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Dimensionamento de circuitos eltricos e clculo de curto-circuito

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15.05.2013 As instalaes eltricas esto tornando-se cada vez mais complexas, frequentemente com mais de uma fonte no circuito eltrico sendo capaz de garantir confiabilidade e continuidade do servio em caso de falha. Neste cenrio exigente, o dimensionamento eltrico do circuito e o clculo correto das correntes de curto-circuito em cada nvel da planta e em cada configurao possvel de trabalho so fundamentais para a especificao e coordenao correta de cabos, barramentos e dispositivos de proteo. Calcular manualmente sistemas complexos requer muito tempo e h grande risco de erros. O software de dimensionamento eltrico DOC 2.0 gratuito, confivel e rpido. uma ferramenta capaz de realizar clculos eltricos de redes radiais ou em malha. O artigo a seguir analisa os clculos de curto-circuito de acordo com a norma IEC realizada pelo software DOC, com a utilizao de um exemplo de MT / BT. Clculo de curto-circuito de acordo com a norma IEC

O correto planejamento da instalao eltrica deve ser baseado na avaliao detalhada dos fins de instalao, confiabilidade de servio e nvel de segurana exigido. Utilizando as normas internacionais e nacionais as mesmas podem nos ajudar a projetar um sistema com alto nvel de segurana e eficincia. A IEC 60909-0 a norma tcnica que estabelece um processo de resultados com preciso aceitvel para o clculo das correntes de curto-circuito nas trs fases do sistema AC (exceto a bordo de navios e avies). Nesses padres so definidos diferentes valores de corrente de curto-circuito que podem ser calculadas.

Corrente de curto-circuito presumida = corrente que surgiria se o curto-circuito fosse substitudo por uma ligao ideal de impedncia desprezvel, sem qualquer alterao da alimentao da entrada.

Corrente de curto-circuito simtrica = valor eficaz da componente AC simtrico de uma corrente de curto-circuito presumida.

Corrente de curto-circuito inicial simtrica = o valor eficaz da componente simtrica AC de uma corrente de curto-circuito presumida, aplicvel no momento do curto-circuito.

Pico de curto-circuito ip = o valor mximo possvel da corrente de curto-circuito presumida.

Queda da Componente idc da corrente de curto circuito = valor mdio entre a proteo superior e inferior de uma corrente de curto circuito decaindo a partir de um valor inicial de zero.

Corrente curto-circuito simtrico Ib = valor eficaz de um ciclo integral da componente AC simtrica da corrente de curto-circuito presumida no instante da separao do contato do primeiro polo para abrir um dispositivo de comutao.

Estes valores tambm so calculados pelo software DOC, exibindo valores mnimos e mximos para as correntes de curto-circuito, tal como antes de escolher as protees, necessrio fazer o clculo exato dos valores da corrente de curto-circuito em diferentes pontos da instalao, de modo a conter os custos e garantir o nvel de segurana.

1 Caracterstica da instalao O exemplo a seguir demonstra uma instalao alimentada por um transformador MT / BT de um sistema de barramento que consiste em duas seces, que, em caso de necessidade ou falha, o dispositivo pode ser isolado por meio de um disjuntor. Isto assegura pelo menos metade da instalao funcionando, mesmo em caso de uma falha grave.

Alimentador da Rede Sk = 500MVA UnMT = 20000V

UnBT = 380V

Dois enrolamentos de transformadores T1, T2

Sn = 500kVA

Un1 = 20kV

Un2 = 380V

Vcc% = 4,4%

Pk = 6kW

Dois enrolamentos de transformadores T1, T2

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Sistema de distribuio BTS1 e BTS2

LBT = 2m

Iz0 = 1200A @40C

N de condutores = 4 (1 por fase) rph =0,035 mW/m

xph =0,021 mW/m

Motor M1, M2

VnM = 380V

PnM =250kW

h= 0,955

cosj =0,68 Ilr/In =6

Rm/Xm =0,5769

N de condutores por fase = 4

rC = 0,191 mW/m @80C

xC =0,074 mW/m

Condutor = cobre

Lc = 2,4m

Cabos C2, C3

O software calcula a corrente de curto-circuito no barramento de nvel (ponto A), a fim de selecionar corretamente os dispositivos de proteo MT / BT, transformadores e os dispositivos acopladores.

2 Modelo de circuito eltrico Para calcular as correntes de curto-circuito de um sistema eltrico necessrio criar um circuito equivalente no qual os elementos que contribuem para a corrente de curto-circuito so modelados como fonte ideal com uma impedncia em srie (elementos ativos como utilidade, geradores, motores...), sendo que elementos que no contribuem para isso so modelados como impedncia (elementos passivos como o cabo, transformadores, barramentos ...). Na tabela abaixo so apresentados os clculos das impedncias de curto-circuito no local A.

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3 Clculo de curto-circuito das trs fases no ponto A Sabendo o valor mximo das impedncias simtricas de curto-circuito do equipamento, possvel calcular facilmente o curto-circuito inicial trifsico simtrico da corrente de curto-circuito como:

Onde c o fator de tenso imposta pela norma IEC, que assume valor igual a 1,1 para o mximo de clculos de curto-circuito atuais de redes com abastecimento de MT. O ZeqA a impedncia de curto-circuito equivalente no ponto A que se refere a rede de sequncia positiva na figura 1.

E, consequentemente,

A terceira fase da corrente de curto-circuito a corrente sem a contribuio do motor, de modo a ser calculado considerando a impedncia equivalente igual a:

Ento possvel calcular o valor de pico da corrente das trs fases do cu

Onde k pode ser calculada a partir da razo entre a resistncia e reatncia da impedncia no ponto de falha no grfico abaixo:

circuito a corrente sem a contribuio do motor, de modo a ser calculado considerando a impedncia equivalente igual a:

Ento possvel calcular o valor de pico da corrente das trs fases do curto circuito como:

Onde k pode ser calculada a partir da razo entre a resistncia e reatncia da impedncia no ponto de falha no

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circuito a corrente sem a contribuio do motor, de modo a ser calculado

rto circuito como:

Onde k pode ser calculada a partir da razo entre a resistncia e reatncia da impedncia no ponto de falha no

A mxima componente DC da corrente de curto

A corrente de curto-circuito considerada para especificar o valor de interrupo de um dispositivo de proteo o curto-circuito simtrico de interrupo Ipor exemplo, 20 ms de acordo com a seguinte equao:

Estes so apenas os valores mximos da corrente de curtoconfigurao de um sistema trifsico de curtoconjunto das unidades de disparo exige tambm o clculo dos valores mximos e mnimos das correntes de curtocircuito em diferentes pontos da instalao para trs fases, duas fases, fase e neutro e de fase terra.

O clculo das correntes de curto-circuito em de sequncia zero, por outro lado, para realizar o clculo do valor mnimo das correntes de curtonecessrio realizar o clculo da resistncia dos cabos e barramentos a uma tempera20 C, isso significa uma quantidade excessiva de clculos que exigem muito tempo.

4 Clculo das correntes de curtoO DOC calcula o valor mnimo e mximo de curtocondies de funcionamento de forma precisa. Aps o clculo, possvel ver todas as correntes de curtodefinidas pelo padro IEC, como no exemplo abaixo, a corrente de curtobarramento considerando a mesma condio do primeiro exemplo apresentado.

A mxima componente DC da corrente de curto-circuito pode ser calculada de acordo com a seguinte equao

circuito considerada para especificar o valor de interrupo de um dispositivo de proteo o circuito simtrico de interrupo Ib, esta corrente tem de ser calculada num instante definido, que pode ser,

acordo com a seguinte equao:

Estes so apenas os valores mximos da corrente de curto-circuito em um ponto da rede, para um trabalho de configurao de um sistema trifsico de curto-circuito, obviamente, a seleo de dispositivos de proteo e do

unto das unidades de disparo exige tambm o clculo dos valores mximos e mnimos das correntes de curtocircuito em diferentes pontos da instalao para trs fases, duas fases, fase e neutro e de fase terra.

circuito em caso de duas fases e monofsico requer o clculo das componentes de sequncia zero, por outro lado, para realizar o clculo do valor mnimo das correntes de curtonecessrio realizar o clculo da resistncia dos cabos e barramentos a uma temperatura de referncia superior a 20 C, isso significa uma quantidade excessiva de clculos que exigem muito tempo.

Clculo das correntes de curto-circuito com o software DOC O DOC calcula o valor mnimo e mximo de curto-circuito em todos os pontos da rede, considerando uma ou mais condies de funcionamento de forma precisa. Aps o clculo, possvel ver todas as correntes de curtodefinidas pelo padro IEC, como no exemplo abaixo, a corrente de curto-circuito trifsico calculado pelo DOC no

amento considerando a mesma condio do primeiro exemplo apresentado.

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circuito pode ser calculada de acordo com a seguinte equao:

circuito considerada para especificar o valor de interrupo de um dispositivo de proteo o , esta corrente tem de ser calculada num instante definido, que pode ser,

circuito em um ponto da rede, para um trabalho de circuito, obviamente, a seleo de dispositivos de proteo e do

unto das unidades de disparo exige tambm o clculo dos valores mximos e mnimos das correntes de curto-circuito em diferentes pontos da instalao para trs fases, duas fases, fase e neutro e de fase terra.

caso de duas fases e monofsico requer o clculo das componentes de sequncia zero, por outro lado, para realizar o clculo do valor mnimo das correntes de curto-circuito

tura de referncia superior a

, considerando uma ou mais condies de funcionamento de forma precisa. Aps o clculo, possvel ver todas as correntes de curto-circuito

circuito trifsico calculado pelo DOC no

Como mostrado na foto acima, na mesma janela possvel selecionar e verificar todas essas correntes de curtocircuito para duas fases e fase nica de curtoclculo da queda da componente idc da corrente de curto(como padro so sempre calculados em 10 ms, mas no exemplo foi solicitado tambm o clculo para 20mO fator de tenso da IEC 60909 definido igual a cmax = 1,1 mas a verificao do valor mnimo da corrente de curto-circuito calculada na base de linhas e barramentos com o fator de tenso igual a cmin = 0,95, de acordo com o padro IEC, como precauo com a tolerncia negativa na tenso nominal. Toda a resistncia de cabos e sistemas de barramento calculada para a temperatura do condutor, no final do perodo de curto

Por exemplo, na figura abaixo so mostradas as correntes de

Todas as correntes de curto-circuito tambm so calculadas e visualizadas no local de instalao de dispositivos de proteo, como descrito no quadro abaixo, a corrente de interrupo mxima de curtoutilizada para a seleo de interrupo da capacidade dos dispositivos de proteo e o valor do pico comparado com o curto-circuito definindo a capacidade do dispositivo de Icm.

A contribuio do motor automaticamente calculada para o mximoquando superior a 5% da corrente de curto

Como mostrado na foto acima, na mesma janela possvel selecionar e verificar todas essas correntes de curtocircuito para duas fases e fase nica de curto-circuito, na opo avanada possvel definir os instantes para o clculo da queda da componente idc da corrente de curto-circuito e da interrupo da corrente de curto circuito Ib (como padro so sempre calculados em 10 ms, mas no exemplo foi solicitado tambm o clculo para 20mO fator de tenso da IEC 60909 definido igual a cmax = 1,1 mas a verificao do valor mnimo da corrente de

circuito calculada na base de linhas e barramentos com o fator de tenso igual a cmin = 0,95, de acordo o com a tolerncia negativa na tenso nominal. Toda a resistncia de cabos e

sistemas de barramento calculada para a temperatura do condutor, no final do perodo de curto

Por exemplo, na figura abaixo so mostradas as correntes de curto-circuito para sistemas de rede BTS1.

circuito tambm so calculadas e visualizadas no local de instalao de dispositivos de proteo, como descrito no quadro abaixo, a corrente de interrupo mxima de curtoutilizada para a seleo de interrupo da capacidade dos dispositivos de proteo e o valor do pico comparado

circuito definindo a capacidade do dispositivo de Icm.

A contribuio do motor automaticamente calculada para o mximo da corrente de curtoquando superior a 5% da corrente de curto-circuito calculada sem considerar os motores, como alternativa os

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Como mostrado na foto acima, na mesma janela possvel selecionar e verificar todas essas correntes de curto-a possvel definir os instantes para o

circuito e da interrupo da corrente de curto circuito Ib (como padro so sempre calculados em 10 ms, mas no exemplo foi solicitado tambm o clculo para 20ms). O fator de tenso da IEC 60909 definido igual a cmax = 1,1 mas a verificao do valor mnimo da corrente de

circuito calculada na base de linhas e barramentos com o fator de tenso igual a cmin = 0,95, de acordo o com a tolerncia negativa na tenso nominal. Toda a resistncia de cabos e

sistemas de barramento calculada para a temperatura do condutor, no final do perodo de curto-circuito.

circuito para sistemas de rede BTS1.

circuito tambm so calculadas e visualizadas no local de instalao de dispositivos de proteo, como descrito no quadro abaixo, a corrente de interrupo mxima de curto-circuito simtrico utilizada para a seleo de interrupo da capacidade dos dispositivos de proteo e o valor do pico comparado

da corrente de curto-circuito, somente circuito calculada sem considerar os motores, como alternativa os

motores so considerados prximos de zero para o clculo mnimo do curtonorma IEC.

O clculo da rede em diferentes condies de operao est habilitado no DOC pelo uso da opo calcular no menu "Ferramentas", onde possvel criar um nmero ilimitado de condies de funcionamento, e nas opes de clculo definir o tipo de clculo entre o clculo de apenas a configurao de um sistema ou de um dimensionamento considerando-se todas as condies de funcionamento possveis.

Estes dois comandos usados em conjunto permitem a seleo de sees de cabos e dispositivos de proteo adequados para todas as configuraes de operao com uma reduo de tempo incrvel.

motores so considerados prximos de zero para o clculo mnimo do curto-circuito, em conformidade com a

O clculo da rede em diferentes condies de operao est habilitado no DOC pelo uso da opo calcular no menu "Ferramentas", onde possvel criar um nmero ilimitado de condies de funcionamento, e nas opes de

lculo entre o clculo de apenas a configurao de um sistema ou de um se todas as condies de funcionamento possveis.

Estes dois comandos usados em conjunto permitem a seleo de sees de cabos e dispositivos de proteo equados para todas as configuraes de operao com uma reduo de tempo incrvel.

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circuito, em conformidade com a

O clculo da rede em diferentes condies de operao est habilitado no DOC pelo uso da opo calcular no menu "Ferramentas", onde possvel criar um nmero ilimitado de condies de funcionamento, e nas opes de

lculo entre o clculo de apenas a configurao de um sistema ou de um

Estes dois comandos usados em conjunto permitem a seleo de sees de cabos e dispositivos de proteo equados para todas as configuraes de operao com uma reduo de tempo incrvel.

Modelo de diagrama do software DOC

5 Concluso O software DOC uma ferramenta precisa para o projeto de sistema eltrico MT e BT, os projetistas podem utilizar o desenho do diagrama como uma parte dos clculos de curtocarga, discriminao, dimensionamento de cabos e seleo automtica dos componentes, respeitando os requisitos da norma IEC.

Adicionalmente, o mdulo de configurao permite o desenho de um painel de forma rpida com uma vista frontal dos painis de BT. O software possui a possibilidade de impresso da documentao tcnica completa e detalhada na ferramenta "Gerenciamento de documentao do projeto".

Para qualquer informao adicional sobre o DOC visite o siteElectrical calculations".

O software DOC uma ferramenta precisa para o projeto de sistema eltrico MT e BT, os projetistas podem nho do diagrama como uma parte dos clculos de curto-circuito, ele executa a anlise do fluxo de

carga, discriminao, dimensionamento de cabos e seleo automtica dos componentes, respeitando os

urao permite o desenho de um painel de forma rpida com uma vista frontal de BT. O software possui a possibilidade de impresso da documentao tcnica completa e

detalhada na ferramenta "Gerenciamento de documentao do projeto".

er informao adicional sobre o DOC visite o site www.abb.com.br e a pgina do youtube "DOC

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O software DOC uma ferramenta precisa para o projeto de sistema eltrico MT e BT, os projetistas podem circuito, ele executa a anlise do fluxo de

carga, discriminao, dimensionamento de cabos e seleo automtica dos componentes, respeitando os

urao permite o desenho de um painel de forma rpida com uma vista frontal de BT. O software possui a possibilidade de impresso da documentao tcnica completa e

e a pgina do youtube "DOC