análise comparativa entre as metodologias ansi e iec para o cálculo de curto-circuito em sistemas

269 Pages·2013·3.18 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA ELÉTRICA

Fernando Antonio Grigoletto

ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE AS METODOLOGIAS ANSI E
IEC PARA O CÁLCULO DE CURTO-CIRCUITO EM SISTEMAS
INDUSTRIAIS

Dissertação submetida ao programa de Pós-
Graduação em Engenharia Elétrica como parte dos
requisitos para obtenção do Título de Mestre em
Ciências em Engenharia Elétrica

Área de concentração: Sistemas Elétricos de
Potência.

Orientador: Prof. Dr. José Maria de Carvalho Filho.

Setembro de 2013
Itajubá
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA ELÉTRICA

Fernando Antonio Grigoletto

ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE AS METODOLOGIAS ANSI E
IEC PARA O CÁLCULO DE CURTO-CIRCUITO EM SISTEMAS
INDUSTRIAIS

Tese aprovada por banca examinadora em 25 de Setembro
de 2013, conferindo ao autor o título de Mestre em Ciências
em Engenharia Elétrica.

Banca Examinadora:
Prof. Dr. José Maria de Carvalho Filho.
Prof. Dr. Ronaldo Rossi.
Prof. Dr. Claudio Ferreira.

Itajubá
2013

DEDICATÓRIA

Monografia apresentada como
exigência parcial para
obtenção do título de
especialista em Direito do
Trabalho e Processo do
Trabalho, no Curso de
Salesiano. Orientador: Prof.
Dr. Luis Fernando Lobão.

Dedico este trabalho à Rosangela, pelo estímulo, solidariedade
e compreensão nas horas em que precisei ficar ausente e à
Carolina, pelo apoio, suporte e incentivo que tornaram possível
a realização desta conquista.
AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar, agradeço a DEUS por mais esta oportunidade que
me foi concedida, de aprendizado e realização pessoal.

A Rosangela, por seu carinho, seu apoio e compreensão pelo tempo de
convívio furtado.

A Carolina, pela amizade, incentivo e carinho.

Aos meus pais, Orlando e Aparecida, pelo incentivo.

Aos queridos Orlando e Jubeide que sempre torceram pelo meu
sucesso.

A todo corpo docente da UNIFEI e equipe de apoio da instituição.

Ao meu orientador, professor Prof. Dr. José Maria de Carvalho Filho,
pelo apoio, pela orientação e profissionalismo, contribuindo positivamente para
a realização deste trabalho.

Aos colegas e aos que se tornaram amigos, pela convivência agradável
nas aulas, neste período transcorrido.
“Nossa existência não é mais que um curto-circuito de luz entre
duas eternidades de escuridão”.

(Vladimir Nabokov)

“Embora ninguém possa voltar atrás e fazer um novo começo,
qualquer um pode começar agora e fazer um novo final”.

(Chico Xavier)
i

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 1
1.1 Relevância do tema e objetivos da dissertação 1
1.2 Estrutura da dissertação 2
2 CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO E ASSIMETRIA 3
2.1 Considerações iniciais 5
2.2 Correntes de curto-circuito 6
2.3 Correntes simétricas e assimétricas 6
2.4 Cálculos de curto-circuito 9
2.5 Teorema da Compensação 10
2.6 Solução da equação geral do curto-circuito 12
2.7 Corrente de curto-circuito total 13
2.8 Importância da assimetria 18
2.9 Aplicação da assimetria da corrente 19
2.10 Corrente de pico máxima 20
2.11 Equações da máxima corrente de pico 22
2.11.1 Equação do “meio ciclo” 22
2.11.2 Equação da norma IEC 60909 23
2.11.3 Equação da norma IEEE 551-2006 24
2.12 Corrente assimétrica rms 24
2.12.1 Equação de “meio ciclo” 25
2.12.2 Equação da “IEC 60609” 25
2.12.3 Equação da norma “IEEE 551-2006” 25
2.13 Considerações finais 25
3 CÁLCULO DE CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO CONFORME 26
“ANSI”
3.1 Considerações iniciais 26
3.2 Análise da relação X/R utilizada nos cálculos de curto-circuito 28
3.3 Premissas básicas para modelagem de sistemas conforme "ANSI” 31
3.4 Metodologia para os cálculos de curto-circuito 32
3.4.1 Tipos de cálculos 32
3.4.2 Modelagem de “decremento ac” em motores de Indução 32
3.4.3 Modelagem de “decremento ac” em geradores síncronos 39
ii

3.4.4 Modelagem do “decremento dc” conforme a norma “ANSI” e 40
implicações no dimensionamento de disjuntores
3.4.4.1 Curvas de “decremento dc” de disjuntores construídos e avaliados 43
na base de “corrente total”
3.4.4.2 Curvas de “decremento dc” de disjuntores fabricados e avaliados 45
numa base de “corrente simétrica”
3.4.4.3 Curvas graduadas 51
3.5 Roteiro para o cálculo das Correntes de Interrupção conforme 55
“ANSI”
3.6 Correntes de Primeiro Ciclo conforme “ANSI” 57
3.7 Roteiro para o cálculo das correntes de primeiro ciclo conforme 59
“ANSI”
3.8 Contribuição de capacitores para correntes de curto-circuito 60
3.9 Contribuição de conversores estáticos para correntes de curto- 60
circuito
3.10 Aplicações das correntes de curto-circuito calculadas conforme 61
“ANSI”
3.10.1 Disjuntores de média e alta tensão 61
3.10.1.1 Definições e dados de placa 62
3.10.1.2 Aplicações para disjuntores de média e alta tensão 67
3.10.2 Disjuntores de baixa tensão 71
3.10.3 Fusíveis de baixa tensão 73
3.10.4 Fusíveis de média tensão 73
74
3.11 Considerações finais
4 CÁLCULO DE CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO CONFORME IEC- 75
60909
4.1 Considerações iniciais 75
4.2 Escopo da Norma “IEC-60909” 76
4.3 Conceitos da Norma “IEC-60909” 77
4.4 As correntes de curto-circuito 81
81
4.4.1 Fatores de Tensão “voltage factor”
82
4.4.2 Correntes de curto-circuito máximas
4.4.3 Correntes de curto-circuito mínimas 82
4.4.4 Impedâncias de curto-circuito. 84
4.4.4.1 Geral 84
4.4.4.2 Sistema (Concessionária) 84
87
4.4.4.3 Transformadores de dois enrolamentos
iii

4.4.4.4 Geradores síncronos 91
91
4.4.4.4.1 Geral
105
4.4.4.5 Motores e Compensadores síncronos
4.4.4.6 Gerador e transformador unitário com “OLTC” (comutador de taps 106
sob carga)
4.4.4.7 Gerador e transformador unitário sem “OLTC” (comutador de taps 108
sob carga)
4.4.4.8 Motores assíncronos 109
4.4.4.8.1 Contribuições de motores assíncronos para correntes de curto- 111
circuito
4.4.4.9 Capacitores 114
4.4.4.10 Conversores estáticos 115
4.5 Cálculo das correntes de curto-circuito 115
4.5.1 Cálculo da corrente de curto-circuito inicial simétrica 116
4.5.1.1 Cálculo da corrente de curto-circuito inicial simétrica I” em 116
k
sistemas radiais
4.5.1.2 Cálculo da corrente de curto-circuito inicial simétrica I” em 117
k
sistemas em malha
4.5.2 Cálculo das correntes de curto-circuito de pico 118
4.5.2.1 Cálculo das correntes de curto-circuito de pico em sistemas radiais 118
4.5.2.2 Cálculo das correntes de curto-circuito de pico para sistemas em 119
MALHA (“Meshed”)
4.5.3 Cálculo da componente “dc” da corrente de curto-circuito 122
4.5.4 Cálculo das correntes de curto-circuito de interrupção 123
4.5.4.1 Cálculo das correntes de curto-circuito de interrupção em pontos 123
“longe da geração”
4.5.4.2 Cálculo das correntes de curto-circuito de interrupção em pontos 123
“próximos à geração”
4.5.4.3 Cálculo das correntes de curto-circuito de interrupção em sistemas 124
em “malha”
4.5.4.4 Correntes de curto-circuito de interrupção assimétricas 125
4.5.5 Cálculo das correntes de curto-circuito de regime 125
4.5.5.1 Cálculo das correntes de curto-circuito de regime em sistemas 126
radiais
4.5.5.2 Cálculo das correntes de curto-circuito de regime em sistemas em 127
malha
128
4.6 Exemplos de Cálculo das correntes de curto-circuito
4.6.1 Exemplo-1 Cálculo das correntes de curto-circuito para sistema em 128
malha