01-Planejamento de Sistemas Elétricos Industriais

Eletrotécnica Aplicada 2

Professor J. Pereira Página 1

ASSUNTO: PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS



1. ESCOLHA DAS TENSÕES DO SISTEMA ELÉTRICO

1.1 - Introdução

Ao se planejar um sistema Elétrico Industrial, um dos itens mais importantes,

se não for o mais importante, é a escolha das tensões para a distribuição dos

equipamentos elétricos. Praticamente é a escolha de tensões que define o

sistema elétrico industrial.

Se por falta de maiores informações ,o engenheiro ou equipe escolher as

tensões indevidas para um sistema elétrico, é bem provável que o sistema ficará

comprometido para sempre quanto a flexibilidade, capacidade de expansão,

manutenção, confiabilidade e quanto a custo.

Neste capítulo são discutidas as regras básicas para orientar o engenheiro na

escolha das tensões para um sistema elétrico.

1.2 - Fatores Determinantes Para a Escolha de Tensões

Os principais fatores que determinam a escolha de tensões são:

Potência da carga

Distância

Equipamentos elétricos (tensões de utilização)

Segurança

Normas

Instalação já existente

Concessionária local de energia

Esses fatores individualmente não ditam as tensões, porém cada um tem o seu

peso dependendo do tipo da instalação e, através de uma análise detalhada entre

eles é que chega a um denominador comum para a escolha de tensão.

1.2.1 - Potência de Carga

O significado desse tema é a potência total de uma instalação ou a

potência de um bloco de carga significante. Essa potência irá definir a

tensão de alimentação primária, ou as tensões de distribuição interna do

sistema.

Porém dois outros fatores irão afetar a escolha dessa tensão primária:

A distância em que vai ser transmitida essa potência e a

concessionária de energia elétrica.

A distância tem a sua influência no dimensionamento dos condutores

e na queda de tensão, se for uma instalação compacta, a distância é

de pequena importância em relação à potência, porém se a distância

for relativamente grande, passa a ter importância na escolha da

tensão.



1.2.2 - Tensão de Utilização / Equipamentos Elétricos

Os equipamentos elétricos são os que tem maior influência na

determinação da escolha das tensões.

Lâmpadas incandescentes, pequenos motores fracionários, ferramentas

portáteis, etc., são geralmente disponíveis nas tensões de 110, 127 ou

220V.

Motores trifásicos são disponíveis entre 220V a 13200V, os quais irão

depender das respectivas potências. Os motores, como são os

equipamentos em maior número na indústria, são os que ditam as

tensões, por exemplo motores até 300HP geralmente são utilizados nas

tensões: 440V, acima dessa potência já empregam a média tensão: 2.4,

4.16, 6.6 ou 13,2 kV, como veremos mais adiante. Algumas cargas

especiais como fornos a arco de grande potência podem exigir tensões

de 23 a 34,5 kV.

1.2.3 - Segurança

Segurança é um item de aspecto relativo, pois se tratando de

eletricidade, todo cuidado é pouco e geralmente é aplicado a

equipamentos de uso portáteis. As normas geralmente limitam o uso

desses equipamentos a tensão máxima de 150V para terra. Porém aqui

no Brasil em algumas regiões a tensão fase-terra é de 220V.

Para se evitar riscos de eletrocussão em qualquer tensão de 50V ou

maior, só se deve trabalhar, em geral, com o circuito desenergizado a

não ser que o trabalhador sejas especializado e se utilize de proteções

específicas para tal.

1.2.4 - Normas

É um item também muito relativo. Aqui no Brasil em geral, os projetos

de empresas multinacionais se valem das normas aplicáveis no país de

origem. Entretanto a nossa norma ABNT, em relação a sistemas

elétricos, está cada vez melhor, mais técnica e não fica nada a dever

para as normas consagradas internacionalmente e todo engenheiro ou

técnico tem por dever sempre seguir a ABNT onde for possível.



2. SELEÇÃO DE TENSÕES ENTRE 600V E MENORES

Em sistemas elétricos industriais a maioria das cargas são utilizadas nas tensões de

600V ou menores. As tensões disponíveis são 220/110V - 220/127V, 380V e 460V.

Para motores e máquinas de solda a tensão de 460V é a mais utilizada devido ao seu

menor custo que as tensões de 220V.

2.1 - 460V x 220V ou 380V x 220V

Economicamente falando, não existe razão em se utilizar a tensão de 220V ao

invés de 460V ou 380V.

O custo da tensão de 220V é bem maior devido a corrente ser maior para uma

mesma potência, exigindo portanto cabos de seções maiores e provocando

maiores quedas de tensão.

Como os equipamentos nessa faixa de tensão são em geral isoladas para 550V

ou 600V, a utilização da tensão de 220V exige equipamentos mais pesados.

Outro fator importante é que motores maiores que 50CV, em 220V não

conseguem partir à plena tensão, exigindo dispositivos para reduzir a corrente

de partida, onerando assim ainda mais o sistema elétrico.

O sistema de 220V é mais aplicável em circuito de iluminação e em instalação

onde se concentram grande quantidade de pequenos motores, como tecelagens,

confecções, pequenas serrarias, frigoríficos e linha de montagem de

equipamentos eletrônicos.

2.2 - 460V x 380V

O que dito o emprego de uma dessas tensões é a potência dos motores da

industria. Em indústria onde os motores maiores não ultrapassam 75CV, a

utilização de 380V tem vantagem em relação à tensão de 460V, porque além de

utilizar para alimentação de motores, pode-se utilizar também para iluminação

através da tensão fase-neutro (380V / 3 = 220V).

Para instalação onde há muitos motores com potência de 100CV a 300CV a

tensão de 460V é mais econômica e tecnicamente mais aplicável, pelos mesmos

motivos, porque a tensão de 220V não é aplicável (ver item 2.1 anterior).



3. SELEÇÃO DE TENSÃO PARA ILUMINAÇÃO

Normalmente se chama tensão para iluminação, a tensão para alimentação da própria

iluminação, isto é, as lâmpadas bem como aquela para alimentação de tomadas de

uso geral, exceto para máquinas de solda de aplicação industrial.

Hoje em dia, praticamente em todas as instalações comerciais e industriais, somente

se usam lâmpadas do tipo descarga em gás (fluorescente, mercúrio e sódio), enquanto

que as lâmpadas incandescentes se restringem a iluminação de emergência, pequenos

ambientes e iluminação localizada.

Em indústrias a melhor tensão para iluminação do tipo fluorescente, mercúrio ou

vapor de sódio é a de 220V, devido a proporcionarem menores quedas de tensão e

economia nos condutores em relação à tensão de 110V ou 127V.

Para uso comercial, onde é grande a utilização de lâmpadas fluorescentes, tanto a

tensão de 127/110V ou 220V pode ser utilizada dependendo da concessionária da

região.

Para as tomadas, geralmente se utiliza a tensão de 220V com 3 pinos de modo a se

obter as tensões de 220V e 110V ou 127V, dependendo do tipo de conexão do

sistema de distribuição.

3.1 - Sistema de Distribuição Envolvendo Iluminação e Força.

Na prática, em baixa tensão (600V) é difícil separar os sistemas de distribuição

de iluminação e força (para motores). Existem basicamente 3 modos para

alimentação do sistema de iluminação.

a) Alimentação em separado;

b) Alimentação derivada do mesmo sistema de força através de

transformadores;

c) Alimentação derivada do mesmo sistema de força através da tensão fase-

neutro.

a) O sistema em “alimentação em separado”, como representado no diagrama

unifilar da figura 3.1.a. requer 2 subestações; uma para o sistema de força e

uma para o sistema de iluminação. Esse sistema tema vantagem de não

misturar a iluminação com o sistema de força, porém tem as seguintes

desvantagens:

Geralmente os transformadores de iluminação são de potência

relativamente grande, proporcionando altos níveis de curto-circuito.

Se há um problema com o sistema de distribuição para iluminação uma

grande área poderá ficar prejudicada.

Maior manutenção.

Maior custo.



b) O sistema de alimentação derivada do mesmo sistema de força através de

transformadores próprios para iluminação conforme representado no

diagrama unifilar da figura 3.1.b. requer somente uma subestação.

Esse sistema tem a desvantagem de misturar força que pode trazer

inconvenientes como descrito no item 3.2 a seguir, porém tem as seguintes

vantagens:

Menor nível de curto circuito devido aos trafos serem de pequena

potência (máximo 100 kVA).

460 V

FORÇA

220/127 V

75 KVA

460-220/127 V

13.8 KV

1000 KVA

13800-460 V

ILUMINAÇÃO

460 V

1000 KVA

13800-460 V

FORÇA ILUMINAÇÃO

220/127 V

225 KVA

13800-220/127 V

13.8 KV



Melhor flexibilidade e segurança, pois através da utilização de vários

trafos de iluminação, distribuídos adequadamente, a perda de um trafo

não deixará toda a área sem iluminação.

Menor custo.

Menor manutenção.

c) O sistema com alimentação do sistema de distribuição derivada do mesmo

sistema de força através da utilização da tensão fase-neutro, como mostrada

figura 3.1.c., só se emprega, se a tensão de alimentação for de 380V, o que

implica na tensão fase-neutro de 220V, próprio para iluminação. (Nos

Estados Unidos, se emprega também a tensão 277V derivada da tensão de

480V fase-neutro. No Brasil não é utilizado esse sistema).

A vantagem desse sistema é utilizar apenas um transformador para força e

iluminação.

As desvantagens são:

Níveis de curto circuito relativamente altos (dependentes da potência do

trafo).

Inconvenientes de se utilizar força junto com iluminação no item 3.2 a

seguir:

3.2 - Considerações Sobre a Utilização da Iluminação Misturada com a Força

Corrente de Curto Circuito.

Corrente de curto circuito de valores relativamente elevados (> 5 kA), são

inconvenientes para sistemas elétricos de iluminação, porque além de serem

perigosos para o sistema em relação a incêndios, tornam a instalação mais

onerosa, devido a necessidade de se utilizar disjuntores com capacidades de

380 V

500 KVA

13800-380/220 V

FORÇA

13.8 KV

380/220 V3Ø+N

ILUMINAÇÃO 220 V



interrupção muito altas e de utilizar cabos de seção maiores para suportar os

níveis de curto circuito elevados.

Quando a instalação de iluminação tem níveis de curto circuito altos é

recomendável instalar nos circuitos alimentadores fusíveis limitadores de

curto circuito. São exemplos de instalações de iluminação com níveis de

curto circuito acima de 5 kA :

Através de trafos de potência superior a 100 kVA;

Através da derivação do neutro de trafos de potência com secundário em

380V.

Flutuação de Tensão (Flicker)

Quando em uma instalação mista, isto é, força e iluminação no mesmo

sistema, pode ocorrer um fenômeno de cintilação das lâmpadas, devido a

presença de cargas de grande potência, como por exemplo: Partida de

motores de elevada potência ou presença de grandes máquinas de solda.

Este fenômeno ocorre devido à queda de tensão no sistema que torna o

funcionamento das lâmpadas instável. Esse fenômeno prejudica as pessoas

que estão trabalhando, porque afeta a sensibilidade dos olhos e a percepção

varia de pessoa para pessoa.

Para evitar esse problema, deve-se sempre quando projetar um sistema do

tipo misto, colocar as grandes cargas em barramentos separados, sem

conectar neles trafos para iluminação, como mostrado no diagrama unifilar

a seguir:

No sistema do diagrama unifilar anterior, em condições normais os trafos

trabalham isolados entre si com o disjuntor de interligação normalmente

aberto, sendo um trafo para as cargas de potências elevadas e outro para as

13800-460 V

FORÇA

460 V

13.8 KV

460 V

ILUMINAÇÃO

MOTORES220/127 V

GRANDES

CARGAS

N.A.

13800-460 V



demais cargas inclusive iluminação. Desse modo não há ocorrência de

Flicker. Em condição de emergência, (na perda de um trafo), fecha-se o

disjuntor de interligação e passa-se a obter com um só trafo, sendo que nessa

condição é possível a ocorrência de “FLICKER”.

3.3 - Seleção de Transformadores Para Sistemas de Iluminação

O sistema de iluminação pode ser alimentado por circuito trifásico ou

monofásico. Em projetos, no geral, é comum se usar sempre o circuito trifásico,

porém nem sempre é mais vantajoso e depende da potência de trafo de

iluminação.

Para trafos acima de 50 kVA, o sistema com circuito trifásico é mais vantajoso,

devido a redução em cabos e no próprio custo do trafo.

A tensão para circuito trifásico geralmente é 220/127V.

Para sistemas de iluminação abaixo de 50 kVA, circuitos monofásicos podem

ser econômicos, devido ao custo do trafo. A tensão para circuitos monofásicos

é geralmente 220/110V.

Os transformadores para iluminação devem sempre ser providos de “taps”para

compensar variações de tensão no primário, de modo a manter a tensão de

iluminação em um nível adequado.

Geralmente se faz a compensação com taps variando 2,5% para cima e 2,5%

para baixo.

A seguir temos, conexões típicas de trafos para iluminação

Conexões típicas de Trafos para Iluminação :



Obs.: Normalmente os transformadores abaixo de 100 kVA são do tipo seco,

isto é, o isolamento não tem óleo.

Hoje em dia o epoxi é um tipo de isolamento seco largamente empregado.

SELEÇÃO DE SISTEMAS ENTRE 2,4 A 15 kV

220 V

127 V

460-220/127 V

Sistema Trifásico 3 Fases+Neutro(4fios)

}

}

ST

R

Sistema Monofásico 3 Fios 3 Fases+"Center Tap"

110 V}

220 V}

460 V-3Ø

460-220/110 V



Tensões desse nível são usadas principalmente para distribuição primária. A maioria das

instalações industriais utilizam tensões desse nível para alimentação primária, exceto

em grandes indústrias (siderúrgicas, fábricas de cimento, petroquímicas), que utilizam

tensões mais altas (69 kV a 230 kV).

Em edifícios de grande porte, em geral, a tensão primária fornecida pela concessionária

é de 13,8 kV (classe 15 kV).

Quando a indústria é alimentada em alta tensão, fica uma dúvida quanto a tensão de

distribuição interna: 13,8 kV, 6,6 kV ou 4,16 kV, essas tensões satisfazem a necessidade

da maioria das indústrias para distribuição interna.

Para sistemas até 10.000 kVA a tensão de 4,16 kV é mais econômica e para sistema

com potência maior que 20.000 kVA a tensão de 13,8 kV é mais econômica, sendo que

entre 10.000 kVA e 20.000 kVA, os custos para qualquer das duas tensões são

praticamente os mesmos.

Entretanto deve-se sempre considerar o fator de crescimento da indústria, isto é para um

sistema hoje a tensão de 4,16 kV pode parecer mais econômica, porém, com a expansão

do sistema a tensão de 13,8 kV poderá ser mais econômica. portanto, nesse caso, é

preferível instalar desde o início a tensão de 13,8 kV, porque o que importa é o custo

final da instalação.

Ver gráfico comparativo na figura abaixo :

SELEÇÃO DE TENSÃO PARA MOTORES DE MÉDIO E GRANDE PORTES

13.8

[kV]

4.16

10.000 [kVA]20.000

Qualquer:

4.16 kV ou

13.18 kV



Para motores de médio e grande porte (motores acima 250CV) a tensão de alimentação,

em geral, se situa na faixa das médias tensões, e, podem ser 2400V, 4160V, 6600V ou

13.800V. A potência do motor, a tensão já existente no sistema e as distâncias do cabo

alimentador definirão quais dessas tensões utilizar.

1 - 4160 x 2400V

Em geral, em todas as indústrias, a maior parte da potência instalada é constituída

por motores de potências variadas.

Estudos técnico-econômicos mostram que, todos os motores abaixo de 250 CV

devem operar em baixa tensão, em geral, 440V. Para motores maiores que 250CV,

existem as tensões de 2400, 4160, 6600 e 13.800V.

Comparando-se as tensões de 2400 e 4160V, não há razão prática, de se usar a

tensão de 2400V, a não ser, que a tensão seja existente no sistema.

O motor considerado individualmente, custa um pouco mesmo em 2400V, do que

4160V. Porém, o motor por si só não opera, portanto, necessita de cabos e

dispositivos de partida. São nesses equipamentos, que a tensão de 4160V leva

vantagem. Porque, sendo a classe de isolamento a mesma, isto é, de 5 kV, a corrente

em 4160V é menor para uma mesma potência. Portanto, a seção dos cabos, dos

barramentos e dos dispositivos de partida, são menores, proporcionando, quedas de

tensões menores, curto-circuito menores e maiores capacidades de expansão com

correntes mais baixas.

Desse modo, hoje em dia, o uso da tensão de 2400V está praticamente abandonado.

EXCEÇÃO

Quando em uma instalação, a predominância é de pequenos motores, e, se tem

pouquíssimos motores entre 200 a 400CV (por exemplo: 2 ou 3 motores), não é

justificável o emprego de tensões mais altas (2400 ou 4160V); sendo preferível

nesses casos, o uso da baixa tensão (440V), para a alimentação desses motores

através do emprego de dispositivos redutores da corrente de partida. Por exemplo:

auto-transformadores e softstart (dispositivos de redução de corrente, por

semicondutores de potência).

Conforme pode-se ver a seguir, motores até 200CV, incluindo o custo da

subestação, custa menos que em 2300V ou 4000V (curva A). Porém para motores

maiores, tem-se custos maiores, do que, em 2300 ou 4000V.

Para motores maiores de 200CV, considerando somente dispositivos de partida, é

mais econômica a tensão de 2300V, do que, a de 4000V (curvas B e C). Porém,

quando incluímos o sistema total nos custos, o sistema de 4000V é mais econômico

(curva D).

Gráfico mostrando as potências dos motores em relação ao custo:



A - Motores em 440V e controle mais custos da subestação

B - Motores em 2300V, com controles sem subestação

C - Motores em 4000V, com controle sem subestação

D - Motores em 2300V, com controles mais custos do sistema de 2400V em

comparação com 4000V.

2 - 13800 x 6900V

Em algumas indústrias, tais como, siderúrgicas e grandes bombeamentos; as

potências dos motores são muito grandes (da ordem de 2000CV a 12000CV). Para

essa gama de potência, a tensão de 4160V não é aplicável.]

Em geral, dois níveis de tensão são os mais adequados para esses motores: 6900

(6600) V ou 13.800 (13.200)V.

A primeira vista, é pensado, que a tensão de 6,9 kV é mais econômica, que a de

13.800V, porque:

a) Os motores na tensão de 6.600V, custam menos, por CV, que para 13.200V.

b) Do ponto de vista elétrico, a tensão de 6.900V, poderia ser utilizada também,

para motores menores que 2000CV.

Analisando acima, o item B, temos que: para os motores que são grandes para 440V,

porém pequenos para a tensão de 6,9 ou 13,2 kV, exigem-se um nível de tensão

intermediária e, portanto, nem sempre é verdade, dizer que o emprego da tensão de

6900V, elimina a tensão intermediária (4160V). Por exemplo, em termos de 600

CV, é mais econômico, ter-se o transformador de 6900 - 4160V com os respectivos

dispositivos de partida dos motores, do que, utilizar esses motores diretamente na

tensão de 6.900V. Portanto, a tensão intermediária de 4.160V, torna o sistema

bastante flexível para a utilização de motores de médio porte. Veja o diagrama

unifilar:

300

30

50

10

20

150100 250200

40

50

60

[Custo]

70

80

500450400350 [CV]

B

A

C

D



Outra consideração importante é verificar se existe economia em utilizar sistemas de

13.800V em comparação com 6.900V, sabendo-se previamente que motores em

13,2 kV são mais caros do que em 6,6 kV. Para isso, os sistema como um todo, deve

ser considerado. Isto é, transformadores, cubículos, subestações unitárias e cabos.

Para pequenos sistemas, por exemplo, até 20.000 kVA os níveis de curto circuito

são menores e, os custos para 6.900V e 13.800V são praticamente os mesmos. Em

relação aos cabos para 6,9 kV, o nível de isolamento é menor, porém, o volume de

cobre é maior em relação a 13,8 kV, e no geral, existe uma pequena diferença de

custo à favor de 13,8 kV.

Para a subestações unitárias, a diferença de custo, entre as duas tensões, é

insignificante.

Se no sistema existe, uma considerável quantidade de motores acima de 2000CV,

então, nesse caso existe, uma maior diferença de custo a favor da tensão de 6,9 kV.

Porém deve ser levado em conta a expansão do sistema, e pode ser que o sistema de

13,8 kV seja, então no todo mais econômico.

Quanto maior fica o sistema, os fatores que elevam o custo do sistema de 6,9 kV,

aumentam rapidamente e, o sistema de 13,8 kV fica progressivamente mais

econômico.

Os principais fatores são: Capacidade de transporte dos barramentos, disjuntores,

capacidade de curto-circuito e cabos.

Observação:

13800-4160 V

4160 V

460 V

13.8 KV

M

MOTORES

MAIORES QUE

2000 CVCCM BT

MOTORES

MAIORES QUE

250 CV

M

M

MOTORES

MAIORES QUE

250 CV

1000 KVA

13800-460 V

CCM MT



Aqui no Brasil, não existem praticamente fabricantes de disjuntores para a tensão de

6,9 kV (com exceção da SIEMENS), sendo os disjuntores de 13,8 kV os

mesmos utilizados para a tensão de 6,9 kV. Os demais equipamentos aqui

fabricados (transformadores de instrumentos, de potência, chave, cubículos,

etc.)com exceção dos motores, que custam bem mais caro em 13,8 kV.

Aqui no Brasil, a preferência em geral, é a utilização das tensões de 4,16 kV e de

13,8 kV, para os motores de médio e grande portes, salvo as instalações já existentes

em 6,6 kV, onde logicamente, não é prático alterar.

3 - Tensões Acima de 13,8 kV

Em instalações muito grandes, onde existem blocos de potências espalhados,

distantes uns dos outros; como por exemplo, AÇOMINAS e CVRD, a distribuição

em 13,8 kV torna-se anti-econômica, devido às quedas de tensões, altos níveis de

curto circuitos e, principalmente, pela capacidade de condução dos condutores.

Desse modo, a distribuição é feita em tensões mais altas como, 69 kV e 34,5 kV,

fazendo um “anel” em torno da instalação, de modo alimentar todos os blocos de

carga espalhados, e aí então, rebaixada para 13,8 kV ou 4,16 kV.

Os métodos para escolher esse nível de tensão mais alta, são regidos pelos mesmos

princípios utilizados para a escolha das tensões de 4,16 kV, 6,9 kV e 13,8 kV,

aliados sempre ao conhecimento e bom senso da equipe de engenheiros projetistas

do sistema.



CAPÍTULO 11 DO BEEMAN

DISTRIBUIÇÃO POR CENTROS DE CARGA

1. INTRODUÇÃO

No capítulo anterior, foram vistos os dados necessários para escolha de tensão em um

sistema elétrico, técnico e economicamente. Esses dados, mais as informações sobre

as cargas, nos permite projetar a distribuição do sistema elétrico e, a filosofia a ser

adotada para a distribuição do sistema elétrico é a de “Distribuição por Centros de

Carga”.

2. DEFINIÇÃO

O sistema de distribuição por centro de carga é aquele, em que, a potência é

distribuída por tensões de 4,16 kV a 13,8 kV, até os pontos onde estão concentradas

as cargas a serem alimentadas. Aí então, essa tensão é rebaixada para a tensão de

utilização e distribuída por alimentadores relativamente custos até as cargas. Esses

pontos de rebaixamento são feitos, geralmente, através de transformadores não

maiores que 1500 kVA e recebendo nome de SUBESTAÇÕES UNITÁRIAS.

3. VANTAGENS

Se compararmos o tipo de distribuição por centro de cargas, com o método utilizado

antigamente, composto apenas por uma subestação na entrada, veremos que o

sistema por centro de cargas tem muitas vantagens:

Primeiro, o custo é bem menor. O custo de uma subestação geral, ao invés, de

pequenas subestações, é maior devido, principalmente, aos quadros de

distribuição e aos comprimentos dos cabos envolvidos. Umas vez que, a

subestação sempre fica longe das cargas.

As perdas utilizando sistemas por centro de cargas são bem menores.

O sistema utilizando uma subestação geral, não é flexível. Porque, ou se faz uma

subestação grande para atender as cargas atuais e um eventual crescimento, ou,

uma subestação dimensionada para as cargas existentes, e, depois, se o sistema

crescer, faz outra subestação.

Em ambos os casos, os custos são muito altos; porque, no primeiro, se o sistema

não crescer, perde-se todo o investimento, e no segundo caso o custo de uma nova

subestação é bastante oneroso.

Em sistemas utilizando centros de carga, isto não acontece: Porque as subestações

unitárias são moduladas conforme a carga, e, se o sistema cresce, os investimentos

não são muito grandes.

Devido a distribuição até os centros serem em tensões de 4,16 a 13,8 kV, e a

distribuição na tensão de utilização ser feita por cabos relativamente curtos devido

à proximidade com as cargas, as quedas de tensões são relativamente pequenas e

bem distribuídas, geralmente, em torno de 3% a 5% no máximo. Em contraste

com o sistema utilizando uma subestação geral, as quedas de tensões são grandes e

concentradas, geralmente, acima de 10%.



[CUSTO]

25

50

75

125

100

150

CUSTO

TOTAL

CUBÍCULOS

SUBESTAÇÃO

CARGAS

SE GERAL:TRANSFORMADOR COM

POTÊNCA TOTAL PRA TODAS AS

CARGAS

CARGAS

SISTEMA UTILIZANDO UMA SUBSTAÇÃO SISTEMA UTILIZANDO CENTROS DE CARGA

460 V

SEU:TRANSFORMADOR COM POTÊNCA

APENAS PARA AS CARGAS DE SUA

ÁREA

CARGAS



4. TIPOS DE ARRANJOS COM CENTROS DE CARGAS

Devido ao fato existir muitas subestações unitárias, como centro de cargas em

sistemas industriais, existem diversas maneiras de arranjos.

Os quatros arranjos principais são:

4.1 - Radial

4.2 - Secundário Seletivo

4.3 - Primário Seletivo

4.4 - Reticulado

As mais importantes maneiras de se comparar esses arranjos são:

* Custos

* Segurança

* Flexibilidade

* Confiabilidade

* Facilidade de expansão

* Simplicidade

* Regulação de tensão

* Nível de curto-circuito

4.1 - Arranjo Radial

No arranjo existe somente um alimentador primário e um transformador, e

nenhum equipamento é duplicado. Veja figura. Desse modo, é o arranjo mais

simples, mais econômico e o mais utilizado; com cerca de 70% das aplicações.

Considerando-se que, estatisticamente o registro de falhas em transformadores

é cerca de 1 falha por 2500 transformadores ano, e que, para o alimentador

primário (cabos isolados); a estatística é de 1 falha por quilômetro por 100

anos. Podemos dizer que, a confiabilidade do arranjo radial é de quase 100%.

Entretanto, no caso de uma falha, toda a carga suprida pela subestação unitária,

será desenergizada. Além disso, no caso de manutenção nos cabos do

alimentador primário ou no transformador, requer completa paralisação do

sistema.

Em muitas indústrias, como por exemplo, refinarias e minerações; a

continuidade do serviço não pode ter riscos, então, nesse caso, é utilizado o tipo

de arranjo chamado de SECUNDÁRIO SELETIVO.



4.2 - Arranjo com Secundário Seletivo

Onde maior confiabilidade e flexibilidade são necessários para a continuidade

de um processo, o sistema radial pode ser modificado, com a união de dois

barramento secundários de dois sistemas radiais, através de um, disjuntor de

interligação, constituindo assim, o chamado secundário seletivo (ver figura).

Em condições normais, ambos os circuitos trabalham independentemente; em

caso de parada de um deles, fecha-se o disjuntor de interligação, evitando-se

assim a desenergização do circuito com problemas. Desse modo, esse tipo de

arranjo tem as mesmas qualidades do arranjo radial ganhando em

confiabilidade e flexibilidade, sendo que o nível de curto-circuito não é afetado,

porque os transformadores não podem operar em paralelo, devido ao inter-

travamento entre os disjuntores dos respectivos secundários com o disjuntor de

interligação, de modo a evitar que os dois possam operar fechados.

Um ponto importante a considerar é a capacidade dos transformadores no

arranjo secundário seletivo. Não há necessidade de um transformador ter a

capacidade de alimentar o seu próprio circuito mais outro do sistema, o que

deve ser feito é analisar as cargas, destacando quais são as prioritárias, isto é, as

que não devem sofrer paralisações e, em caso de emergências, manter essas

cargas ligadas e desconectar as demais. Entretanto, é prática, por projetistas,

aqui no Brasil, fazer com que nesse tipo de arranjo, um transformador seja

reserva do outro. Talvez, por comodismo, por não haver operadores bem

treinados, ou por desencargos de consciência.

I I

NTERTRAVAMENTO

ARRANJO RADIAL



ARRANJO SECUNDÁRIO SELETIVO

Circuito para intertravamento entre os disjuntores secundários e de interligação

no arranjo secundário seletivo.

- 52 - Contato do respectivo disjuntor (aberto com o disjuntor aberto)

a

- RT - Relé temporizado ao trabalho (0,2s)

- BA - Bobina de abertura do disjuntor respectivo

- S(A,B,C) - Chave seletora para selecionar qual disjuntor deverá ser aberto.

Operação

ARRANJO SECUNDARIO SELETIVO

460V

A

I

B

I C

460V

I

NTERTRAVAMENTO

BA/B

SB

BA/C

SC

A

B

C

+

-

52/aA

RT

52/aB 52/aC RT

BA/A

SASWITCH



Coloque a chave seletora para o disjuntor a ser aberto (B no caso da figura).

Então, feche o disjuntor que está aberto (C, por exemplo).

Assim o disjuntor C é fechado, os contatos 52/a estão fechados e o relé

temporizado RT é energizado; e 0,2s após o disjuntor B estará aberto.

5. SUBESTAÇÕES UNITÁRIAS (Arranjo Radial e Secundário Seletivo)

Geralmente, várias subestações unitárias, são alimentadas através de um único

alimentador geral, vindo da subestação principal, através de um disjuntor e respectiva

proteção.

O problema está, em como proteger os ramais que alimentam as subestações

unitárias.

O ideal seria, instalar em cada ramal, um disjuntor com a respectiva proteção. Porém,

esse procedimento é relativamente oneroso, e como veremos adiante, a falta do

disjuntor não desprotege o transformador.

O que se usa, é ao invés de disjuntor, seccionadora seca, atuação a vazio; para

interromper, somente a corrente de magnetização do transformador. Para isto, a

seccionadora deverá ser intertravada com o disjuntor do secundário, de modo a

evitar, operação em carga. Sendo que, a operação mais segura, é energizar o

transformador com a seccionadora já fechada, de modo, a evitar qualquer fechamento

da seccionadora em cima de defeitos no transformador.

6. PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTE DO TRANSFORMADOR

Conforme a norma NEC, parágrafo 4512b, é permitido a omissão de proteção

individual de um transformador quando:

“Um transformador tendo proteção de sobrecorrente no secundário ajustada até 250%

da corrente nominal, não precisa ter proteção individual no primário, se a proteção de

sobrecorrente do alimentador principal, estiver ajustada até seis vezes para

transformador de impedância não maior que 6% ou até quatro vezes para

transformador de impedância maior que 6% e menor que 10%”.

Caso o transformador não possua proteção no secundário o ajuste máximo do

alimentador primário é de 2.5 vezes a corrente nominal do transformador.

Explicando de outra maneira, equivale dizer que: A proteção de sobrecorrente, pode

ser omitida, quando o disjuntor principal tem a sua abertura ajustada até seis vezes a

corrente nominal do menor transformador (no caso de Z até 6%), conectada a esse

alimentador.

Exemplo



QUAL TRANSFORMADOR NECESSITA DE PROTEÇÃO?

7. TRANSFORMADORES EM PARALELO

Vantagens: Redução de queda de tensão na partida de grandes motores

Transferência de carga de um barramento para outro sem

sobrecarregar os transformadores.

Desvantagens: Alto nível de curto-circuito o que implica em custo mais

alto de barramento, disjuntores e cabos.

Proteção mais complexa.

Aplicação: Em média e alta tensão onde as correntes de curto-circuito

são compensadas com os níveis de tensões mais altas. Ex.: Em 13,8 kV não passar

do nível de 750 MVA (31,5 kA) que é o limite dos disjuntores nacionais.

Em baixa de tensão são pouco utilizados transformadores em paralelo devido ao

alto nível de curto-circuito, associado ao alto custo dos disjuntores.

50

51

1000 KVAz=5,5 %

3000 KVAz=6,5 %z=6 %

1500 KVAz=4,0 %500 KVA



UTILIZAÇÃO DE CHAVES SECCIONADORAS NO PRIMÁRIO DE

TRANSFORMADORES NOS CENTROS DE CARGAS.

Aplicação ideal: Utilização de disjuntores no primário de cada transformador.

Implica-se em custo muito alto, dependendo da potência do transformador o disjuntor

torna-se mais caro do que o próprio transformador.

No lugar dos disjuntores é usual utilizar seccionadoras.

Tipos de seccionadoras utilizáveis em centros de carga de média tensão:

Abertura a vazio: É aquela que não tem capacidade de interrupção em cargas.

Só é utilizada para manobras sem carga, no máximo interrompe a

corrente de magnetização do transformador.

Abertura em carga: É aquela que tem capacidade de interrupção sob carga é utilizada

para manobras em cargas, porém não tem capacidade de interrupção de corrente de

curto-circuito.

A diferença básica entre a seccionadora para abertura a vazio e a abertura em carga, é

que essa última tem uma câmara de extinção de arcos.

SECCIONADORA

ABERTURA A VAZIO

SECCIONADORA

ABERTURA SOB CARGA

CÂMARA DE

EXTINÇÃO DE

ARCO

01-Planejamento de Sistemas Elétricos Industriais

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