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Monday, 23 August 2010

CURTO-CIRCUITO

Curto-circuito é a passagem de corrente elétrica acima do normal em um circuito devido à redução abrupta da impedância do mesmo. Normalmente o curto-circuito provoca danos tanto no circuito elétrico em que ocorre como no elemento que causou a redução de impedância.

Um exemplo de curto-circuito, que acidentalmente é comum em residências, ocorre quando se coloca as extremidades de um fio metálico nos orifícios de uma tomada. Geralmente os curto-circuitos provocam reações violentas devido à dissipação instantânea de energia, tais como: explosões, calor e faíscas. É uma das principais causas de incêndios em instalações elétricas mal conservadas ou com erros de dimensionamento.

A análise de curto-circuitos é uma disciplina da engenharia eléctrica que utiliza ferramentas matemáticas, tais como os componentes simétricos, para calcular os curto-circuitos.

É importante salientar que os engenheiros classificam um curto-circuito como sendo uma região num circuito elétrico na qual a diferença de potencial é nula.

O objetivo principal dessa disciplina é dimensionar e ajustar adequadamente os equipamentos de proteção de geradores, linhas de transmissão e de redes de distribuição de energia elétrica.

Existem vários tipo de curcto circuitos:
- Trifásico, bifásico, monofásico a terra, bifásico a terra, etc...

Para a o cálculo de correntes de curto-circuito é necessário conhecer o sistema eléctrico, as características dos seus componentes, como por exemplo; a impedânciacia dos tranformadores (Z), dos cabos/condutores elétricos, geradores, contribuições dos motores, etc...

Normalmente, a impedância de um transformador é expressa em percentagem (%Z). Esse valor geralmente é indicado nas placas de identificação dos transformadores. Por exemplo, Z = 5%.

O que é entao a percentagem Z (%Z)?

A impedância percentual do transformador é a queda de tensão em plena carga, devido à resistência e reactância de dispersão do enrolamento, expressa em percentagem da tensão nominal. É também o percentual da tensão normal dos terminais, necessários para circular a corrente total em condições de curto-circuito

%Z = (Tensão da impedância)/(Tensão Nominal)

É fácil calcular a corrente máxima que um transformador pode fornecer em condições de falhas simétricas. A título de exemplo, considere um transformador de trifásico de 11kV/6.6kV, 2MVA com uma impedância de 5%. O nível de falha máximo disponível é:

2 MVA x 100/5 = 40 MVA. Este valor normalmente é denominado de Potência aparente de curto circuito.

A partir deste valor as correntes de falhas equivalentes podem ser calculadas, usando a formula convencional:  I = S / (√3 V), onde S é a potência aparente de curto circuito e V a voltagem entre as fases.

Deste forma, obteriamos as seguintes correntes de curto circuito:
Primário: 2.1 kA
Secundário: 3.5 kA

Um transformador com uma baixa impedância conduzirá a um maior nível a falha eléctrica (e vice-versa). O número calculado acima é o máximo.

Na prática, o nível de falha real será reduzido pela impedância da fonte, a impedância dos cabos/linhas de transmisão entre o transformador e a falha, e a impedância da falha eléctrica.

Na prática, as falhas eléctricas nem sempre são simétricas ou trifásicas, o que torna o cálculo da corrente de curto circuito ainda mais complexo. O cálculo acima ilustra apenas uma falha trifásica balanceada nos terminais de um transformador.

Para falhas não simétricas (bifásico a terra, monofásico a terra, etc), cálculos complexos são efectuados recorrendo-se a teoria de componentes simétricos. Contudo, isso involve o uso de impedâncias de sequências positivas, negativas e zero (Z1, Z2 e Z0 repectivamente).

Os cálculos de fluxo de carga, protecção eléctrica e curto circuito são normalmente feitos pelas empresas de consultoria. As vezes o recursos a Softwares como ETAP, SKM, etc... são indispensáveis.

A abordagem de cálculos de correntes de curto-circuito será objecto de análise de um artigo a ser publicado nesse blog futuramente.

Emméry Macedo

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Luanda, Angola
Consultoria e Prestação Serviços powered by Emméry Macedo - Engenheiro Eletrotécnico, BTECH, BEST CUM LAUDE, pela Durban University of Technology (DUT), Galardoado pelo Institute of Professional Engineering Technologists (IPET), Bacharel em Ciências Matemáticas pela Faculdade de Ciências da Universidade Agostinho Neto de Angola, Professor de Matemática e Física pelo IMNE- Garcia Neto, Professor de Electrόnica de Potência da Universidade Metodista, membro do IET - Institution of Engineering and Technology MIET nº 91651226, membro da Ordem dos Engenheiros de Angola OEA nº 2924, com certificação em ETAP, SKM, HV Switching, SAEP, etc...

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