensidades de correntes nominais não sejam superiores a 200 A. A figura 2.3 mostra os detalhes construtivos.

Tendo em vista as solicitações eletromecânicas que são impostas ao equipamento durante as operações abertura e fechamento, o seu isolador dever possuir uma resistência mecânica capaz de suportar o impacto mecânico decorrente destas operações sejam em condições normais ou de defeito no sistema elétrico a proteger.

Figura 2.3

Isolamento do tipo pedestal: Constituído por dois isoladores apoiados sobre uma base metálica de fixação do corpo da chave a estrutura da rede de distribuição ou subestação - figura 2.4.

Figura 2.4 – Chave fusível de distribuição e de subestação tipo pedestal

2.3 Gancho para abertura em carga

Considerando que as chaves fusíveis não possuem mecanismos de extinção do arco elétrico para operação por intervenção humana, estas não devem ser operadas em carga. Por outro lado, utilizando-se a ferramenta loadbuster, pode-se operar a chave fusível com o circuito em plena carga, desde que sejam respeitados os limites da ferramenta mencionada. A operação de chaves fusíveis sem o uso emprego da ferramenta loadbuster só é tolerável quando a mesma está apenas submetida à tensão, o que é feito normalmente pelas concessionárias.

O loadbuster é uma ferramenta concebida para ser acoplada aos terminais de chaves cuja concepção de operação não é para abertura em carga. Tomando-se como base a abertura de uma chave fusível, descreveremos a seguir o seu princípio de funcionamento.

Ao acoplar o loadbuster a chave fusível a corrente elétrica divide-se entre a ferramenta e a própria chave.

Ao realizar o primeiro movimento da alavanca da ferramenta loadbuster com a vara de manobra, abre-se a chave fusível, sem, no entanto, desconectar os contatos internos do loadbuster, permitindo que toda a corrente da fase correspondente circule apenas por ele.

Num segundo movimento da vara de manobra, os contatos internos do loadbuster são abertos no interior da câmara de extinção de arco elétrico, normalmente cheia de Hexafluoreto de Carbono (CF6) ou outro meio extintor, completando assim, a operação da chave fusível, com o circuito em carga.

2.4 Articulação

As chaves fusíveis são dotadas de um sistema de articulações que exerce uma função fundamental na operação da chave fusível. Ao se engatar o cartucho ou porta-fusível na articulação, o elo fusível que está fixado à extremidade superior do cartucho permite que o sistema de mola existente na articulação pressione o mesmo para cima. Quando se fecha a chave, a parte superior do cartucho penetra na extremidade superior da chave fusível com determinada pressão provocando o seu engate. O detalhe Nº 1 da figura 2.3 corresponde à articulação em estudo.

Ao ser submetida a presença de uma sobrecorrente o elo fusível aquece e rompe protegendo o sistema elétrico. Uma vez rompido o elo, o sistema de mola da articulação relaxa a pressão exercida para cima fazendo com que seja perdida a pressão de conexão entre a parte superior do cartucho e chave fusível. A perda da pressão superior associada à pressão exercida pelos gases liberados no interior do cartucho durante o rompimento do elo provoca a sua abertura e o seu deslocamento descendente.

As principais partes da articulação são:

a) Limitador de recuo: Tem a função de manter o cartucho unido diretamente ao corpo da chave, transmitindo os esforços de recuo às braçadeiras onde serão absorvidos.

b) Limitador de abertura de 180º: É destinado a não permitir que o cartucho atinja a estrutura adjacente inferior durante a sua abertura.

c) Batentes dos contatos: Têm a função de proteger os contatos contra danos por impactos e contra deformações permanentes.

d) Amortecedor: Tem a função de suavizar o impacto da operação de abertura do cartucho. Durante a abertura, o cartucho realiza seu deslocamento descendente até cerca de 70º de sua trajetória sem obstáculos. A partir deste ponto, o cartucho entra em contato direto com o amortecedor que atenua o impacto resultante.

2.5 Cartucho ou porta-fusível

Consiste de um tubo de fibra de vidro ou fenolite revestido internamente. O revestimento interno além de proporcionar maior resistência ao tubo é a principal substância geradora dos gases destinados à extinção do arco elétrico durante o processo de interrupção da corrente. Quando a chave fusível opera em serviço, as altas temperaturas do arco elétrico provocam um pequeno desgaste no revestimento interno do tubo, porém suas características eletromecânicas permanecem inalteradas durante muitas operações.

Há dois tipos de cartucho, a saber:

Tipo 1 – cartucho com expulsão dos gases por uma única extremidade.

Tipo 2 – cartucho com expulsão dos gases pelas duas extremidades.

2.6 Terminal superior

É constituído de:

1. Tranca do contato e tem as seguintes funções:

a) Impedir a abertura acidental da chave;

b) Permitir a abertura controlada da chave;

c) Evitar a queima dos contatos principais durante uma interrupção normal;

d) Reduzir a queima dos contatos principais quando a chave é fechada em condições de curto-circuito;

2. Guarda do contato

Sua função é guiar o cartucho durante o fechamento da chave, bem como proteger os contatos principais contra avarias durante o manuseio e operação da mesma.

3. Contatos principais

Geralmente são de liga de cobre com elevada resistência aos efeitos térmicos da corrente de curto-circuito. Seu desenho é concebido para permitir sua autolimpeza durante as operações de abertura e fechamento da chave garantindo a manutenção da baixa resistência de contato e, consequentemente a ausência de pontos quentes na rede associados a quedas de tensão e desgaste precoce da chave fusível.

Obs.: como a tecnologia empregada na fabricação das chaves fusíveis varia de fabricante para fabricante, algumas delas não possuem todos os componentes anteriormente citados, entretanto em todos os casos são respeitadas as especificações previstas em norma.

2.7 Características elétricas

As chaves fusíveis são caracterizadas por:

a) Sua tensão nominal;

b) Intensidade de corrente nominal;

c) Capacidade de ruptura em quilo ampères (KA).

2.8 Elos fusíveis

O fusível é um dispositivo de proteção que tem a função de interromper a corrente de um circuito quando a mesma excede determinados valores. O intervalo de tempo para sua abertura é inversamente proporcional à intensidade da referida corrente.

O elo fusível é composto de um elemento fusível central e dois fios de aquecimento em série. O elemento fusível tem a finalidade de romper-se com uma pequena sobrecorrente, desde que sua permanência seja prolongada, figura 2.5 demonstra um elo fusível.

Figura 2.5 – Elo fusível

Não é permitido o emprego de materiais ferrosos nas partes condutoras de corrente do elo fusível, bem como cromar, cadmiar ou niquelar. Os materiais empregados devem ser àqueles cujas características físico-químicas não sejam alteradas do modo permanente com o tempo, pelo ambiente ou pela corrente normal de operação do circuito. Um material apropriado e que obedece a estas características é uma liga de estanho com ponto de fusão em torno de 230º C. Por outro lado, o chumbo que é largamente empregado como fusível em baixa tensão, não deve ser utilizado como elo fusível, devido a não possuir a necessária dureza para evitar deformações permanentes.

2.9 Características mecânicas

Os elos fusíveis até 100 A devem ter o elemento fusível protegido por um tubo de material isolante, geralmente fenolite, para evitar que o arco destrua o cartucho da chave fusível.

Existem dois tipos diferentes de elos fusíveis, cada um com sua aplicação específica.

a) Elo fusível de botão: Recebem esta denominação por possuírem em sua extremidade superior um cabeçote metálico que deve ser preso na parte superior do cartucho da chave fusível, e no outro um cabo flexível que dá ao conjunto um comprimento aproximado de 50 cm conforme mostra a figura 2.6.

b) Elo fusível de argola ou olhal: Recebem esta denominação por possuírem uma argola em cada uma de suas extremidades. São normalmente utilizados em redes rurais na proteção de pequenos transformadores, principalmente nos do sistema MRT (monofilar com retorno pela terra), conforme mostra a figura 2.6.

c) Elemento fusível : É o principal elemento do elo fusível e constituído de uma liga de estanho.

d) Tubo protetor: É constituído de material isolante e tem a função de proteger o elemento fusível. No caso do fusível tipo argola, o tubo protetor deve possuir adicionalmente propriedades que auxiliem a extinção do arco elétrico tendo em vista que sua utilização não prevê o uso do cartucho.

Figura 2.6 – Chave fusivel com elo tipo olhal e argol

2.10 Rabicho

É composto por um conjunto de condutores estanhados de pequeno diâmetro que lhe confere alta flexibilidade para não interferir no funcionamento da chave fusível. O diâmetro do rabicho é função da corrente nominal do elo fusível:

para fusíveis de 1 a 50 A – 4 mm; para fusíveis de 65 a 100 A – 6,5 mm; para fusíveis de 140 a 200 A – 9,5 mm.

Os elos fusíveis são construídos de forma a permitir um perfeito intercâmbio entre os diversos cartuchos e devem ser capazes de suportar um esforço mínimo de 10 daN durante 2 segundos quando ensaiados à temperatura ambiente, sem prejuízo das suas propriedades mecânicas e elétricas de quaisquer partes. Pode ser empregado um fio de reforço em paralelo ao elemento fusível para aliviar os esforços mecânicos decorrentes de sua utilização.

2.10.1 Características elétricas

Os elos fusíveis se caracterizam pela relação corrente x tempo de atuação que permitem sua classificação em três tipos, a saber: tipo H, tipo K e tipo T.

Elo fusível tipo H: São considerados elos fusíveis de alto surto, isto é, possuem a característica de ter uma ação lenta para altas correntes. São empregados na proteção dos circuitos primários em intensidades de correntes nominais de até 5 ampères.

Elo fusível tipo K: Diferentemente do tipo H, os elos do tipo K, compostos de um elemento fusível central e dois fios de aquecimento em série, são rápidos, tendo relação de rapidez variando entre 6 segundos para elo fusível de 6 ampères e 8,1 para elo fusível de 200 ampères.

Elo fusível tipo T: São fusíveis de atuação lenta e empregados principalmente na proteção de circuitos primários de redes aéreas de distribuição. Estes elos fusíveis são pouco empregados no Brasil.

2 REGULADOR DE TENSÃO

O regulador de média tensão é um equipamento instalado em redes de distribuição e subestações que tem por finalidade a manutenção da tensão de saída de um circuito elétrico, mantendo-a constante independente da tensão de entrada.

A aplicação de reguladores de tensão nos sistemas de distribuição de energia elétrica de média tensão teve início na década de 1940. Nos países desenvolvidos, principalmente nos Estados Unidos, em função da sua grande extensão territorial, onde os centros de consumo estão espalhados por vastas áreas, distantes dos pontos de geração e aliado a isso o aparecimento de grande quantidade de novos aparelhos eletro-eletrônicos sensíveis a oscilações de tensão, fez aumentarem as reclamações dos consumidores, que passaram a exigir boa qualidade na distribuição de energia elétrica. Por conta disso, hoje se encontram instalados em vários pontos daquele país, dezenas de milhares de reguladores, fornecendo aos pontos de consumo uma regulação de tensão adequada e conferindo qualidade ao fornecimento de energia.

3.1 Vantagens

Os reguladores de tensão trazem basicamente 3 conseqüências benéficas:

Satisfação do consumidor; Redução das perdas na distribuição; Aumento do faturamento das concessionárias de energia elétrica

3.2 Principio de funcionamento

O princípio de funcionamento do regulador de tensão é similar ao de um autotransformador, ou seja, existe além do acoplamento magnético entre o primário e o secundário um acoplamento elétrico. Existem 2 possibilidades de funcionamento: elevador ou abaixador (Figura 3.1).

Figura 3.1 – Regulador elevador e rebaixador respectivamente

Adicionando taps a bobina "C" como mostra a Figura 3.2, passamos a ter degraus de tensão. Utiliza-se um reator para que não exista interrupção do circuito enquanto existe transição entre os taps.

Figura 3.2 - Regulador de Tensão – Abaixador com tap central

O enrolamento 1, chamado de enrolamento de excitação (enrolamento B), induz uma tensão no enrolamento 2 (enrolamento C), também conhecido por enrolamento de taps ou regulação. Na figura 3.3, o TP4 (transformador de potencial) instalado do lado da carga, envia um sinal para o controle regulador de tensão que posiciona os terminais A e B do reator 3 na posição adequada para manter a tensão na carga constante. A chave inversora de polaridade determinará se o regulador elevará ou diminuirá a tensão, sendo que o seu controle é feito pelo controle regulador. O TC5 (transformador de corrente) instalado do lado da carga enviará ao controle regulador um sinal de carregamento da linha, possibilitando a compensação de quedas de tensão que ocorram no sistema.

Figura 3.3 - Regulador de Tensão - Abaixador.

3.3 Tipos de comandos

Cada modelo de regulador de tensão possui suas particularidades, porém operam basicamente sempre da mesma forma. O modelos mais antigos utilizavam interface com botoeiras e ajustes eletromecânicos mais robustos. Atualmente utilizam-se controles eletrônicos de comando de funções e que possibilitam descarregar ajustes diretamente através de interfaces seriais.

Além disso existem os chamados comandos individuais, onde cada tanque opera de modo singular e os comandos únicos, no qual um dos tanques é o "tanque mestre" e os outros comutam em conjunto como escravos. O comando único é utilizado quando o carregamento de uma ou duas fases são muito divergentes entre si.

3.4 Tipos de ligações

Os reguladores de tensão para média e alta tensão possuem 3 buchas, denominadas:

"S" ou "F" - bucha de entrada (fonte) ; "L" ou "C" - bucha de saída (carga) ; "S-L" ou "F-C" - bucha comum (comum, normalmente aterrada).

Existem 3 tipos de ligações utilizadas para os Bancos de Reguladores de Tensão (BRT's). São elas:

3.4.1 Ligação Estrela

Figura 3.4 - Ligação de um BRT em Estrela.

3.4.2 Ligação Delta Fechado

Figura 3.5 - Ligação de um BRT em Delta Fechado.

3.4.3 Ligação Delta Aberto

Figura 3.6 – Ligação delta aberto

4 RELIGADORES AUTOMATICOS

Basicamente, um religador é constituído por um mecanismo automático projetado para abrir e fechar circuitos em carga ou em curto-circuito, comandado por relés de sobrecorrente de ação indireta (alimentados por TCs, geralmente de bucha), que realizam as funções 50 e 51, e por um relé de religamento (função 79).

Atualmente, os dispositivos sensores e de controle de um religador são microprocessadores dedicados que realizam as funções 50, 51 e 79 e muito mais. São os chamados religadores microprocessados ou numéricos de multifunção. Para extinguir os arcos elétricos inerentes às operações de chaveamento de circuitos em carga ou curto-circuito, os religadores usam mecanismos e meios de interrupção similares aos disjuntores. Os meios de interrupção mais comuns são: óleo isolante; câmara de vácuo; gás (SF6). Na atualidade, este último é o mais empregado.

O religador ao sentir uma condição de sobrecorrente, interrompe o circuito, religando-o automaticamente, após um tempo predeterminado. Se perceber, no momento do religamento, que o defeito ainda persiste, repete a sequencia “disparo x religamento”, até três vezes consecutivas. Após o quarto disparo, o mecanismo de religamento é travado, deixando aberto o circuito.

A repetição da sequência “disparo x religamento”, permite que o religador teste repetidamente se o defeito desapareceu, possibilitando diferenciar um defeito transitório de um permanente. Geralmente, um regador é projetado para realizar, no máximo, 3 religamentos seguidos por 4 disparos, entretanto, permite ajuste para trabalhar com 1, 2 ou 3, sendo que, após o último previamente ajustado, permanece aberto, até que seja fechado pela ação do operador. Os disparos podem ser rápidos (ou instantâneos) e lentos (ou temporizados).

Para melhor entendimento da operação, considere-se um religador instalado na saída de num alimentador (Fig. 4.1) e ajustado para desenvolver quatro disparos, dois rápidos (ou instantâneos), seguidos por dois lentos (ou temporizados), conforme a sequência representada na Fig. 4.2.

Figura 4.1 – Religador instalado na saída do alimentador da subestação

Figura 4.2 – Sequência de operação do religador

Se a falta for permanente, o religador desenvolverá a sequência completa, isto é, realizará 3 religamentos e 4 disparos. Após o quarto disparo, permanecerá aberto até receber o comando de fechamento, local ou remotamente.

Se a falta desaparecer antes do último desligamento, o religador não bloqueará o circuito e, dentro de certo intervalo de tempo (tempo de rearme ou de reset ou de restabelecimento), da ordem de segundos, rearmará ou restabelecerá, ficando preparado para realizar novamente a sequência que está ajustada. Na maioria dos religadores. Este tempo é ajustado previamente.

4.1 Aplicação e especificação

A aplicação básica de religadores é na proteção de alimentadores primários de distribuição. São instalados geralmente na saída de alimentador da subestação; em ponto do tronco que, por razões técnicas, se faz necessário diminuir a zona de proteção do equipamento a montante; em derivações longas e carregadas; em circuitos que passam por áreas muito arborizadas e/ou sujeitas a grande intensidade de descargas atmosféricas (índice ceraúnico elevado).

Para se especificar corretamente um religador, os seguintes pontos devem ser observados:

• Tensão nominal: Igual ou superior à tensão máxima entre fases (tensão composta ou de linha) do circuito no qual vai ser ligado;

• Corrente nominal: Deverá ser maior do que a corrente de carga máxima do circuito multiplicada pelo fator de crescimento ou de transferência de carga (corrente de operação do sistema);

• Capacidade de interrupção: Igual ou maior do que a corrente de curto-circuito máxima, valor assimétrico, no ponto de instalação;

• NBI: Compatível com a classe de tensão do circuito que vai ser ligado.

• Correntes e curvas de atuação ajustáveis (ajustes): Devem permitir coordenação e/ou seletividade com outros equipamentos de proteção a montante e a jusante.

4.2 Sequências e curvas de operação

Os religadores possuem um sistema de controle que permite que sejam operados com temporização dupla, ou seja, pode-se escolher uma sequência de operação tal que efetuem disparos rápidos e lentos, conforme os ajustes previamente definidos. De acordo com a operação mais conveniente do sistema elétrico, escolhe-se esta sequência, podendo ser todos os disparos rápidos, ou todos lentos ou uma combinação. O mais comum é ajusta-la para disparos rápidos seguidos por lentos. Os disparos rápidos são desenvolvidos por unidades instantâneas (50) ou por unidades de tempo dependente (51), com curvas características rápidas (curvas baixas) dos tipos inversas ou

definidas. Já os disparos lentos são conseguidos através de unidades de tempo dependente (51), com curvas características lentas (curvas altas), também inversas ou definidas.

Figura 4.3 – Sequencia de operação: duas rápidas e uma retardada

4.3 Curvas características do religador

Figura 4.4 – curva de tempo dependente

A maioria dos religadores permitem ajustes de disparos segundo curvas de tempos dependentes e/ou de tempos definidos (Fig. 4.5).

Figura 4.5 – Curvas de tempo dependente e definido

BIBLIOGRAFIA

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