Manual de Equipamentos Elétricos, 4ª edição

Autor(es): MAMEDE FILHO, João
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Manual de Equipamentos Elétricos tem o objetivo de fornecer aos estudantes de engenharia elétrica e aos profissionais as informações técnicas mais atualizadas sobre os principais equipamentos elétricos utilizados nos sistemas de distribuição, transmissão e subestações de potência. A obra está didaticamente consistente com as necessidades dos usuários, sejam docentes, estudantes ou profissionais do setor, buscando transformar a teoria em casos práticos.

 

20 capítulos

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1. Para-raios a Resistor Não Linear

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Para-raios a

Resistor Não Linear

1.1 INTRODUÇÃO

As linhas de transmissão e redes aéreas de distribuição urbanas e rurais são extremamente vulneráveis

às descargas atmosféricas que, em determinadas condições, podem provocar sobretensões elevadas no sistema (sobretensões de origem externa), ocasionando a queima de equipamentos, tanto os da companhia concessionária como os aparelhos do consumidor de energia elétrica.

Para que se protejam os sistemas elétricos dos surtos de tensão, que também podem ter origem durante manobras de chaves seccionadoras e disjuntores (sobretensões de origem interna) são instalados equipamentos apropriados que reduzem o nível de sobretensão a valores compatíveis com a suportabilidade desses sistemas. Esses equipamentos protetores contra sobretensões são denominados para-raios. Como alternativa, também, são utilizados os descarregadores de chifre, cujo desempenho

é inferior ao dos para-raios, mas satisfazem plenamente os sistemas rurais, em que se buscam custos de construção e manutenção cada vez menores.

 

2. Chave Fusível Indicadora Unipolar

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Chave Fusível

Indicadora Unipolar

2.1 INTRODUÇÃO

Chave fusível é um equipamento destinado à proteção de sobrecorrentes de circuitos primários, utilizado em redes aéreas de distribuição urbana e rural e em pequenas subestações de consumidor e de concessionária. É dotada de um elemento fusível que responde pelas características básicas de sua operação.

Por tratar-se de um elemento fundamental e intimamente ligado à chave fusível, este capítulo abordará separadamente o equipamento e o seu elemento fusível correspondente.

2.2 CHAVE FUSÍVEL INDICADORA UNIPOLAR

As chaves fusíveis são denominadas também corta-circuitos e são fabricadas em diversos modelos para diferentes níveis de tensão e corrente.

2.2.1 Características Mecânicas

As chaves fusíveis, de forma geral, são constituídas das partes estudadas a seguir.

2.2.1.1 Isolador

Os isoladores são normalmente de porcelana vitrificada. Dependendo do modelo, as chaves fusíveis podem ser constituídas de um ou dois isoladores, cujas características serão estudadas no Capítulo 19.

 

3. Muflas Terminais Primárias e Terminações

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Muflas Terminais

Primárias e Terminações

3.1 INTRODUÇÃO

Mufla terminal primária ou terminação é um dispositivo destinado a restabelecer as condições de isolação da extremidade de um condutor isolado quando este é conectado a um condutor nu ou a um terminal para ligação de equipamento.

Há uma grande variedade de muflas ou terminações. Porém, as mais antigas são as muflas constituídas de um corpo de porcelana vitrificada com enchimento de composto elastomérico e fornecidas com kit que contém todos os materiais necessários a sua execução.

Esse tipo de mufla pode ser singelo ou trifásico. O primeiro destina-se às terminações dos cabos unipolares (muflas terminais singelas), enquanto o segundo tipo é utilizado em cabos tripolares (muflas terminais trifásicas). Podem ser utilizadas tanto ao tempo quanto em instalações abrigadas. A Figura 3.1 mostra a parte externa de uma mufla singela, enquanto a Figura 3.2 mostra os componentes interno e externo da mesma mufla.

 

4. Condutores Elétricos

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Condutores Elétricos

4.1 INTRODUÇÃO

Condutor de energia é o meio pelo qual se transporta potência desde um determinado ponto, denominado fonte ou alimentação, até um terminal consumidor.

O metal de maior utilização em condutores elétricos para sistemas de potência é o alumínio, devido ao seu baixo custo de mercado, quando comparado com o cobre, intensamente empregado nas instalações prediais, comerciais e industriais.

Até o ano de 1950, a isolação dos cabos de alta tensão era constituída de papel impregnado em óleo isolante. Nessa época foram desenvolvidos os cabos de isolação extrudada, fabricados de materiais sintéticos de natureza polimérica. De todos os materiais isolantes estudados, destacaram-se, pelos aspectos técnicos e econômicos, o cloreto de polivinila (PVC) e o polietileno (PE). Praticamente os dois compostos foram utilizados na mesma época.

Tanto o cloreto de polivinila quanto o polietileno perdem as suas características básicas quando submetidos a temperaturas superiores a 70°C. Para elevar o nível de temperatura de operação desses compostos, foram desenvolvidos materiais termofixos, obtidos por processos químicos de reticulação de suas moléculas, mediante a utilização de agentes que realizam as ligações entre as moléculas adjacentes de carbono-carbono, impedindo o deslocamento intermolecular que é característico dos compostos termoplásticos. Em decorrência dessa tecnologia, a isolação desses condutores pode operar em temperaturas bem mais elevadas, atingindo o valor em regime contínuo de 90°C.

 

5. Transformadores de Corrente

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Transformadores de Corrente

5.1 Introdução

Os transformadores de corrente são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionar adequadamente sem que seja necessário possuírem correntes nominais de acordo com a corrente de carga do circuito ao qual estão ligados. Na sua forma mais simples, eles possuem um primário, geralmente de poucas espiras, e um secundário, no qual a corrente nominal transformada

é, na maioria dos casos, igual a 5 A. Dessa forma, os instrumentos de medição e proteção são dimensionados em tamanhos reduzidos com as bobinas de corrente constituídas de poucos fios de cobre.

Os transformadores de corrente são utilizados para suprir aparelhos que apresentam baixa resistência elétrica, tais como amperímetros, relés, medidores de energia, de potência, etc.

Os TCs transformam, através do fenômeno de conversão eletromagnética, correntes elevadas, que circulam no seu primário, em pequenas correntes secundárias, segundo uma relação de transformação.

 

6. Transformador de Potencial

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Transformador de Potencial

6.1 INTRODUÇÃO

Os transformadores de potencial são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuir tensão de isolamento de acordo com a da rede à qual estão ligados.

Na sua forma mais simples, os transformadores de potencial possuem um enrolamento primário de muitas espiras e um enrolamento secundário através do qual se obtém a tensão desejada, normalmente padronizada em 115 V ou

Dessa forma, os instrumentos de proteção e medição são dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas e demais componentes de baixa isolação.

Os transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir aparelhos que apresentam elevada impedância, tais como voltímetros, relés de tensão, bobinas de tensão de medidores de energia, etc. São empregados indistintamente nos sistemas de proteção e medição de energia elétrica.

Em geral, são instalados junto aos transformadores de corrente, tal como se observa na Figura 6.1, no caso, uma subestação ao tempo de 230 kV de tensão nominal. Já a Figura 6.2 mostra a instalação de um transformador de potencial na sua base de concreto armado.

 

7. Bucha de Passagem

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Bucha de Passagem

7.1 INTRODUÇÃO

Buchas de passagem são elementos isolantes próprios para instalação em cubículos metálicos ou de alvenaria e em equipamentos diversos cuja finalidade é permitir a passagem de um circuito de um determinado ambiente para outro.

Além dos componentes normais, as buchas podem ser equipadas com outros recursos auxiliares, tais como transformadores de corrente, chifres metálicos para disrupção de tensões impulsivas, etc.

7.2 CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

As buchas de passagem podem ser classificadas em dois tipos básicos, como se verá a seguir.

7.2.1 Quanto à Instalação

7.2.1.1 Buchas de passagem para uso exterior

São as buchas em que os dois terminais estão expostos ao meio exterior. Os detalhes construtivos são encontrados na Figura 7.1, e suas dimensões, tomadas em ordem de grandeza, podem ser dadas na

Tabela 7.1. Sua aplicação é restrita a casos especiais, tais como a alimentação de transformadores de força separados por barreiras corta-fogo construídas em concreto armado.

 

8. Chaves Seccionadoras Primárias

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Chaves Seccionadoras

Primárias

8.1 INTRODUÇÃO

Segundo a NBR 6935, chave é um dispositivo mecânico de manobra que na posição aberta assegura uma distância de isolamento e na posição fechada mantém a continuidade do circuito elétrico nas condições especificadas.

A mesma norma define o seccionador como um dispositivo mecânico de manobra capaz de abrir e fechar um circuito, quando uma corrente de intensidade desprezível é interrompida ou restabelecida e quando não ocorre variação de tensão significativa através dos seus terminais. É também capaz de conduzir correntes sob condições normais do circuito e, durante um tempo especificado, correntes sob condições anormais, tais como curtos-circuitos.

Por interruptor se entende o dispositivo mecânico de manobra capaz de fechar e abrir, em carga, circuitos de uma instalação sem defeito, com capacidade adequada de resistir aos esforços decorrentes.

Já o seccionador interruptor é o dispositivo definido como interruptor e que, além de desempenhar essa função, é capaz de, na posição aberta, garantir a distância de isolamento requerida pelo nível de tensão do circuito. Ao longo deste capítulo, o seccionador também será chamado de chave seccionadora ou simplesmente chave, tendo em vista o uso já consagrado desses termos.

 

9. Fusíveis Limitadores Primários

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Fusíveis Limitadores

Primários

9.1 INTRODUÇÃO

Os fusíveis limitadores primários são dispositivos extremamente eficazes na proteção de circuitos de média tensão devido às suas excelentes características de tempo e corrente. São utilizados na proteção de transformadores de força, acoplados, em geral, a um seccionador interruptor, ou, ainda, na substituição do disjuntor geral de uma subestação de consumidor de pequeno porte, quando associados a um seccionador interruptor automático.

A principal característica deste dispositivo de proteção é a sua capacidade de limitar a corrente de curto-circuito devido aos tempos extremamente reduzidos em que atua. Além disso, possui uma elevada capacidade de ruptura, o que torna esse tipo de fusível adequado para aplicação em sistemas em que o nível de curto-circuito é de valor muito alto.

Normalmente, os fusíveis limitadores podem ser utilizados em ambientes tanto internos como externos, dependendo apenas das características de uso dos seccionadores aos quais estão associados.

 

10. Painéis Elétricos

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Painéis Elétricos

10.1 INTRODUÇÃO

Um painel elétrico genericamente compreende um conjunto de dispositivos de manobra associados a equipamentos de proteção, comando, medição e controle complementados por acessórios instalados internamente a um cubículo normalmente metálico dotado de estruturas de suporte.

Os painéis elétricos são também denominados pela norma ABNT NBR IEC 60050 (441) e ABNT

NBR IEC 60050 (151) conjunto de manobra e controle.

Os painéis elétricos podem ser classificados de diferentes formas, ou seja: a) Quanto ao nível de tensão

O nível de tensão de um painel elétrico está relacionado à classe de tensão dos equipamentos no interior dos quais estão instalados.

Em geral, os painéis são classificados em dois níveis de tensão:

• Painéis de baixa tensão

São aqueles no interior dos quais são instalados equipamentos de manobra, controle, medição, proteção e demais dispositivos necessários ao seu funcionamento, em que o nível de tensão é igual ou inferior a 1.000 V. Podem ser construídos para diferentes aplicações, conforme Figura 10.1.

 

11. Disjuntores de Alta Tensão

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Disjuntores de

Alta Tensão

11.1 INTRODUÇÃO

Os disjuntores são equipamentos destinados à interrupção e ao restabelecimento das correntes elétricas num determinado ponto do circuito.

Os disjuntores sempre devem ser instalados acompanhados da aplicação dos relés respectivos, que são os elementos responsáveis pela detecção das correntes, tensões, potência, etc. do circuito que, após analisadas por sensores previamente ajustados, podem enviar ou não a ordem de comando para a sua abertura. Um disjuntor instalado sem os relés correspondentes transforma-se apenas numa excelente chave de manobra, sem qualquer característica de proteção.

A função principal de um disjuntor é interromper as correntes de defeito de um determinado circuito durante o menor espaço de tempo possível. Porém, os disjuntores são também solicitados a interromper correntes de circuitos operando a plena carga e a vazio, e a energizar os mesmos circuitos em condições de operação normal ou em falta.

 

12. Transformadores de Potência

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Transformadores de Potência

12.1 INTRODUÇÃO

Transformador é um equipamento de operação estática que por meio de indução eletromagnética transfere energia de um circuito, chamado primário, para um ou mais circuitos denominados, respectivamente, secundário e terciário, sendo, no entanto, mantida a mesma frequência, porém com tensões e correntes diferentes.

Para que os aparelhos consumidores de energia elétrica sejam utilizados com segurança pelos usuários, é necessário que se faça sua alimentação com tensões adequadas, normalmente inferiores a 500 V.

No Brasil, as tensões nominais, aplicadas aos sistemas de distribuição secundários das concessionárias de energia elétrica, variam em função da região. No Nordeste a tensão predominante é de 380 V entre fases e de 220 V entre fase e neutro. Já na Região Sul, a tensão convencionalmente utilizada é de

220 V entre fases e 127 V entre fase e neutro. No entanto, em alguns sistemas isolados, são aplicadas tensões diferentes destas, como, por exemplo, a de 110 V.

 

13. Capacitores de Potência

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Capacitores de Potência

13.1 INTRODUÇÃO

Capacitor, também conhecido como condensador, é um dispositivo capaz de armazenar uma determinada quantidade de energia num campo elétrico.

O primeiro dispositivo inventado acidentalmente no ano de 1746 que foi capaz de armazenar energia elétrica é conhecido como garrafa de Leiden, desenvolvido pelo professor Pieter da Universidade de Leiden, na Holanda.

Uma das principais aplicações dos capacitores está relacionada com a correção de fator de potência para evitar que a unidade de consumo seja onerada na sua conta de energia no final do mês devido ao excesso de consumo de energia reativa indutiva e/ou de demanda de potência reativa indutiva no horário das 6 h às 24 h. Para isso são instalados bancos de capacitores de baixa ou média tensão comandados ou não por contactores, disjuntores ou por chaves apropriadas como no caso das chaves de média tensão para manobra.

Os capacitores reunidos em banco sem nenhum controle da potência capacitiva injetada no sistema elétrico é denominado banco fixo. Já os bancos de capacitores manobrados através de controlador de fator de potência são denominados bancos automáticos e são empregados na compensação de cargas reativas indutivas cuja variação de demanda é lenta e que resulta em poucas manobras do banco de capacitores.

 

14. Chave de Aterramento Rápido

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Chave de

Aterramento Rápido

14.1 INTRODUÇÃO

A chave de aterramento rápido é um equipamento destinado à proteção de sistemas elétricos, a qual, quando sensibilizada pela ação de um relé, provoca o aterramento, em geral, de uma fase, fazendo atuar um disjuntor de retaguarda, normalmente localizado longe do ponto de instalação da referida chave.

A aplicação dessas chaves é mais aconselhável em subestações de potência que não requeiram maiores níveis de continuidade de serviço, pois a sua operação implica um desligamento completo do sistema a partir do disjuntor de retaguarda. Normalmente, as chaves de aterramento rápido são utilizadas em subestações das concessionárias que suprem áreas rurais ou pequenas vilas dotadas de cargas de pouca expressão.

14.2 CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

As chaves de aterramento rápido são equipamentos de construção robusta e constituídos basicamente de três partes. a) Terminal

O terminal constitui a chave propriamente dita. Ao contato fixo do terminal está ligada uma das fases do sistema que deve ser aterrada por ocasião de um defeito. O contato móvel é constituído pela própria alavanca de aterramento que está ligada permanentemente à terra. b) Coluna de isoladores

 

15. Resistores de Aterramento

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Resistores de Aterramento

15.1 INTRODUÇÃO

As subestações de potência e as centrais de geração de grande porte propiciam correntes de curtocircuito assimétricas de valor muito elevado, o que pode ocasionar danos, de forma geral, à instalação e levar perigo às pessoas que as operam, se não forem tomadas medidas de proteção.

Os projetos de instalações elétricas desse porte obrigam, em muitos casos, a que a especificação dos equipamentos supere os limites das características técnicas, normalmente seguidos pelos fabricantes e, em outros, alguns requisitos normativos, o que acarreta, sem dúvida, um ônus à sua aquisição. Nesse caso, para reduzir os custos e manter a segurança das pessoas no âmbito do projeto, é necessário que se reduzam a níveis aceitáveis os valores das correntes de curto-circuito, principalmente no que se refere aos defeitos fase e terra, o que, nesse último caso, pode ser feito com a aplicação dos resistores de aterramento conectados ao ponto neutro dos transformadores de potência ou dos geradores da usina.

 

16. Reguladores de Tensão

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Reguladores de Tensão

16.1 INTRODUÇÃO

Os alimentadores de distribuição são projetados a partir do valor da carga máxima a ser alcançada ao longo do planejamento para a sua área de atuação. A partir desse dado são definidos os condutores do alimentador principal e dos seus ramais correspondentes, respeitando o princípio da máxima corrente da carga e da máxima queda de tensão admitida para o projeto, normalmente entre 5 e 7%.

Para dar sobrevida ao projeto quando os limites inferior e superior da tensão superam os valores definidos pelo PRODIST – Procedimentos da Distribuição, caracterizado por um conjunto de procedimentos de projeto e de operação, faz-se necessário aplicar equipamentos de regulação na derivação do alimentador na barra de média tensão da subestação de distribuição bem como ao longo do seu percurso. Existem várias formas de corrigir o valor da tensão nos terminais da carga de modo a satisfazer os limites de tensão anteriormente referidos.

• Instalação de um banco de capacitores fixos (não manobrável) no barramento de média tensão da subestação de distribuição

 

17. Religadores Automáticos

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Religadores Automáticos

17.1 INTRODUÇÃO

Religadores automáticos são equipamentos de interrupção da corrente elétrica dotados de uma determinada capacidade de repetição em operações de abertura e fechamento de um circuito, durante a ocorrência de um defeito.

Os religadores têm larga aplicação em circuitos de distribuição das redes aéreas das concessionárias de energia elétrica, por permitir que os defeitos transitórios sejam eliminados sem a necessidade de deslocamento de pessoal de manutenção para percorrer o alimentador em falta. Esses equipamentos não devem ser aplicados em instalações industriais ou comerciais, onde os defeitos são quase sempre de natureza permanente, ao contrário das redes aéreas urbanas e rurais.

Os religadores podem ser classificados, quanto ao número de fases, em: a) Monofásicos

São aqueles destinados à proteção de redes de distribuição monofásicas. Em redes trifásicas que alimentam cargas essencialmente monofásicas, podem ser utilizados religadores monofásicos em cada fase. Nesse caso, quando qualquer unidade operar, devido a um defeito fase e terra permanente, é bloqueada no final do ciclo de religação, sem afetar os outros consumidores ligados às outras duas fases remanescentes. b) Trifásicos

 

18. Seccionadores Automáticos

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Seccionadores Automáticos

18.1 INTRODUÇÃO

Seccionadores automáticos são equipamentos de proteção utilizados em redes aéreas de distribuição e que têm a finalidade de secionar definitivamente um trecho do alimentador, quando ocorre um defeito a jusante de sua instalação e cuja interrupção é efetuada por equipamento de retaguarda.

São conhecidos também como seccionalizadores, nome oriundo da língua inglesa, ou seja, seccionalizers. São na prática uma chave seccionadora a óleo, SF6 ou a vácuo com características de um equipamento de manobra com custo de aquisição de aproximadamente 40% do custo de um religador de mesma tensão e correntes nominais compatíveis.

Os seccionadores automáticos a SF6 podem ser fornecidos de duas diferentes formas. Na primeira, o gás hexafluoreto de enxofre SF6 funciona apenas com meio isolante e refrigerante do equipamento, podendo a câmara de extinção de arco conter outro meio extintor. Na segunda forma, tanto a câmara de extinção de arco como o meio isolante e refrigerante funcionam com o gás SF6.

 

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