9 DIMENSIONAMENTO ELÉTRICO
9.4 DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES
9.4.1.1 Critérios Gerais
A CEB padronizou os seguintes condutores protegidos para suas redes e linhas primárias compactas:
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- Rede Primária de 13,8 kV: 50 mm² e 185 mm²; - Linha Primária de 34,5 kV: 185 mm2
A Tabela 8 apresenta as principais características físicas dos cabos protegidos para utilização nas redes e linhas, e a Tabela 9, as principais características elétricas (o detalhamento completo das especificações desses condutores consta da EM – 03.006):
Tabela 8 – Características Físicas dos Cabos Protegidos Primários: Rede 13,8 kV e Linha 34,5 kV.
Tensão Nominal Seção Nominal Nº de Fios Espessura Mínima da Cobertura (mm) Diâmetro Nominal (mm) Massa Total (kg/m) 13,8 kV 50 mm 2 6 3,0 16,5 0,26 185 mm2 30 3,0 24,5 0,75 34,5 kV 185 mm2 30 7,6 34,0 1,10
Tabela 9 - Características Elétricas dos Cabos Protegidos Primários.
Tensão Nominal Seção Nominal Corrente Nominal (A)
Resistência Elétrica (ΩΩΩΩ/km) Reatância Indutiva XL(ΩΩΩΩ/km) Rcc 20ºC Rca 90ºC 13,8 kV 50 mm 2 179 0,641 0,822 0,3154 185 mm2 416 0,164 0,210 0,2635 34,5 kV 185 mm2 416 0,164 0,210 0,2865
Observações: Valores de corrente máxima para 40ºC de temperatura ambiente e
temperatura máxima de operação de 90ºC (Fonte: NBR 11873:2003 – Tabelas D2 e D4). O dimensionamento da rede deve ser feito observando-se:
- a queda de tensão máxima permitida (item 9.4.1.2); - a capacidade térmica dos condutores (item 0);
- a recomendação de carregamento das redes primárias (item 9.4.1.4)
Entende-se como queda de tensão máxima na rede primária, a queda compreendida entre o barramento da subestação e o ponto mais desfavorável onde se situa um transformador de distribuição ou no ponto de entrega de um consumidor primário.
O processo de cálculo é o do coeficiente de queda em % por MVA x km, cujos valores estão indicados na Tabela 10.
Tabela 10 – Coeficientes de Queda de Tensão nas Redes e Linhas Primárias
∆V% - Coeficiente de Queda de Tensão na Primária [%/(MVA x km)] Tensão Nominal Seção Nominal Temperatura dos Cabos: 90ºC
Fat Pot 0,92 Fat Pot 1,00
13,8 kV 50 mm
2
0,4619 0,4315
185 mm2 0,1558 0,1104
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Com base no traçado da rede primária e bitola do condutor, calcula-se a queda de tensão considerando a carga estimada no fim do horizonte de projeto. Se este valor estiver dentro do limite do perfil de tensão adotado, o traçado é aceitável. O horizonte de projeto a ser considerado é de 15 anos.
Em áreas de densidade de carga média ou baixa, o dimensionamento estabelecido por queda de tensão redunda em nível de perdas consideradas aceitáveis para o sistema. Quanto às áreas de alta densidade de carga, caracterizadas por alimentadores de pequena extensão, o fator limitante para o dimensionamento dos condutores será o nível de perdas.
9.4.1.2 Limites de Queda de Tensão – Primária
Visando ficar dentro dos limites estabelecidos no PRODIST em seu Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica – versão “dezembro/2009”, a faixa adequada de tensão para as redes de 13,8 kV e linhas de 34,5 kV que atendem consumidores ligados na média tensão (consumidores ligados em tensão nominal superior a 1 kV e inferior a 69 kV) é estabelecida pela seguinte expressão:
0,93 TC ≤≤≤≤ TL ≤≤≤≤ 1,05 TC
sendo:
TL = Tensão de Leitura
TC = Tensão Contratada no Ponto de Entrega
A CEB adotará os seguintes limites de variação de tensão Primária (Tabela 11):
Tabela 11– Limites de Variação de Tensão Primária.
Limites Inferior Superior
Projeto Inicial Máx – 3% Máx + 5%
Projeto Final* Máx – 7% Máx + 5%
Operativo ** rede manobrada Máx – 10% Máx + 5%
*Projeto final: fim da vida útil esperada
**O valor de “-10%” corresponde ao limite inferior da faixa de “tensão precária”
Quando a linha compacta de 34,5 kV não atende consumidores, sendo apenas de uso da CEB para alimentar ou interligar subestações, poderão ser usados outros valores como limites de queda de tensão.
9.4.1.3 Capacidade Térmica dos Condutores em Situações Especiais
A capacidade térmica em regime (corrente nominal) dos condutores cobertos utilizados nas redes e linhas de distribuição aéreas primárias compactas, conforme especificação EM – 03.006 foi apresentada na Tabela 9.
Em regime de sobrecarga, em função de eventuais manobras, a temperatura do cabo não deve exceder a 100ºC. A operação em regime de sobrecarga não deve superar 100 h durante 12 meses consecutivos, e nem 500 h durante a vida do cabo.
Em regime de curto-circuito, a temperatura máxima é de 250ºC e o tempo máximo sob curto não deve exceder a 5 seg.
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9.4.1.4 Recomendação para o Carregamento de Alimentadores de 13,8 kV e Linhas de 34,5 kV
a) Alimentadores Primários de 13,8 kV
O carregamento será função da configuração adotada (radial simples ou radial com recursos), que implicará ou não numa disponibilidade de reserva para absorção de carga por ocasião de manobras e situações de emergência.
Para os alimentadores interligáveis, o carregamento máximo deve situar-se entre 50 - 65% da capacidade térmica dos condutores.
Como critério orientativo, é recomendado projetar para as Subestações padrão, os seguintes números de alimentadores, em média com 4.000 kVA por alimentador, especificadas por localidade e por transformador:
• 32.000 kVA: 08 alimentadores
• 25.000 kVA: 06 alimentadores
b) Linhas Primárias de 34,5 kV
Em razão das linhas de 34,5 kV servirem para alimentar ou interligar subestações, além de poderem ainda atender à consumidores de porte significativo, a execução do projeto deve passar por uma consulta à área de Planejamento, que informará as previsões para o local. Para cada circuito, o critério de carregamento máximo é a capacidade nominal do cabo.
9.4.2 Rede Secundária 9.4.2.1 Critérios Gerais
A CEB padronizou os seguintes condutores a serem utilizados na construção da Rede Secundária Isolada (Tabela 12), onde o neutro exerce também a função de mensageiro:
Tabela 12– Condutores Padronizados para a RSI.
Seção Nominal (mm2) Notação* Fase Neutro 35 35 3x1x35+35 50 50 3x1x50 + 50 70 70 3x1x70 + 70 120 70 3x1x120 + 70
*Notação conforme NBR 8182:2003 – Item 4.5.10
O cabo de 35 mm2 deve ser usado em circuitos que atendem exclusivamente a Iluminação Pública.
As características físicas dos cabos estão na Tabela 13, e as características elétricas, na Tabela 14.
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Tabela 13– Características Físicas dos Cabos Multiplexados (0,6/1kV).
Cabo Nº de Fios Condutor Fase Espessura Mínima Cobertura (mm) Diâmetro Nominal - Fase (mm) Massa Total (kg/m) 3x1x35+35 7 1,6 6,6 a 7,5 0,535 3x1x50+50 7 1,6 7,7 a 8,6 0,715 3x1x70+70 19 1,8 9,3 a 10,2 0,995 3x1x120+70 19 2,0 12,5 a 13,5 1,550
Tabela 14 – Características Elétricas dos Cabos Multiplexados (0,6/1kV)
Cabo Corrente Nominal (A)
Resistência Elétrica (Ω/km) Reatância Indutiva (Ω/km) Rcc 20ºC Rca 90ºC 3x1x35+35 100 0,868 1,113 0,1183 3x1x50+50 122 0,641 0,822 0,1092 3x1x70+70 157 0,443 0,568 0,0945 3x1x120+70 229 0,253 0,324 0,0942
Observações: Valores de corrente máxima para 40ºC de temperatura ambiente e
temperatura máxima de operação de 90ºC (Fonte: NBR 8182:2003 – Tabela B.6).
A rede secundária deverá ser dimensionada de modo a minimizar os custos anuais de investimento inicial, ampliações, modificações e perdas, dentro do horizonte do projeto. O horizonte considerado é de 15 anos e o projeto deve ser elaborado de forma a se alterar o mínimo possível à nova rede a ser construída.
O processo de cálculo da queda de tensão na secundária é o do coeficiente de queda em “% por kVA x 100 m”, cujos valores estão indicados na Tabela 15.
Tabela 15 – Coeficientes de Queda de Tensão na Secundária.
∆V% - Coeficiente de Queda de Tensão na Secundária [%/(kVA x 100 m)] Sistema Operando em 380/220 V
Cabo Temperatura dos Cabos: 90ºC
Fat Pot 0,92 Fat Pot 1,00
3x1x35+35 0,0741 0,0771
3x1x50+50 0,0553 0,0569
3x1x70+70 0,0388 0,0393
3x1x120+70 0,0232 0,0225
A rede deve ser projetada para uma taxa de crescimento de 5% ao ano, dessa forma durante 15 anos de utilização será previsto apenas troca de transformador.
Dependendo da potência do transformador instalado as trocas ocorrerão no 5º ano, 10º ano e 15º ano. Os valores de queda de tensão foram estimados de forma que o novo circuito chegará ao final de sua vida útil na faixa adequada de tensão.
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9.4.2.2 Limites de Queda de Tensão - Secundária
Entende-se como queda de tensão máxima na rede secundária, a queda compreendida entre o barramento secundário do transformador e o ponto de entrega de um consumidor secundário.
Visando ficar dentro dos limites estabelecidos no PRODIST em seu Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica – versão dezembro/2009, a faixa adequada de tensão para atendimento aos consumidores ligados em tensão de até 1 kV é:
Para Tensão Nominal Trifásica: 380/220 volts
Tensão de Atendimento Adequada:
a) Mínimo 348/201 volts; b) Máximo 396 /231 volts.
Para Tensão Nominal Monofásica: 440/220 volts
Tensão de Atendimento Adequada:
a) Mínimo 402/201 volts; b) Máximo 458/229 volts.
A CEB adotará os seguintes limites de queda de tensão Secundária (Tabela 16), incluindo a queda de tensão de 1% no ramal de ligação:
Tabela 16 – Limites de variação da Tensão Secundária.
Limites Inferior Superior
Projeto Inicial Máx – 4% Máx + 4%
Projeto Final* Máx – 9% Máx + 4%
Operativo** rede manobrada Máx – 13% Máx + 6% *Projeto final: fim da vida útil esperada
**Os valores de “-13%” e “+6%” para situações emergenciais de rede manobrada fazem com que o atendimento seja feito na faixa de tensão “precária”.
No dimensionamento elétrico deve-se considerar que o atendimento ao crescimento da carga será feito procurando-se esgotar a capacidade da rede, observando-se um limite de queda de tensão 3% (inicial) e de 8% (final), descontado 1% do ramal de ligação, e também os limites de capacidade térmica dos condutores conforme Tabela 14.
Os Ramais de Ligação terão uma queda de tensão estimada em 1%. Nos projetos de melhoramento de redes, reforço e extensão em áreas que estão consolidadas poderá ser utilizado o valor de 5% INICIAL DE QUEDA DE TENSÃO.
No cálculo elétrico das redes secundárias deverão ser utilizados os coeficientes de queda de tensão em % por kVA x 100 m, indicados na Tabela 14, sendo a carga sempre considerada equilibrada ou igualmente distribuída pelos circuitos monofásicos existentes. Apesar de se procurar o equilíbrio das cargas entre as fases, os resultados desse dimensionamento devem ser periodicamente aferidos, de forma a determinar possíveis fatores de correção a serem adotados em projetos futuros.
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9.4.3 Transformadores
Com os critérios adotados para a determinação da demanda (item 9.3), os transformadores podem ser carregados:
- Até 100% de sua capacidade nominal, quando atenderem áreas com predominância de consumidores não residenciais;
- Até 150% de sua capacidade nominal, quando atenderem áreas predominantemente residenciais.
A Tabela 17 apresenta a seção dos condutores de interligação, entre os bornes do secundário do transformador e o barramento da rede secundária. Os condutores são cabos de cobre isolados em XLPE:
Tabela 17– Interligação do Transformador com a Rede Secundária Isolada.
Potência do Transformador (kVA)
Nº Cabos de Cobre x Seção (por fase) 1 φ 3 φ mm2 5 15 1 x 70 10 30 15 45 25 75 37,5 --- --- 112,5 2 x 70 --- 150 --- 225 2 x 120 --- 300 2 x 150 Fonte: NTD 2.07
Obs. O transformador de 300 kVA destina-se ao atendimento de cargas específicas.
9.5 PROTEÇÃO E SECCIONAMENTO