O cálculo de curto-circuito é parte fundamental para elaboração do estudo de proteção e dimensionamento de equipamentos como disjuntor e transformadores de corrente. Muitas pessoas tem dificuldade de realizar esses cálculos manualmente por não dominarem completamente as técnicas que envolvem essa área da elétrica, que faz parte do dia a dia de diversos profissionais que atuam com projeto, proteção e estudos elétricos. Vamos passar algumas dicas no artigo de hoje para te ajudar.
Domine PU
Uma das formas de simplificar os cálculos feitos para o curto-circuito é realiza-lo em por unidade(pu). Isso faz com que o racional de cálculo fique mais simples e reduz bastante linhas de cálculo, diminuindo muito a chance de erro. É importante considerar as grandezas de base adequadas e fazer as devidas mudanças para que todas as impedâncias utilizadas no cálculo estejam na mesma base.
Normalmente definimos os valores da potência () e tensão base () para depois encontrar as outras duas grandezas. Para o cálculo de curto-circuito em PU a dica é utilizar sempre a mesma potência base e considerar as grandezas de tensão de acordo com a tensão dos transformadores instalados, criando seções com as bases bem definidas.
Para fazer a mudança de base de uma impedância em PU, utiliza-se a fórmula:
Entenda as características de cada curto-circuito
Como sabemos existem diversos tipos de curto-circuito que podem ocorrer no sistema, seja por contato direto ou através de uma impedância de contato que pode ser inclusive um arco elétrico, que pode ser listado a seguir:
- Trifásico
- Bifásico
- Bifásico – Terra
- Fase-Terra
Cada curto-circuito possuem características especificas que podem ser representadas pelas condições de contorno. Através dessas informações já teremos um indicativo forte de como fazer as ligações dos diagramas e calcular as informações de corrente e tensão nas barras de interesse.
Domine Componentes de Sequência
Um sistema trifásico desequilibrado pode ser decomposto em três sistemas equilibrados que são denominadas componentes simétricas ou componentes de sequência dos fasores originais. Os sistemas equilibrados são:
– Sequência Zero (Va0, Vb0, Vc0): Três fasores iguais em módulo com defasagem zero entre si.
– Sequência Positiva (Va1, Vb1, Vc1): Três fasores iguais em módulo com defasagem de 120° entre si, com a mesma sequência de fase dos fasores originais.
– Sequência Negativa (Va2, Vb2, Vc2): Três fasores iguais em módulo com defasagem de 120° entre si, com sequência de fase contrária à dos fasores originais.
Para o cálculo do curto-circuito é recomendável calcular em termos de componentes de sequência, portanto teremos que avaliar o tipo do curto e as condições de contorno aplicáveis aquele caso.
Impedância equivalente de Thevenin
Um dos métodos mais utilizados para calcular curto-circuito é o de equivalente de Thevenin, por ser prático intuitivo e contemplar todas as impedâncias envolvidas. A ideia aqui é converter cada circuito de sequência em um equivalente de Thevenin, para que seja ligado de acordo com o tipo de falta como vimos anteriormente.
Para achar a impedância de Thevenin pelo método simplificado basta eliminar todas as fontes e aplicar a tensão de Vth igual a 1pu no ponto de falta. A partir daí é feito o equivalente somando-se as impedâncias do circuito.
A impedância equivalente nesse caso será:
Converter Componente de Sequência para Componentes de Fase
Para converter de componente de sequência para componente de fase ou vice-versa, deve-se aplicar as matrizes de conversão abaixo:
Então para as grandezas de tensão, corrente e impedância deve-se fazer o cálculo considerando as matrizes acima, conforme resumo abaixo:
Lembrando que os valores do operador a são:
a = 1<120°
a² = 1<240°
Etapas do Cálculo de Curto-Circuito
Com base nas dicas e conceitos que exploramos nesse artigo de hoje, podemos criar um fluxograma para realização do curto-circuito da seguinte forma:
Explorando essa metodologia você verá que o cálculo de curto-circuito se torna descomplicado. Você pode ainda utilizar ferramentas computacionais para te auxiliar nesses cálculos, como o Excel ou Matlab. Para realizar cálculos simples envolvendo poucas barras e equipamentos é completamente possível fazer esses cálculos a mão aplicando esse roteiro. Porém, para cálculos mais complexos de sistemas maiores já fica mais interessante a utilização de um software dedicado como o Anafas, PTW e Etap, o que não invalida em nada os assuntos discutidos aqui.
Equipe Mesh Engenharia
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