Relés de Proteção – Do Eletromecânico ao Digital
30 de março de 2024
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O estudo de curto-circuito é uma das análises mais importantes no planejamento de um projeto de sistema elétrico. Sem este estudo seria impossível elaborar esquemas de proteção, e dimensionar vários equipamentos. O artigo de hoje aborda o que é um curto-circuito, porque ele é perigoso, e quais são os passos básicos na elaboração do estudo.
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O termo curto curto-circuito, do inglês short-circuit ou circuito curto nada mais é do que uma falha que ocorre quando a corrente elétrica “ignora” a carga, como pode ser visto na imagem a seguir. Isto pode ocorrer por vários motivos, como falhas na isolação, intervenções realizadas de forma errônea do sistema, em sistema aéreos é comum que um curto-circuito ocorra por mau tempo, enfim, inúmeras são as causas.
Deste simples circuito apresentado é possível notar que a impedância que limita a corrente é reduzida em uma condição de curto e com isso pode surgir uma corrente muito superior a nominal do sistema.
Uma corrente de curto pode ser muito elevada como já comentado anteriormente, se os dispositivos de proteção não atuarem em uma condição de falta, pode haver uma grande liberação de energia. Para determinados tipos de faltas, como as faltas por arco pode haver explosões e danos a vida dos trabalhadores. Também pode haver queimas de equipamentos, paradas de processos produtivos, indisponibilidade de energia que pode afetar milhões de pessoas.
De acordo com a IEEE Std 3002.3 – 2018 uma das principais considerações no projeto de um sistema de energia é o controle adequado de curtos-circuitos, já que podem causar interrupção no serviço e danos a equipamentos e trabalhadores. Devido aos impactos causados pelo curto-circuito, uma falha deve ser retirada o mais rápido possível do sistema e isso requer estudos extensivos do sistema e de suas condições de operação.
Uma análise de curto-circuito pode ser realizada dinamicamente ou através de uma simulação quase estática. Simulação e estudos dinâmicos requerem dados mais detalhados dos equipamentos e são resolvidos através de equações diferenciais algébricas. Alguns estudos específicos são tratados através de simulações dinâmicas, como estudo de energização de transformadores, estudo de tensão de reestabelecimento transitório etc. Um estudo típico de curto-circuito aborda uma situação em regime permanente. No estudo são determinadas as correntes de falta em toda a rede em questão e as respectivas contribuições de máquinas síncronas, motores de indução etc.
Em relação ao objetivo, também é importante destacar que a análise do curto-circuito pode possuir vários fins, como:
Algumas etapas são sempre seguidas para o desenvolvimento de um estudo de curto-circuito.
1 – Coleta de dados – Este é o primeiro passo de todo o estudo, onde os dados elétricos dos componentes do sistema são coletados. São dados como impedância, potência tensão, corrente suportável, norma de fabricação etc. Por vezes alguns dados podem ser de difícil obtenção, seja pela idade do equipamento ou por difícil acesso. Assim, existem na literatura algumas recomendações para adoção quando não é possível obter os dados originais, mas essa é uma conversa para outro momento.
2 – Diagrama Unifilar – Após a coleta dos dados é construído o diagrama unifilar do sistema em software específico que apresenta como os elementos são interligados no sistema.
3 – Análise em software – Após a construção do diagrama unifilar se inicia a fase de análise de casos em software específico. Podem ser considerados inúmeros casos, que contemplam entrada de geradores, perdas de linhas, transformadores, desligamentos de disjuntores etc.
4 – Tratamento dos resultados – com os cenários definidos e os resultados obtidos do software inicia a etapa de tratamento de resultados. São criadas tabelas onde se apresenta os valores dos curtos trifásicos, bifásicos e monofásicos para os períodos subtransitório, transitório e de regime.
5 – Relatório – Por fim, cria-se um relatório onde se descreve os cenários estudados, todas as premissas adotadas, os maiores valores de corrente de curto encontradas e se o estudo foi realizado com o objetivo de dimensionamento de equipamentos cita-se todos os equipamentos com classificação excedida de acordo a norma em que foi projetado.
Existem diversos softwares comerciais para realização de estudos de curto-circuito. Na rede básica de transmissão, destaca-se o software ANAFAS do CEPEL.
O ANAFAS é um programa computacional para cálculo de curtos-circuitos. Permite a execução automática de grande variedade de faltas.
É largamente utilizado pelas empresas Eletrobras, Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), Empresa de Pesquisa Energética (EPE), Ministério de Minas e Energia (MME), Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), empresas concessionárias que operam redes de transmissão ou subtransmissão.
O ANAFAS é flexível, permitindo a execução de estudos individuais, onde o usuário define cada caso; e de estudos macro, onde os casos são gerados automaticamente pelo software.
Em sistemas industriais softwares como o PTW e o ETAP realizam o estudo de curto para diversos tipos de faltas. O software ETAP, por exemplo, realiza análise de suportabilidade de equipamentos de acordo com as normas ANSI/IEEE C37 e IEC 60609, além do mais também realiza:
Avaliação automática dos dispositivos;
Relatórios completos;
Integração com os estudos de Arcflash e seletividade.
O estudo de curto-circuito é fundamental nos sistemas elétricos para se determinar e dimensionar os corretos equipamentos de proteção, para diminuir os riscos a danos nas instalações e aos trabalhadores e para entrar em conformidade com as normas vigentes.
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