CH3 Chave Elo Fusivel-4

______________________Chave Fusível e Elo Fusível________________________

________________________________Proteção de Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica: notas de aula Prof. Ghendy Cardoso Jr.

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SUMÁRIO

8. CHAVE FUSÍVEL E ELO FUSÍVEL .......................................................................................... 1

8.1 ELO FUSÍVEL .......................................................................................................................... 4

8.1.1 Princípio de funcionamento ........................................................................................ 5

8.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS ELOS FUSÍVEIS EM RELAÇÃO AOS DISJUNTORES ......... 6

8.3 TIPOS DE ELOS FUSÍVEIS ........................................................................................................ 6

8.4 CRITÉRIOS PARA A SELEÇÃO DAS CHAVES E ELOS FUSÍVEIS ................................................ 15

8.5 SELETIVIDADE ELO FUSÍVEL – ELO FUSÍVEL ......................................................................... 22

8.6 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DAS CHAVES E ELOS FUSÍVEIS ................................................... 28

1 ______________________Chave Fusível e Elo Fusível________________________


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8. Chave fusível e elo fusível A chave fusível (ou corta‐circuito) é um equipamento amplamente utilizado na

proteção contra sobrecorrentes em redes primárias de distribuição de energia elétrica. A sua operação consiste basicamente na fusão de um elemento fusível, quando o mesmo é percorrido por uma sobrecorrente, dentro de um determinado tempo, conforme a sua característica tempo x corrente.

Elo fusível é utilizado no interior do cartucho ou porta‐fusível, preso nas suas extremidades.

A

Figura 8.1 mostra alguns tipos de chave fusível e a Figura 8.2 destaca as suas principais partes.

O cartucho foi substituído pela lâmina desligadora – função como chave de manobra e não proteção (transforma a chave fusível em uma chave seccionadora). Capacidade de condução de corrente permanente de 300 A.

É utilizada para proteção de equipamentos e ramais das redes de distribuição de energia. Permite abertura em carga sem a necessidade de uso de ferramentas especiais. Em condições normais de operação, o circuito é interrompido pela queima do elo fusível, operando como uma chave normal, sem a participação da câmara de extinção de arco. O porta fusível foi desenvolvido para interromper correntes de alta intensidade



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Figura 8.1 – Chaves fusíveis.

Figura 8.2 – Componentes de uma chave fusível.

• Isolador: Tem por finalidade garantir a isolação da chave fusível. São constituídos de porcelana vitrificada que apresentam uma resistência mecânica condizente para suportar a abertura e o fechamento da chave. Podem ser de corpo único (aplicados em sistemas cuja corrente é menor ou igual a 200 A), ou do tipo pedestal (com dois isoladores), sendo estes utilizados em subestações para que possa ser feita a manutenção de disjuntores e religadores automáticos, sem a interrupção no fornecimento de energia elétrica.

• Gancho para abertura em carga: é acoplado nos terminais da chave fusível e tem por função possibilitar a abertura da mesma em carga. Sem este gancho não é possível manobrar a chave sob carga, uma vez que ela não possui um sistema para extinção do arco elétrico.

• Cartucho ou porta‐fusível: é o elemento principal da chave fusível. É constituído por uma fibra de vidro revestida internamente por uma fibra óssea, que aumenta a sua robustez e gera, em parte, os gases desionizantes (hidrogênio e monóxido de carbono) que provocam a interrupção do arco elétrico. Existem cartuchos onde a saída destes gases ocorre em sua parte inferior e outros pela parte inferior e superior. A escolha de um ou de outro está diretamente relacionada com a capacidade de interrupção almejada para a chave fusível. Estes dois tipos de cartuchos são mostrados nas Figura 8.3.



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Figura 8.3 – Chave fusível em operação.

• Articulação: corresponde à estrutura responsável pela movimentação da chave fusível, exercendo uma função fundamental na operação da mesma. É composta pelas seguintes partes:

o Limitador de recuo, cuja função é intertravar diretamente o cartucho no corpo da chave;

o Amortecedor, cuja função é minimizar o impacto decorrente da abertura do porta‐fusível;

o Limitador de abertura de 180º, cuja função é a de não permitir que o cartucho atinja a estrutura adjacente inferior durante a sua abertura;

o Batentes dos contatos, que tem por função proteger os contatos contra choques e deformações permanentes.



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o Terminal superior: é composto por três partes metálicas com a finalidade de garantir um engate perfeito do cartucho e também um bom contato elétrico. Resumidamente, as três partes são:

Contatos principais, constituídos por uma liga de cobre com alta resistência aos esforços mecânicos e térmicos decorrentes da corrente de curto‐circuito. A sua forma construtiva permite uma auto‐limpeza durante as operações de abertura e fechamento. Tranca de contato, que têm as funções de impedir a abertura acidental da chave fusível, evitar a queima dos contatos principais durante uma interrupção normal, reduzir a queima dos contatos principais quando a chave é fechada em condições de curto‐circuito. Guarda do contato, cuja função é guiar o cartucho durante o fechamento da chave, evitando que ele se solte e também proteger os contatos principais contra avarias durante o manuseio e operação da chave.

• Suporte de fixação: tem por finalidade dar sustentação à chave para que a mesma seja fixada em uma estrutura metálica.

8.1 ELO FUSÍVEL

O elo fusível é montado dentro do cartucho e é composto de um elemento metálico que na passagem de uma corrente elétrica elevada, funde‐se dentro de um intervalo de tempo determinado. A corrente e o tempo de fusão variam inversamente, ou seja, quanto maior for a corrente, menor o tempo de fusão.

Os elos fusíveis são constituídos pelas partes mostradas na Figura 8.4.

Figura 8.4 – Elo fusível.

• Cabeça com botão: tem por função fixar o elo fusível ao cartucho e estabelecer o contato elétrico.

• Elemento fusível: é fixado em uma extremidade, na cabeça com botão e na outra a uma cordoalha ou rabicho. O elemento fusível deve ser constituído por um material de tal forma que as suas características não sejam modificadas quando ocorrer a passagem da corrente nominal. Para que as curvas características tempo x corrente do elo fusível não sejam alteradas, é necessário utilizar um material que seja um metal ou liga metálica, não sujeitas a oxidação e que tenha uma temperatura de trabalho e ponto de fusão baixo. Com base nisto, o cobre não é indicado par ser utilizado como elemento fusível, uma vez que o seu ponto de fusão é 1083 °C e temperatura de trabalho 300 °C, causando, portanto uma carbonização do revestimento interno do cartucho. O chumbo que é largamente



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utilizado em fusíveis de baixa tensão não é apropriado para a média tensão, pois não tem a dureza necessária para evitar queima e deformação. Neste sentido, uma liga de estanho se torna amplamente adequada para ser utilizada como elemento fusível, pois além de ter uma boa resistência mecânica, possui uma temperatura de trabalho menor do que 100 °C e ponto de fusão em 230 °C. As dimensões do elemento fusível (diâmetro e comprimento) e a resistividade elétrica determinam o seu tempo de fusão em função da corrente passante, sendo este dependente da temperatura ambiente, da corrente, do grau de envelhecimento e do tipo de material utilizado.

• Rabicho ou cordoalha: formado por um condutor estanhado, composto por vários micro fios. O diâmetro da cordoalha é igual a 4 mm para elos de 1 a 50 A; 6,5 mm para elos de 65 a 100 A e 9,5 mm para elos de 140 a 200 A.

Para elos até 100 A, existe um tubo protetor de fibra isolante entre o elemento fusível e o rabicho, com a função de proteger o elemento fusível contra danos mecânicos e atuar como estabilizador do tempo de fusão, produzindo gases com a finalidade de interromper o arco elétrico para pequenas sobrecorrentes.

8.1.1 Princípio de funcionamento Os elos fusíveis quando submetidos a passagem da corrente elétrica, transferem

calor por condução à cordoalha. O comprimento do elemento fusível determina a quantidade de calor transferida, sendo que quando se tem uma baixa corrente e elemento fusível longo, ocorre no centro deste a formação de um ponto quente que ocasionará a sua fusão. Em contrapartida, com a mesma corrente e comprimento pequeno, todo o calor é transferido para a cordoalha e conseqüentemente não se tem a formação do ponto quente no centro do elemento fusível e, portanto, não haverá a sua fusão. No caso particular da passagem da corrente de curto‐circuito, não existe tempo suficiente para que o calor seja transferido a cordoalha, formando assim um ponto quente no elemento fusível ocasionando a sua fusão. Com base nisto, um elo fusível para uma dada corrente nominal tem um elemento fusível de diâmetro e comprimento especificados, de tal forma que o mesmo responda a uma característica de tempo de operação em função da corrente, de acordo com a norma NBR 5359/1989 da ABNT.

Com a fusão do elo, ocorre a formação de um arco elétrico que é extinto devido à ação de gases desionizantes, que proporcionam uma elevação da rigidez dielétrica, resultando em uma elevada resistência, provocando assim a interrupção da corrente quando ela passar pelo zero, impedindo a reignição do arco elétrico.

Relação de rapidez ou de velocidade: corresponde a razão entre as correntes de mínima fusão nos tempos 0,1 segundos e 300 segundos para elos até 100 A. Para elos maiores que 100 A, esta relação é obtida dividindo‐se as correntes mínimas de fusão nos tempos 0,1 e 600 segundos.



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8.2 VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS ELOS FUSÍVEIS EM RELAÇÃO AOS DISJUNTORES

• Os elos fusíveis são mais simples em sua operação, e de baixo custo. Eles mesmos detectam as sobrecorrentes. Os disjuntores necessitam dos relés como elementos detectores de correntes anormais;

• Os elos fusíveis não têm capacidade de efetuar manobras e, portanto, são usados normalmente com as chaves (formam o conjunto chave fusível);

• Os elos fusíveis não são de ação repetitiva. Devem ser trocados, com possibilidade de passar a ser usado um elo fusível errado. Os disjuntores podem abrir repetidamente com correntes anormais. Neste caso existe uma solução que a chave fusível repetidora.

• Os elos fusíveis são dispositivos monofásicos. Portanto, podem causar danos a motores trifásicos pela possibilidade de operação monofásica. Os disjuntores têm operação multipolar, e pode‐se evitar a operação monofásica.

• Elos fusíveis são mais rápidos do que o conjunto relé/disjuntor para as corrente elevadas, mas são mais lentos em sobrecargas (devido a curva extremamente inversa dos elos fusíveis.

• Os elos fusíveis têm característica tempo x corrente não ajustável. Ela pode ser alterada apenas pela mudança do tamanho e tipo do elemento fusível. Os relés oferecem uma longa margem de escolha das características tempo x corrente;

• Os elos fusíveis ficam sujeitos a tornarem‐se defeituosos sob ação de correntes próximas de seu ponto de fusão, enquanto que nos disjuntores isso não acontece.

• Os elos fusíveis podem ser vantajosos quando as cargas são monofásicas, mesmo que derivadas de redes trifásicas, quando ocorrer defeito nas fases que não alimentam a carga.

• Os disjuntores podem ser operados eletricamente nas estações remotas.

8.3 TIPOS DE ELOS FUSÍVEIS

Existem três tipos de elos fusíveis que são normalmente utilizados em sistemas de distribuição primária, sendo que cada um deles possui uma característica diferenciada de tempo x corrente. Os três tipos de elos são:

Tipo H:

São elos fusíveis de ação lenta destinados a proteção de transformadores de distribuição instalados no lado de média tensão (primário). São capazes de suportar correntes de alto surto, como as de magnetização dos transformadores, sem provocar a fusão do elemento fusível. Suportam, por exemplo, 80 a 100 A durante 0,1 segundos, e a relação de rapidez varia de 11,4 a 36,4.

Estão disponíveis nas correntes de 1, 2,3 e 5 A, com a fusão em 300 segundos em 2,3, 3,5, 4,5 e 7 A. Existe também o elo tipo H de 8 A, com corrente de interrupção máxima igual a 15 A.

Os elos H não possuem capacidade de sobrecarga, e ela é apenas o valor nominal do elo.



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As curvas tempo versus corrente destes elos são apresentadas na Figura 8.5 e na Figura 8.6.

Figura 8.5 – Curva de tempo mínimo de fusão dos elos fusíveis H.



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Figura 8.6 – Curva de tempo máximo de interrupção dos elos fusíveis H.



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Tipo K e T: Os elos tipo K têm característica rápida, enquanto que os do tipo T têm

característica lenta. Os elos K e T da mesma bitola têm pontos idênticos em 300 e/ou 600 segundos nas curvas tempo x corrente, tendo, portanto, as mesmas características para as correntes de sobrecarga. Porém, as curvas tempo x corrente divergem abaixo destes pontos. No caso, o elo K é mais rápido, com corrente elevada, do que o T da mesma bitola. Assim, a diferença entre os dois pode ser constatada pela relação de rapidez. Enquanto os elos K têm relação de rapidez entre 6 e 8,1, os elos T tem relação entre 10 e 13 (mais lentos). Os elos T são pouco utilizados no Brasil e geralmente, assim como os K, são aplicados na proteção de ramais das redes de distribuição primária.

Ambos são divididos em dois grupos:

• Preferenciais: 6, 10, 15, 25, 40, 65, 100, 140 e 200 A • Não‐preferenciais: 8, 12, 20, 30, 50 e 80.

A Figura 8.7 mostra a curvas de tempo de mínimo de fusão e máximo de

interrupção dos elos 50 T e 50 K, em função da corrente.

Figura 8.7 - Curva de tempo mínimo de fusão e total de interrupção dos elos 50 T e 50 K.

Ambos os grupos preferenciais e não preferenciais são séries completas e aceitáveis por si mesmas. Assim, na implantação de elos com finalidade de proteção escolhe‐se um grupo e exclui‐se o outro. Isto, pois não existe seletividade entre elos preferenciais e não‐preferenciais adjacentes (ex: elo 6 não é seletivo com o elo 8, mas é seletivo com o elo 10, 12 e outros; o elo 8 não é seletivo com o elo 10 , mas é



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seletivo com o elo 12, 15 e outros). Geralmente, são utilizados os elos preferenciais, já que são em número superior aos não‐preferenciais, aumentando a flexibilidade operativa.

Os elos K e T admitem sobrecargas de até aproximadamente 1,5 vezes os seus valores nominais sem causar excesso de temperatura à chave fusível, conforme mostra a Tabela 8.1. Por outro lado, a fusão dos elos K e T ocorrem em aproximadamente 2,5 vezes os seus valores nominais, para 300 segundos. Esta capacidade de sobrecarga é muito importante em aplicações onde a coordenação ou seletividade limita a escolha do elo fusível a ser utilizado.

Tabela 8.1- Corrente máxima admissível em regime permanente

Elo fusível H

Imáx (A)

Elo fusívelK ou T

Imáx(A)

Elo fusívelK ou T

Imáx (A)

1 1 6 9 40 60 (1) 2 2 8 12 50 75 (1) 3 3 10 15 65 95 5 5 12 18 80 120 (2)

15 23 100 150 (2) 20 30 140 190(3) 25 38 200 200(3) 30 45

1 somente quando for utilizado um porta fusível de 100 ou 200 A 2 somente quando for utilizado um porta fusível de 200 A 2 valor limitado pela chave fusível e porta fusível (máximo de 200 A).

As curvas tempo versus corrente dos elos fusíveis K e T são apresentadas na Figura

8.8, Figura 8.9, Figura 8.10 e na Figura 8.11.



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Figura 8.8 – Curva de tempo mínimo de fusão dos elos fusíveis tipo K.



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Figura 8.9– Curva de tempo máximo de interrupção dos elos fusíveis tipo K.



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Figura 8.10 – Curva de tempo mínimo de fusão dos elos fusíveis tipo T.



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Figura 8.11– Curva de tempo máximo de interrupção dos elos fusíveis tipo T.



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8.4 CRITÉRIOS PARA A SELEÇÃO DAS CHAVES E ELOS FUSÍVEIS

a) A seleção de uma chave fusível está condicionada à compatibilidade entre as características elétricas do ponto de instalação e às características elétricas da chave fusível. Para tal, os seguintes critérios devem ser obedecidos:

• Tensão Nominal: A tensão nominal da chave fusível deve ser no mínimo, aproximadamente igual à classe de tensão do sistema onde será instalada.

• Corrente nominal: deve ser igual ou maior do que 1,5 vezes o valor nominal do elo fusível a ser instalado na mesma. Em casos onde não exista a possibilidade de crescimento de carga, não haverá necessidade de obedecer a este critério.

• Nível Básico de Isolamento (NBI): Deve ser compatível com o do sistema. • Capacidade de Interrupção: Deve ser maior que a corrente de curto‐circuito

trifásica (simétrica e assimétrica) no ponto de instalação. • Dispositivo para abertura em carga: Visando possibilitar o desligamento de ramais

sem prejudicar o fornecimento de energia a outros consumidores ligados no mesmo circuito, deverão ser utilizadas chaves fusíveis equipadas com dispositivos para abertura em carga (norma Bandeirante).

A Tabela 8.2 fornece as principais características das chaves fusíveis, sendo estas

classificadas quanto ao tipo em função do modelo da base.

Tabela 8.2 - Características técnicas das chaves fusíveis de distribuição.

Base Porta fusível Tensão suportável nominal

Tipo kV max Inom (A)

Inom (A)

Capacidade de Interrupção

Impulso atmosférico (kV crista)

Freq. Industrial a seco e sob chuva

(kV crista) Assimétrica

(A) Simétrica

(A) (1) (2) (1) (2)

A

15 100

50 1250 900

95 110 30 35 B ou C

100 2000 1400 4000

10000 2800 7100

200 200 10000 7100 (1) para a terra e entre pólos (2) entre contatos abertos

b) Na proteção de transformadores de distribuição, de modo geral, o elo fusível deve proteger o transformador. Para que essa proteção seja efetiva, os seguintes critérios devem ser obedecidos:

• O elo fusível deve operar para curtos‐circuitos no transformador ou na rede secundária, eliminando a repercussão dessas faltas na rede primária.

• O elo fusível deve suportar continuamente, sem fundir, a sobrecarga que o transformador é capaz de admitir sem prejuízo de sua vida útil.

Ielo 300” > 2x Inominal do transformador

Ielo 300” é a corrente em 300” na curva de mínima fusão.



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• O elo fusível poderá fundir com tempo inferior a 17”, quando submetido a uma corrente de 2,5 a 3 vezes o valor da corrente nominal do transformador. Isto, pois deve fundir em tempos menores que os correspondentes a danos do transformador.

• O elo fusível deve suportar a corrente transitória de magnetização durante 0,1 segundo, sendo esta estimada em 6 a 12 vezes a corrente nominal dos transformadores de potência até 2 MVA (ver Item 5.2).

Nota: Nem sempre é possível atender, simultaneamente, às quatro condições supracitadas, o que poderá resultar na perda da proteção do transformador contra sobrecargas por meio de elo fusível.

A ANSI C57.92‐1962 estabelece a curva de carga de curta duração (efeitos térmicos) para os transformadores de distribuição e potência imersos em óleo, conforme mostra a Tabela 8.3.

Tabela 8.3 – Sobrecorrente admissível de curta duração.

Tempo Múltiplo da corrente nominal

2 s 2510 s 11,330 s 6,360 s 4,75

300 s (5 min) 31800 s (30 min) 2

De modo a incorporar os efeitos térmicos e mecânicos das correntes de curto‐

circuito sobre o transformador, a norma ANSI C57.92‐1962 foi revisada dando origem a IEEE Std C57.109‐1993, que classifica os transformadores nos quatro tipos mostrados na Tabela 8.4 e estabelece o descrito a seguir.

Tabela 8.4 – Classificação dos transformadores.

Tipo Monofásico (kVA) Trifásico (kVA) I* 5 ‐ 500 15 – 500 II 501 ‐1667 501 – 5000 II 1668 – 10 000 5001 – 30 000 IV Acima de 10 000 Acima de 30 000

* no tipo I estão inclusos os transformadores fabricados com base na IEEE Std C57.12.20 ‐1988 até 500 kVA, mono ou trifásicos. Os autotransformadores de 500 kVA fabricados como transformadores de distribuição com base na mesma Std devem ser incluídos nesta categoria, mesmo que os dados de placa indiquem uma potência maior que 500 kVA.



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Figura 8.12 – Transformadores tipo I (5 – 500 kVA monofásico; 15 – 500 kVA trifásico)



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Figura 8.13 – Transformadores tipo II (501 – 1667 kVA monofásico; 501 – 5000 kVA trifásico)



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Figura 8.14 – Transformadores tipo III (1668 – 10 000 kVA monofásico; 5001 – 30 000 kVA trifásico).



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Figura 8.15 – Transformadores tipo IV (acima de 10 000 kVA monofásico; acima de 30 000 kVA trifásico)



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Tabela 8.5 – Tabela para escolha dos elos fusíveis K e H para a proteção de transformadores. Potência do

Transformador (k VA)

2,3 kV 3,8 kV 6,6 kV 11,4 kV 13,8 kV 22 kV 25 kV 34,5 kV

Transformador monofásico 5 3H 2H 2H 1H 1H

7,5 5H 3H 2H 1H 1H 10 6K 5H 3H* 2H 1H* 1H 1H 15 8K 6K 3H* 2H 2H 1H 1H 25 10K 8K* 5H 3H* 3H 1H* 2H

Transformador trifásico 5 2H 2H 1H

10 5H 3H 1H* 1H 1H 15 6K 5H 1H* 2H 1H 1H 1H 25 8K 6K 3H* 2H 1H 1H 1H 1H 30 8K 6K 3H* 3H 2H 1H* 1H 1H

37,5 10K 6K 5H 3H 3H 1H* 2H 1H 45 12K 8K 5H* 5H 3H 1H* 2H 1H 50 15K 8K* 6K 5H 3H 2H 2H 1H 75 20K 12K 8K 6K 5H 3H 3H 2H

100 25K 15K 10K 6K 6K 5H 5H 2H 112,5 30K 20K 10K* 6K 6K 5H 5H 2H 150 40K 25K 15K 8K* 8K 5H* 6K 3H 200 50K* 30K 20K 12K 10K 6K 6K 5H 225 65K 40K 20K* 12K 10K* 6K 6K 5H 250 65K 40K 25K 15K 12K 8K 8K 5H 300 80K 50K 30K 15K 15K 10K 8K 6K 400 100K 65K 40K 20K 20K 12K 10K 8K 500 140K 80K 50K 25K 25K 15K 12K 10K 600 200K 100K 65K 30K 30K 20K 15K 12K

*devem ser utilizados em casos normais. Porém, quando houver queima freqüente devido à presença de motores de potência elevada, deve-se utilizar o fusível imediatamente superior

Por exemplo, analisando a Figura 8.12 e considerando o tempo de 300” (3 vezes a

corrente nominal) e os transformadores monofásicos de 5; 7,5; 10 kVA, pode‐se concluir que: estes, cujas correntes nominais a serem multiplicadas por 3 são 0,36 A; 0,54 A; 0,72 A, respectivamente, não estão protegidos contra sobrecarga em 13,8kV, pois o elo 1H romperá no máximo com 3,3 A em 300”(ver Figura 8.6).

c) Na proteção de ramais, os critérios para o dimensionamento da corrente nominal do elo fusível são:

A corrente nominal do elo fusível deve ser maior que a corrente de carga prevista no horizonte de estudo (de 3 a 5 anos).

ou 1,5

(CPFL,2003) (Eletrobrás, 1982) Onde: Ielo é a corrente nominal do elo‐fusível; FC é o fator de crescimento da carga, dado por:

1%

100

Onde: X% é o fator de crescimento percentual anual.



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n é o número de anos para horizonte de estudo. Icarga max é a corrente de carga máxima atual passante no ponto de instalação, já

levando‐se em consideração as manobras.

, "

" (*) ou (**)

(*) é menos restritivo que (**), pois Ielo300”≈ 2,5* Ielo, o que implica em

2,5

Onde : Ielo 0,13” é a corrente em 0,13” na curva de tempo mínimo de fusão do elo. Iinrush é a corrente de inrush esperada. Ielo 300” é a corrente em 300” na curva de tempo máximo de interrupção. Nota: sempre que for possível deve‐se evitar o uso dos elos 6K para proteção de

ramais, de modo a se evitar queimas desnecessárias devido a descargas atmosféricas.

• No caso do sistema com neutro multi‐aterrado (norma Bandeirante): o Circuitos Monofásicos:

Corresponder no máximo a 35% do valor da corrente de curto‐circuito fase‐terra no fim do ramal.

o Circuitos Bifásicos ou Trifásicos (04 fios):

Corresponder no máximo a 45% do valor da corrente de curto‐circuito fase‐fase no fim do ramal.

Nos dois casos anteriores, se possível, deve‐se considerar o trecho para o qual o elo fusível é proteção de retaguarda.

8.5 SELETIVIDADE ELO FUSÍVEL – ELO FUSÍVEL

Quando dois ou mais elos fusíveis são aplicados a um sistema, o dispositivo mais próximo da carga é conhecido como dispositivo protetor e o mais próximo da fonte é conhecido como dispositivo protegido, como ilustra a Figura 8.16 (McGRAW‐EDISON COMPANY).



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Figura 8.16 - Definição dos dispositivos de proteção com relação a sua localização (McGRAW-EDISON COMPANY).

Para que haja seletividade entre fusíveis é necessário que o dispositivo protetor

elimine a falta (temporária ou permanente) antes que o dispositivo protegido interrompa o circuito.

Um exemplo simples da seletividade de um sistema está mostrado na Figura 8.17, onde a subestação recebe energia de uma linha de transmissão, abaixando a tensão para o nível de distribuição. A energia então é entregue aos consumidores por meio dos transformadores de distribuição.

Os dispositivos de proteção estão localizados em pontos estratégicos de modo a permitirem a seletividade. O dispositivo A está na subestação. Os dispositivos C e H estão no alimentador principal. O dispositivo B está em um ramal do alimentador principal. O dispositivo D está no lado primário do transformador de distribuição e os dispositivos E, F e G são fusíveis relacionados à carga no lado secundário do transformador de distribuição. Todos os dispositivos devem ter sido selecionados adequadamente para suportar a corrente de carga e responder de forma segura às correntes de falta.

Figura 8.17 - Exemplo típico de seletividade entre fusíveis de um sistema de distribuição (McGRAW-EDISON COMPANY).



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Com relação ao dispositivo H, o dispositivo C é o dispositivo protegido. Para uma falta no ponto 1, o dispositivo C não deve abrir e o dispositivo H deve interromper a corrente de falta. Já, em relação ao dispositivo A, o dispositivo C é o dispositivo protetor e deve interromper a corrente para uma falta permanente no ponto 2 antes que o dispositivo A opere desligando o circuito. O dispositivo B também é o dispositivo protetor para A e deve operar similarmente a C para uma falta no ponto 3. O dispositivo A deverá interromper o circuito somente quando a falta ocorre entre os dispositivos A e C ou A e B, tal como no ponto 4. Para uma falta no ponto 5, o dispositivo D opera. Para uma sobrecarga no lado secundário do transformador de distribuição, no ponto 6, o dispositivo E deve interromper a corrente no trecho por ele protegido, permitindo desse modo que o transformador continue a alimentar os consumidores conectados a outros sub‐ramais, protegidos por F e G, no seu lado secundário.

De maneira geral, a seletividade entre elos fusíveis deve obedecer aos seguintes critérios:

• A seletividade deve ser realizada considerando a máxima corrente de curto‐circuito no ponto de instalação do elo fusível protetor. Se não for possível a seletividade para este valor de corrente, utiliza‐se a corrente de curto‐circuito fase‐terra mínimo, tendo em vista ser este o mais provável de ocorrer (ELETROBRAS, 1982). Assim, a seletividade poderá ser perdida para defeitos entre fases.

• Em sistemas trifásicos a quatro fios, onde o condutor neutro é contínuo e interligado à malha da subestação, a seletividade deverá ser realizada considerando a máxima corrente de curto‐circuito no ponto de instalação do elo protetor. Se não for possível a seletividade para este valor de corrente, utiliza‐se a corrente de curto‐circuito fase‐terra (franco), tendo em vista que este tipo de defeito é possível de ocorrer.

• Caso o elo protetor seja o do transformador de distribuição, a seletividade com o elo protegido será desprezada, se essa seletividade acarretar em um valor muito elevado do elo protegido, prejudicando a seletividade da proteção do circuito primário.

• Quando existir um elevado número de elos fusíveis em série poderá ser impraticável a seletividade do sistema. Neste caso, deve‐se reduzir a quantidade de elos fusíveis ou instalar um religador ou seccionalizador.

• Elos fusível tipo H não devem ser utilizados na proteção de circuitos primários, reservando‐os para a proteção de transformadores de distribuição, pois são lentos e adequados a esse fim. Para proteção de circuitos primários utilizam‐se os elos do tipo K e T.

• Para ampliar a faixa de coordenação e reduzir ao mínimo os tipos de elos fusíveis utilizados, deve‐se optar sempre que possível pela utilização ou dos elos preferenciais (6, 10, 15, 25, 40, 65, 100, 140 e 200K) ou dos elos não‐preferenciais (8, 12, 20, 30, 50 e 80K).

• Para evitar a queima desnecessária, devido a surtos de descargas atmosféricas, recomenda‐se sempre que possível, a não utilização do elo fusível 6K (Giguer, 1988).



UFSM, DESP

Obedecendo a esses critérios, a seletividade entre elos fusíveis pode ser obtida

por meio de três métodos:

• Usando as curvas características dos elos fusíveis. • Usando as tabelas de seletividade preparadas pelos fabricantes de elos fusíveis. • Usando uma regra de procedimento prático.

Primeiro método:

A seletividade entre o elo fusível protegido e o protetor é considerada satisfatória quando o tempo máximo de interrupção do elo fusível protetor for no máximo 75% do tempo mínimo de fusão do elo protegido, em toda a faixa de seletividade, como mostra a Figura 8.18. O fator de compensação de 75% foi escolhido por levar em consideração algumas variáveis de operação, tais como pré‐carregamento, temperatura ambiente e a fusão parcial do elo fusível devido a corrente de falta de curta duração. Naturalmente, se não houver nenhuma intersecção entre as duas curvas mencionadas, é obtida uma seletividade completa. Entretanto, se houver algum ponto de intersecção entre as duas curvas, o valor da corrente associada a este ponto será o limite de uma seletividade parcial (GÖNEN, 1986).

0,75 . í

Figura 8.18 – Seletividade entre dois elos fusíveis em série (GÖNEN, 1986).



UFSM, DESP

Segundo método: Estabelece o uso de tabelas de seletividade desenvolvidas pelos fabricantes dos

elos fusíveis (GÖNEN, 1986). Este método é considerado o mais conveniente na coordenação entre elos fusíveis, sendo geralmente o mais utilizado (McGRAW‐EDISON COMPANY).

A Tabela 8.6, Tabela 8.7, Tabela 8.8 e a Tabela 8.9, foram desenvolvidas pela General Electric. Essas tabelas mostram a máxima corrente de falta na qual a seletividade entre elos fusíveis é garantida. Neste caso, os elos fusíveis são analisados em pares, sendo as tabelas baseadas no fator de compensação de 75% descrito no primeiro método. Assim, a determinação da curva de tempo total não é necessária já que o valor máximo da corrente de falta para uma determinada combinação de elos fusíveis em série é dado pelas tabelas (GÖNEN, 1986).

Tabela 8.6 - Seletividade entre elos fusíveis tipo K e tipo H. Elo

Protetor B (A)

Elo fusível protegido A (A)

8K 10K 12K 15K 20K 25K 30K 40K 50K 65K 80K 100K 140K 200K Máxima corrente de falta em B, que protegerá A

1H 125 280 380 510 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 2H 45 220 450 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 3H 45 220 450 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 5H 45 220 450 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 8H 45 220 450 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200

Tabela 8.7 - Seletividade entre elos fusíveis tipo T e tipo H. Elo

Protetor B (A)

Elo fusível protegido A (A)

8T 10T 12T 15T 20T 25T 30T 40T 50T 65T 80T 100T 140T 200T Máxima corrente de falta em B, que protegerá A

1H 400 520 710 920 1200 1500 2000 3200 2540 3200 4100 5000 6100 15200 2H 240 500 710 920 1200 1500 2000 3200 2540 3200 4100 5000 6100 15200 3H 240 500 710 920 1200 1500 2000 3200 2540 3200 4100 5000 6100 15200 5H 240 500 710 920 1200 1500 2000 3200 2540 3200 4100 5000 6100 15200 8H 240 500 710 920 1200 1500 2000 3200 2540 3200 4100 5000 6100 15200

Tabela 8.8 - Seletividade entre fusíveis do tipo K (McGRAW-EDISON COMPANY). Elo

Protetor B (A)

Elo Protegido A (A) 8K 10K 12K 15K 20K 25K 30K 40K 50K 65K 80K 100K 140K 200K

Máxima corrente de falta em B, que protegerá A 6K 190 350 510 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 8K 210 440 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200

10K 300 540 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 12K 320 710 1050 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 15K 430 870 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 20K 500 1100 1700 2200 2800 3900 5800 9200 25K 660 1350 2200 2800 3900 5800 9200 30K 850 1700 2800 3900 5800 9200 40K 1100 2200 3900 5800 9200 50K 1450 3500 5800 9200 65K 2400 5800 9200 80K 4500 9200

100K 2000 9100 140K 4000



UFSM, DESP

Tabela 8.9 - Seletividade entre fusíveis do tipo T (McGRAW-EDISON COMPANY). Elo

Protetor B (A)

Elo Protegido A (A) 8T 10T 12T 15T 20T 25T 30T 40T 50T 65T 80T 100T 140T 200T

Máxima corrente de falta em B, que protegerá A 6T 350 680 920 1200 1500 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 8T 375 800 1200 1500 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200

10T 530 1100 1500 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 12T 680 1280 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 15T 730 1700 2500 3200 4100 5000 6100 9700 15200 20T 990 2100 3200 4100 5000 6100 9700 15200 25T 1400 2600 4100 5000 6100 9700 15200 30T 1500 3100 5000 6100 9700 15200 40T 1700 3800 6100 9700 15200 50T 1750 4400 9700 15200 65T 2200 9700 15200 80T 7200 15200

100T 4000 13800 140T 7500

Terceiro critério:

Usam‐se elos preferenciais do tipo T com elos preferenciais do tipo T (ou não‐preferenciais do tipo T com não‐preferenciais do tipo T), ou elos preferenciais do tipo K com elos preferenciais do tipo K (ou não‐preferenciais do tipo K com não‐preferenciais do tipo K).

O método vale somente para os dois tipos de elos fusíveis mais empregados: K e T. A regra estabelece que:

• Para os elos do tipo K, é prevista uma seletividade satisfatória entre fusíveis adjacentes até uma corrente 13 vezes a nominal do elo fusível protegido;

Pode‐se notar por meio da Tabela 8.10 e da Tabela 8.11 que o critério de 13 vezes o valor do elo protegido é conservador, pois impõe os limites da seletividade em valores inferiores ao da tabela de seletividade. A mesma observação serve para os elos T.

Tabela 8.10 – Razão entre a Corrente de seletividade e elo protegido (preferenciais).

Elo protetor Elo protegido Seletividade(A)

Seletividade

13 x Elo Protegido (A)

6K 10K 190 19 130

10K 15K 300 20 195

15K 25K 430 17,2 325

25K 40K 660 16,5 520

40K 65K 1100 16,9 845

65K 100K 2400 24 1300

100K 140K 2000 14,28 1820

140K 200K 4000 20 2600

Tabela 8.11 - Razão entre a Corrente de seletividade e elo protegido (não preferenciais).

Elo protetor Elo protegido Seletividade(A)

Seletividade

13 x Elo Protegido (A)

8K 12K 210 17,5 156

12K 20K 320 16 260

20K 30K 500 16,67 390

50K 80K 1450 18,1 1040



UFSM, DESP

• Para os elos do tipo T, é prevista uma coordenação satisfatória entre fusíveis

adjacentes até uma corrente 24 vezes a nominal do fusível protegido.

8.6 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DAS CHAVES E ELOS FUSÍVEIS Exemplo 1:

Dimensione a chave fusível do sistema mostrado na Figura 8.20.

Figura 8.19 – Exemplo 1.

Exemplo 2:

Dimensione a chave fusível e o elo fusível do sistema mostrado na Figura 8.20.


Considere que os elos fusíveis disponíveis são os apresentados na Tabela

8.12.



UFSM, DESP

Tabela 8.12 – Dados do exemplo 2.

Elo I de carga Max (A) I elo 300” (A) I 0,13” (A) 10K 10 23 110 15K 15 37 190 25K 25 60 315 40K 40 85 510 65K 65 150 800



UFSM, DESP

Exemplo 3:

Faça o estudo de seletividade do sistema mostrado na Figura 8.21




UFSM, DESP

Exemplo 4:

Fazer o estudo de seletividade do sistema mostrado na Figura 8.22 tomando como base o valor da corrente de curto‐circuito mínimo, já que este tipo de defeito é o que ocorre com mais freqüência. Note que neste caso poderão ocorrer perdas de seletividade para defeitos trifásicos, bifásicos ou fase‐terra máximo. Considere uma taxa anual de crescimento da carga de 8 % e um horizonte de estudo de 2 anos.

430372320

600520400

21 A

2

300260200

340294210

26022535

3

4

1

Subestação

5

13,8 kV

280242100

300260120

25021745

520450380

6

7

420364180

9 A12 A6 A

6 A

6 A

3 A

Legenda

Icc 3FIcc FT

Icc FT min

Ponto

Correntes de curto-circuito

(A)

500433350


CH3 Chave Elo Fusivel-4

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