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ANLISE DE PROTEO DE REDES AREAS DE DISTRIBUIO,
NO SISTEMA CELG NA CIDADE DE JATA-GO.
Brbara M. Carvalho [email protected] Instituto
Federal de Gois
Rua C, quadra 13, lote 20, Bairro Cohacol 1
75805-504 Jata Gois
Brunlia S. Cruz [email protected] Instituto Federal de
Gois
Rua 6E, quadra 29, lote 26, Conjunto Rio Claro 3
75804-245 Jata Gois
Dori R. Souza [email protected] Instituto Federal de
Gois/Departamento de indstria
Rua C, quadra 13, lote 20, Bairro Cohacol 1
75805-504 Jata Gois
Resumo: A pesquisa um projeto PIBIC em andamento onde voltada
para a anlise da
proteo nas redes de distribuio de energia eltrica na cidade de
Jata - GO. Sendo o foco
principal desta pesquisa, o estudo da coleta de dados feita na
concessionria de energia
CELG D (Celg distribuio S.A), para verificar se existe uma
coordenao entre os elos
fusveis. Aps analisado os dados tericos obtidos pela coleta de
dados, fazer comparaes
dos dados obtidos com os dados reais, percebendo se as chaves
fusveis esto em correto
funcionamento e exercendo a proteo das redes. Obtendo assim
possveis solues para
defeitos que surgirem.
Palavras-chave: Proteo, Distribuio, Energia, Coordenao.
1. INTRODUO
A presente pesquisa aborda um assunto bastante interessante e
importante para a
engenharia eltrica, o estudo das protees de redes areas de
distribuio.
O objetivo desta pesquisa dar oportunidade para fixao da
aprendizagem obtida na
instituio sobre este tema, que ao mesmo tempo envolve vrias reas
da engenharia eltrica
aprendidas no decorrer do curso em questo. Mas tambm
principalmente compreender se
as faltas de energias na cidade de Jata - Go tem alguma relao
com a proteo nela
existente. Para assim perceber se existe uma estruturada proteo
instalada atravs de uma
coleta de dados destas protees existentes, comparando com uma
proteo redimensionada,
para solucionar os possveis erros encontrados.
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O artigo foi estruturado da melhor forma para o entendimento,
sendo subdividido em
tpico essencial. Incialmente ser abordado dado tericos
imprescindvel para o entendimento
deste trabalho, contando com conceitos e compreenses a respeito
dos tipos de protees
usadas nas redes areas de distribuio, aprofundado mais nas
chaves fusveis que sero as
mais utilizadas e vista no decorrer do artigo.
Logo aps ser abordado sobre a necessidade do estudo das protees,
explicando
assim o interesse dos pesquisadores em estudar este tema.
Passado a parte terica iniciar a
parte prtica onde ser mostrado o tipo de metodologia utilizado,
bem como a explicao do
processo de coleta dos dados do respectivo alimentador a ser
estudado.
Terminando assim com o redimensionamento das chaves fusveis e a
anlise que ainda
no foram finalizadas, pois se trata de um projeto PIBIC ainda em
andamento. Mesmo no
finalizado, traz-se a final deste artigo algumas concluses j
feitas e a espera do resultado ao
trmino deste projeto em questo.
2. PROTEES DE REDES AREAS DE DISTRIBUIO
2.1. Tipo de protees nas redes areas de distribuio
Segundo Mamede filho e Mamede (2011), para que haja um projeto
de proteo do
sistema de distribuio, alguns critrios devem ser seguidos.
a) No primrio dos transformadores de distribuio: Utilizar chaves
fusveis. b) No inicio de ramais:
Equipamento indispensvel: chaves fusveis
Equipamentos alternativos em funo da importncia da carga:
religador ou seccionador.
c) No percurso dos alimentadores longos: quando a proteo de
retaguarda no for capaz de ser sensibilizada pela corrente de
defeito a partir de um
determinado ponto do alimentador, deve ser instalado um
equipamento de proteo
que pode ser chave fusvel, religador e seccionador.
d) Aps uma carga considerada de importncia quanto a
continuidade: pode-se utilizar chave fusvel, religador ou
seccionador.
e) Em ramais cujo os consumidores de mdia tenso a eles
conectados so protegidos por disjuntores sem proteo contra defeitos
monopolares a terra, como
no caso de reles de ao direta: deve-se utilizar religadores ou
seccionadores,
evitando o emprego de fusveis.
f) No utilizar mais do que dois fusveis em serie nos
alimentadores longos; A partir da usar seccionador.
g) No utilizar qualquer equipamento de proteo ao longo do
alimentador tronco que permita manobra com outro alimentador, afim
de evitar as seguintes
falhas:
Funcionamento inadequado do fusvel j instalado e perda de
coordenao com a nova configurao.
Alimentao invertida nos seccionadores, impossibilitando seu
funcionamento.
Alimentao invertida dos religadores e perda de seletividade com
a nova configurao. No entanto, atualmente j existem religadores
capazes de serem
alimentados por ambos os terminais sem nenhum prejuzo a sua
operao.
(MAMEDE FILHO. ,Joo. MAMEDE., Daniel Ribeiro. Proteo de
sistemas
eltricos de potncia. Editora LTC, RJ, p. 394, 2011).
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Mediante isso, percebemos os principais critrios bsicos para
alocamento dessas
protees. Existem inmeros critrios a mais para a utilizao destes
dispositivos de proteo.
Mas com estes j comeamos a ter ideia de como utiliza-los.
Vimos ento que as protees comumente utilizadas para proteo de
circuitos de
distribuio so: Chave fusvel, Religador, Seccionador e Disjuntor.
Para facilitar o
entendimento, discorreremos sobre cada um deles rapidamente,
sendo deixadas para o
prximo tpico as chaves fusveis que mais utilizamos para esta
pesquisa.
Religadores so equipamentos que fazem a interrupo automtica,
exercendo a
funo de abrir e fechar repetidas vezes os contatos caso ocorra
uma falha no circuito. Este
tipo de funo permite eliminar os defeitos transitrios, e por
este motivo esses equipamentos
so amplamente utilizados em redes rurais, onde os efeitos
transitrios so os mais comuns de
falhas, diminuindo assim a necessidade de equipes de manuteno a
todo o momento neste
tipo de rea.
Os Seccionadores so considerados dispositivos de interrupo
automtica que tem
acoplado um equipamento para religamento automtico, os
seccionadores atuam abrindo seus
contatos quando o circuito aberto por um equipamento de
proteo.
Os disjuntores so associados muitas vezes aos rels de sobre
corrente, exemplificando
isto, temos que todo alimentador de distribuio deve ser
protegido na sada da subestao e
esta proteo feita por meio dos dispositivos j citado.
Disjuntor - o dispositivo destinado a fechar ou interromper um
circuito de
corrente alternada sob condies normais, anormais ou de emergncia
(ASA52).
Rel temporizado de sobrecorrente - o dispositivo com
caractersticas de tempo
definido ou inverso e que atua quando a corrente em um circuito
de corrente
alternada excede a um valor prefixado. (CARDOSO JR., Ghendy.
Chave fusvel e
elo fusvel. S/E, UFSM, DESP, p. 68 e 69, S/D).
Com esta ltima citao, terminados a abordagem sobre os principais
dispositivos de
proteo utilizados nos circuitos alimentadores de distribuio.
Chave fusvel
Entendemos que a chave fusvel, que tambm pode ser conhecida como
corta circuito,
um equipamento bastante utilizado como dispositivo de proteo em
redes areas de
distribuio urbanas e rurais. Sendo este o mais utilizado por
apresentar preos reduzidos em
relao a outros equipamentos, e contendo um bom desempenho. O
objetivo da instalao de
chaves fusveis em redes de distribuio, que estas permitem
sozinhas as aberturas em
carga. Sua estrutura consiste em um porta-fusvel, tambm chamado
de cartucho, e mais
partes para abrigar o elo fusvel, sendo este o elemento de
proteo propriamente dito. Vimos
que o porta-fusvel foi criado com o intuito de interromper
correntes de alta intensidade. E
com isso o elo fusvel um elemento de fcil reposio, que aps ser
usado deve ser trocado,
e em condies normais de operao, ainda o circuito interrompido
pela queima do mesmo,
operando como chave normal, sem at mesmo a participao da cmara
de extino de arco.
Conforme tabela abaixo:
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Figura 1 : Elo fusvel (Fonte: Cardoso Jr., S/D)
Os elos fusveis quando submetidos a passagem da corrente
eltrica, transferem
calor por conduo a cordoalha. O comprimento do elemento fusvel
determina a
quantidade de calor transferida, sendo que quando se tem uma
baixa corrente e
elemento fusvel longo, ocorre no centro deste a formao de um
ponto quente que
ocasionara a sua fuso. Em contra partida, com a mesma corrente e
comprimento
pequeno, todo calor transferido para a cordoalha e
consequentemente no se tem
a formao do ponto quente no centro do elemento fusvel e,
portanto, no haver a
sua fuso. No caso particular da passagem da corrente de
curto-circuito, no existe
tempo suficiente para que o calor seja transferido a cordoalha,
formando assim um
ponto quente no elemento fusvel ocasionando a sua fuso. Com base
nisto, um elo
fusvel para um dada corrente nominal tem um elemento fusvel de
dimetro e
comprimento especificados, de tal forma que o mesmo responda a
uma
caracterstica de tempo de operao em funo da corrente, de acordo
com a norma
NBR 5359/1989 da ABNT. Com a fuso do elo, ocorre a formao de um
arco
eltrico que extinto devido a ao de gases desionizantes, que
proporcionam uma
elevao da rigidez dieltrica, resultando em uma elevada
resistncia, provocando
assim a interrupo da corrente quando ela passar pelo zero,
impedindo a
reignio do arco eltrico. (CARDOSO JR., Ghendy. Chave fusvel e
elo fusvel.
S/E, UFSM, DESP, p. 05, S/D).
Mediante a citao anterior podemos perceber o funcionamento do
elo fusvel em uma
rede, e como se comporta diante de uma corrente elevada, e
percebemos o quanto valido sua
proteo e necessria a sua utilizao nas redes de distribuio. Os
elos fusveis podem ser
classificados como tipo H, tipo K, e tipo T, por serem
utilizados e fabricados em funo das
suas caractersticas tempo verso corrente.
Segundo Mamede filho e Mamede (2011), e Cardoso Jr. (s/d), os
elos fusveis do tipo
H possuem trs grandes caractersticas, so denominados fusveis de
alto surto pois suportam
correntes de alto surto como as de magnetizao de transformadores
sem provocar a queima
do elemento de proteo; Tem um tempo de atuao lento para que no
opere durante a
energizao do transformador; E so destinados a proteo de
transformadores de
distribuio. Estas trs caractersticas se completam para que sua
eficincia seja extrema.
Cardoso Jr. (s/d) considera existentes dispositivos de 1 5 A, j
Mamede filho e Mamede
(2011) cita tambm a existncia de dispositivos com 0,5 A.
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Ainda com o estudo dos mesmos autores citados, percebemos que os
elos fusveis do
tipo K apresentam um tempo de atuao mais rpido, sendo assim
utilizados na proteo de
ramais de alimentadores de redes de distribuio primrias ou mesmo
instalados ao longo
desses alimentadores, porm na sua trajetria final. Este tipo de
elo ainda se divide
agrupando-se em dois diferentes tipos, os elos fusveis
preferenciais e elos fusveis no
preferenciais. Sendo que ambos os grupos so sries completas e
aceitveis por si mesmas, ou
seja, h coordenao entre os elos fusveis de um mesmo grupo, sendo
assim elos de grupo
diferente no seletivo. Destes dois grandes grupos, os mais
utilizados so os elos
preferenciais, pois seu nmero superior aos no preferenciais,
aumentando assim a
flexibilidade.
Os elos fusveis do tipo T apresentam tempo de atuao lenta, assim
como foi dito no
tipo H, porm apresentam os mesmos valores de corrente nominal do
tipo K, sendo sua
aplicao mesma que deste tipo, ou seja, destinados proteo de
alimentadores de
distribuio e seus ramais correspondentes. Alm da mesma aplicao,
este tipo de elo
tambm subdividido em dois grandes grupos, sendo os mais
utilizados os elos preferenciais.
De acordo com Cardoso Jr. (s/d) outra caracterstica em comum dos
elos do tipo K e
T, que ambos admitem sobrecargas de at aproximadamente 1,5 vezes
os seus valores
nominais sem provocar uma alta temperatura chave fusvel, sendo
que em aproximadamente
2,5 vezes os seus valores nominais para 300 segundos ocorre a
fuso dos elos. Percebemos
ento que esta capacidade de sobrecarga de extrema importncia na
coordenao e
seletividade dos mesmos, limitando assim os elos fusveis a serem
utilizados. Porm tambm
segundo o autor os elos do tipo T so poucos utilizados no
Brasil.
2.2. Necessidade de estudo das protees
A ideia de se fazer um estudo sobre as protees na cidade de Jata
- GO, surgiu
primeiramente quando foi percebido a falta de contato dos
estudantes com a realidade da
energia distribuda na cidade de Jata, bem como no estado e no
pas.. Outro grande motivo
que incentivou a pesquisa foi ao perceber a necessidade dos
moradores, que muitas vezes so
prejudicados com a falta de protees adequadas, pois os
alimentadores de distribuio tanto
urbanos, quanto rurais, esto suscetveis a vrios tipos de
defeitos, cada um com suas
particularidades, por exemplo, os alimentadores urbanos a
batidas de carros, roubos de cabos,
galhos tocando os cabos, entre outros. Fazendo-se necessrio o
estudo das protees, para
evitar danos tanto aos moradores quanto aos equipamentos e
alimentadores da concessionria.
Incialmente nosso estudo abrangia a cidade de Jata-Go por
completo, existia a
inteno inicial de se fazer um estudo da seletividade e de todas
as protees instaladas na
cidade. Ao comear as pesquisas e ver a realidade que iria se
enfrentar, exigiu-se um
afunilamento da pesquisa, primeiramente por entender que se
tratava de uma pesquisa
complexa e com um nvel mais alto que de graduao.
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Figura 2 : Alimentadores 1 e 5 (Fonte: Autores)
Podemos confirmar atravs da figura 2, o que foi dito
anteriormente. Em rosa
encontra-se o circuito do alimentador 5 e em verde o circuito do
alimentador 1. A diferena
enorme, e por ser invivel o estudo de todos os cinco
alimentadores em to pouco tempo. Foi
decidido focar no estudo do alimentador 1. Fazendo uma coleta de
todos os dispositivos de
proteo nele existentes, mas concluindo-se com uma analise apenas
do elemento de proteo
chave fusvel.
2.3. Metodologia
Os estudos desenvolvidos para a elaborao do projeto em questo
foi realizado
inicialmente atravs de pesquisas bibliogrficas (via biblioteca e
internet) para que houvesse o
entendimento do assunto que seria abordado, e tambm para a
construo do artigo.
Logo aps as pesquisas bibliogrficas os pesquisadores foram
unidade da
concessionria Celg D (Celg distribuio S.A., sendo a sigla Celg -
Companhia Energtica de
Gois) para o inicio da coleta de dados, sendo recebidos pelos
funcionrios da instituio que
disponibilizaram os equipamentos necessrios, ou seja, o
computador da empresa. Utilizando
o computador teve-se contato com o programa de dados chamado SGT
(Sistema de Gesto
Tcnica) onde foram colhido os dados necessrios de toda a proteo
do alimentador 1.
Atravs da figura 3 pode-se notar como foram coletados os
dados.
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Figura 3: SGT (Sistema de gesto tcnica) (Fonte: Autores)
Finalmente ser visada a metodologia quantitativa e qualitativa
para anlise das
informaes fornecidas pela concessionria e apresentao de
resultados propostos neste
projeto.
2.4. Coleta de dados na CELG Jata-Gois
A coleta de dado, como foi dito anteriormente, ocorreu na sede
da concessionria da
cidade de Jata - GO, CELG D. Teve-se acesso ao programa
utilizado pelos tcnicos onde
estariam os dados necessrios para a pesquisa. No primeiro
momento contamos com a ajuda
dos funcionrios que ensinaram o bsico do manuseio deste
programa. As primeiras
dificuldades foram encontradas pelo fato de no se ter intimidade
com o mesmo, acarretando
assim demora no processo de coleta. Os pesquisadores se
encontravam duas vezes por semana
na sede para o ato de coleta. O mtodo escolhido por estes foi
atravs da utilizao de um
software chamado AutoCad, que sendo muito utilizado para desenho
tcnico nas reas das
engenharias, se enquadrou perfeitamente para o trabalho em
questo. O circuito 1 foi
desenhado no AutoCad (figura 4) para que atravs dele fosse
colocados os equipamentos de
proteo existentes na linha.
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Figura 4 : AutoCad Circuito 1 (Fonte: Autores)
O prximo passo executado foi desenhar todas as protees no
AutoCad (figura 5),
colocando no mesmo a fiao utilizada, e tirando as informaes de
cada proteo encontrada.
Figura 5 : AutoCad Circuito 1 com protees (Fonte: Autores)
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Figura 6 : AutoCad Circuito 1 com protees (Zoom) (Fonte:
Autores)
Enquanto faziam-se os desenhos das protees, os dados de cada uma
das protees
eram colhidos e colocados em tabelas no programa Excel. Segue
abaixo as tabelas das chaves
fusveis, chave faca, transformadores e das distncias. Devido
extenso dos dados colhidos,
foram colocados apenas partes de cada tabela. No circuito 1 da
cidade, conta-se na verdade
com 151 chaves fusveis, 19 chaves faca e 118
transformadores.
Tabela 1 : Chave fusvel (Fonte: Autores)
Tabela 2 : Chave faca (Fonte: Autores)
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Tabela 3 : Transformadores (Fonte: Autores)
Tabela 4 : Distncia (Fonte: Autores)
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Houve dificuldade na coleta de dados pelos motivos citados acima
e com isso a
demorou-se nesse processo mais tempo do que o necessrio. Assim
finalizando esta etapa.
Redimensionamento das chaves fusvel e anlise
Com todas as etapas anteriores concludas inicia-se o processo de
anlise de dados.
Para a ocorrncia desta anlise, primeiramente est sendo feito o
clculo de curto circuito em
pontos do sistema de distribuio, com clculos em mo ir ser feita
uma anlise para assim
redimensionar os elos fusveis no decorrer da linha do
alimentador um.
Aps o redimensionamento dever ser feita uma anlise, onde
perceberemos com uma
comparao entre a proteo instalada e a proteo redimensionada as
falhas existentes,
possibilitando assim ter uma viso da realidade do nosso sistema
de proteo.
Porm esta anlise ainda est em andamento. Restando apenas
resultados parciais.
3. CONSIDERAES FINAIS
Entendemos que este trabalho pode trazer grandes resultados,
mesmo antes de ser
concludo. Percebemos inicialmente que ao entrar com a ideia
deste projeto os estudantes no
entendiam o quo amplo era a pesquisa. Isso s pode ser percebido
no decorrer da execuo
do mesmo. Mostrando que muitas vezes o que dito e ensinado
dentro de uma instituio
to necessrio quanto pesquisa e estgios, um completando o outro,
de maneira que o
profissional que sai das instituies se torne mais completos. Foi
atravs desta pesquisa, de
estudo e de coleta de dados, vendo a realidade, que os
estudantes tiveram contato com o
trabalho real existente, e a complexidade das matrias
estudadas.
No decorrer do projeto entendeu-se a impossibilidade de se fazer
um estudo desta
amplitude em to pouco tempo, por este motivo, o que no incio era
um projeto que abrangia
o estudo de todos os alimentadores da cidade e de todas as
protees, foi-se afunilando se
tornando um projeto de estudo das chaves fusveis em apenas um
alimentador. E
considerando assim mesmo complexo.
Alm do conhecimento de campo conquistado por este trabalho,
durante a coleta de
dados pudemos perceber inmeros itens a serem refletidos.
Primeiramente o quanto o sistema
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da concessionria desprovido de dados, e pela presena de poucos
funcionrios e com tantos
problemas, o que deveria ser de grande ajuda para um estudo
precoce de problemas atravs de
software, se torna obsoleto. A utilizao do mesmo para estudo de
caso e anlise para ento
executar projetos praticamente inexistente. Outro motivo que
impede de funcionrios
exercerem suas funes e ajudar neste tipo de situao, por sempre
precisar de projetos irem
para capital (Goinia ) a fim da anlise para depois ser
executado, isso se torna uma longa
espera podendo chegar a anos para um projeto pensando na cidade
ser executado.
O que esperamos encontrar no final desta pesquisa o que j se
percebe durante a
coleta de dados, devido a uma distribuio completamente irregular
de transformadores, e o
crescente aumento da cidade, as protees se tornam falhas e
poucas. Causando assim vrias
quedas de energias desnecessrias por defeitos em cabos, que
muitas vezes so prejudicados
pela falta da mesma.
O projeto foi criado no apenas para apontar falhas, mas para
proporcionar um modo
de solucionar este problema, que causa no somente danos na
cidade, como tambm a prpria
concessionaria e seus trabalhadores.
4. REFERNCIAS
CAMINHA, Amadeu Casal. Introduo proteo dos sistemas eltricos.
Ed. Edgar Blucher
LTDA., 1977. 224 p, il.
CARDOSO JR., G. Proteo de sistemas de distribuio de energia
eltrica: notas de
aula. Disponvel em: Acesso em: 05 junho
2014.
ELETROBRS. Critrios para aplicao de equipamentos de proteo. In:
Proteo de
sistemas areos de distribuio: Ed. Campus, 1982. p .[59]-160a.
ELETROBRS. Consideraes gerais sobre equipamentos de proteo. In:
Proteo de
sistemas areos de distribuio: Ed. Campus, 1982. p
.[59]-160b.
KAGAN, Nelson; OLIVEIRA, Carlos Csar Barioni de; ROBBA, Ernesto
Joo. Introduo
aos sistemas de distribuio de energia eltrica. ed. So Paulo,
2009. 328 p, il.
MAMEDE FILHO, Joo; MAMEDE, Daniel Ribeiro. Proteo de sistema de
distribuio. In:
Proteo de sistemas eltricos de potncia: Ed. LTC, 2011.
p.[394]-443
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Abstract: The research is an ongoing PIBIC project, where is
geared towards the analysis of
protection in distribution networks of electricity in the city
of Jata - GO. The main focus of
this research is the study of data collection made in CELG D
(CELG Distribution SA), to
verify if there is coordination between the fusible links. After
analyzed the theoretical data
obtained by collecting data, make comparisons of data obtained
with the real data, realizing
if the fuses are in correct working and exercising the
protection of networks. Getting possible
solutions to defects that arise.
Key-words: Protection, Distribution, Energy, Coordination
