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INSTALAÇÕES AT E MT. SUBESTAÇÕES DE DISTRIBUIÇÃO
Barramentos e ligadores AT e MT
Características e ensaios
Elaboração: GTRPT Homologação: conforme despacho do CA de 2007-02-13 Edição: 1ª
DNT - Direcção de Normalização e Tecnologia Pág. 2/11 ÍNDICE
1 OBJECTO ... 3
2 DOCUMENTOS NORMATIVOS... 3
3 CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS E DIMENSIONAIS DOS CONDUTORES... 3
3.1 Barramento de 60 kV ... 3
3.2 Derivações e ligações entre aparelhagem no andar de 60 kV ... 3
3.3 Derivações e ligações entre aparelhagem no andar de MT... 4
4 ACESSÓRIOS DE LIGAÇÃO PARA CONDUTORES NUS ... 4
4.1 Acessórios utilizados ... 4
4.1.1 Ligadores ... 4
4.1.2 Restantes acessórios ... 5
4.2 Princípios gerais de concepção dos ligadores ... 5
4.2.1 Características eléctricas ... 5
4.2.2 Características mecânicas... 6
4.2.3 Características construtivas dos ligadores... 6
4.2.3.1 Ligadores para condutores de alumínio nu ... 6
4.2.3.2 Ligadores bimetálicos ... 6
4.2.3.3 Massas de protecção das superfícies de contacto ... 6
5 ENSAIOS ... 6
5.1 Ensaios de tipo ... 6
5.1.1 Ensaios dimensionais... 7
5.1.2 Ensaio de corrosão... 7
5.1.3 Ensaios mecânicos de tracção ... 7
5.1.3.1 Ligadores de tracção ... 7
5.1.4 Ensaios eléctricos... 8
5.1.4.1 Ensaio de envelhecimento... 8
5.1.4.1.1 Condutores e distâncias a respeitar... 8
5.1.4.1.2 Pontos de medição das resistências ... 8
5.1.4.1.3 Condutor de referência... 9
5.1.4.1.4 Medição de temperaturas... 9
5.1.4.1.5 Medição das resistências ... 10
5.1.4.1.6 Execução dos ensaios... 10
5.1.4.1.6.1 Ciclos térmicos de envelhecimento... 10
5.1.4.1.6.2 Sobreintensidade... 10
5.1.5 Medições ... 11
5.1.6 Resultados a obter ... 11
DNT - Direcção de Normalização e Tecnologia Pág. 3/11 1 OBJECTO
O presente documento destina-se a fixar as características construtivas e dimensionais dos condutores que constituem os barramentos, as derivações para a aparelhagem e as ligações entre aparelhagem, assim como as características e ensaios dos acessórios de ligação, que asseguram as ligações entre condutores nus e entre estes e a diversa aparelhagem nas subestações tipo.
2 DOCUMENTOS NORMATIVOS
Todas as características não especificadas deverão estar em conformidade com as recomendações enunciadas nas publicações CEI.
Designadamente deve ser respeitado, no aplicável, o enunciado nas seguintes normas: — IEC 60068-2-11 – Environmental testing - Part 2: Tests. Test Ka: Salt mist.
— IEC 61284 – Overhead lines - Requirements and tests for fittings.
3 CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS E DIMENSIONAIS DOS CONDUTORES
Os condutores que materializam o esquema eléctrico da subestação devem ser dimensionados para o trânsito das correntes nominais, para os aquecimentos máximos admissíveis e para resistirem aos esforços electrodinâmicos das correntes de curto-circuito susceptíveis de os percorrerem.
3.1 Barramento de 60 kV
O barramento de 60 kV, disposto em esteira horizontal, deve ter as seguintes características principais:
— execução em tubo de alumínio anelado ∅ 80/70 mm;
— barramento(s) rígido(s) e apoiado(s) em isoladores de suporte;
— dimensionamento para 1500 A;
— afastamento entre fases de 1,5 metros;
— constituição do barramento principal realizada a partir de módulos de 6 metros de comprimento e
com as seguintes características principais mecânicas e eléctricas:
Liga AL MG SI 0,5
Resistividade 3,24 μΏ cm2/cm
Massa especifica 2,7 Kg/ dm3
Dureza Semi - rígido
3.2 Derivações e ligações entre aparelhagem no andar de 60 kV
As ligações da aparelhagem entre si devem ser executadas em cabo de alumínio nu multifilar simples ou geminado. Todas estas ligações devem apresentar um afastamento entre fases de 1,5 m, excepto quando a aparelhagem condiciona uma distância diferente.
Nos painéis frente a frente a ligação entre os seccionadores de barramento deve ser executada em tubo idêntico ao utilizado no barramento de 60 kV.
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De acordo com o tipo de painel as características dimensionais dos condutores devem ser as seguintes:
Ligações do painel de Secções das ligações
Linha / Transformador de Potência AT/MT 1 x 366 mm2
Linha 2 x 366 mm2
Transformador de Potência AT/MT 1 x 366 mm2
Interbarras AT 2 x 366 mm2
Potencial de Barras AT 1 x 366 mm2
3.3 Derivações e ligações entre aparelhagem no andar de MT
As ligações do secundário do transformador de potência às caixas terminais devem ser executadas em tubo de alumínio anelado de 7 metros de comprimento, no caso de ligações rígidas, e em cabo de alumínio, no caso de ligações tendidas.
De acordo com o nível de tensão do andar de MT as características dimensionais dos condutores devem ser as seguintes:
Nível de tensão Características dimensionais
10 kV Ligações Rígidas - ∅ 100/90 mm Ligações Tendidas - 2 x 570 mm2 15 kV Ligações Rígidas - ∅ 80/70 mm Ligações Tendidas – 2 x 366 mm2 30 kV Ligações Rígidas - ∅ 80/70 mm Ligações Tendidas - 2 x 366 mm2
4 ACESSÓRIOS DE LIGAÇÃO PARA CONDUTORES NUS
4.1 Acessórios utilizados
4.1.1 Ligadores
As ligações entre os condutores e entre estes e os terminais da aparelhagem devem ser executadas por ligadores de junção, de derivação ou de extremidade de acordo com o tipo de ligação a assegurar.
Estes ligadores devem ser fixos, elásticos e deslizantes de acordo com as ligações a efectuar, sendo aconselhável a adopção de ligadores elásticos em todas as situações em que seja necessário absorver dilatações e/ou vibrações.
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Consultar os seguintes planos de ligadores para os diversos painéis da subestação:
Painel Plano
Linha / Transformador de Potência AT/MT 00 00 S5 2006 00 04 004 01 00
Linha 00 00 S5 2006 00 04 005 01 00
Transformador de Potência AT/MT 00 00 S5 2006 00 04 006 01 00
Interbarras AT + Potencial de barras 00 00 S5 2006 00 04 023 01 00
Potencial de Barras AT 00 00 S5 2006 00 04 007 01 00
Transformador Potência AT/MT Ligações MT 00 00 S5 2006 00 04 024 01 00
Pormenor de Ligação ao Barramento AT 00 00 S5 2006 00 04 025 01 00
Mapa de ligadores 00 00 S5 2006 00 04 100 01 00
4.1.2 Restantes acessórios
O aperto dos ligadores deve ser efectuado por parafusos1) ou estribos de aço inoxidável, com rosca
métrica, de alta resistência mecânica e possuidores de características técnicas, tais que os aquecimentos admissíveis não conduzam a afrouxamento ou solicitações de aperto de contacto que ponham em perigo a segurança de funcionamento dos ligadores.
Devem ser utilizados parafusos do maior diâmetro possível, para uma melhor repartição de esforços, permitindo que os parafusos trabalhem a uma carga mais reduzida (longe do limite elástico). Os estribos e parafusos devem ser em aço inoxidável e ser equipados com porcas e anilhas de retenção do mesmo material.
O aperto dos ligadores deve ser sempre efectuado colocando as porcas pelo lado de baixo, para facilitar possíveis trabalhos TET.
Os parafusos devem ter cabeça sextavada na qual conste a seguinte informação:
— fabricante;
— qualidade do aço;
— classe de resistência.
4.2 Princípios gerais de concepção dos ligadores
Os ligadores devem ser concebidos de forma a facilitar a sua montagem e obedecer às características eléctricas e mecânicas a seguir descritas.
4.2.1 Características eléctricas
— assegurar uma distribuição uniforme da corrente eléctrica nos condutores a ligar;
— não aumentar a resistência eléctrica dos elementos do circuito em que estiverem inseridos em
relação ao condutor de referência;
— não originar aquecimentos suplementares em qualquer ponto do circuito durante a passagem de
corrente eléctrica;
— não dar origem a uma queda de tensão superior à queda de tensão observada num
comprimento equivalente de condutor da mesma capacidade, quando percorrido pela mesma intensidade (condição a respeitar após um ensaio de 25 ciclos de aquecimento a 120 ºC e arrefecimento até à temperatura ambiente);
— assegurar a existência do menor número possível de eflúvios e de perturbações radioeléctricas.
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— ser imune aos balanços e às vibrações dos condutores, assim como às variações de tensão
mecânica e de temperatura;
— resistir, em serviço, aos fenómenos de corrosão e aquecimento;
— não provocar a deterioração, mesmo ao longo do tempo, dos condutores por ele ligados;
Após a montagem, o ligador deve possuir uma carga de rotura superior ou igual à dos condutores, excepto nas derivações de tracção mecânica reduzida, onde a sua carga de rotura pode ser na ordem dos 10% da carga de rotura dos condutores.
4.2.3 Características construtivas dos ligadores
Os metais e as ligas usados na fabricação de ligadores para condutores nus devem ser inalteráveis ao tempo, quer por natureza quer em consequência de tratamento efectuado durante ou após o fabrico. Devem, por outro lado, ter uma textura homogénea e apresentar superfícies regulares e contínuas, devidamente maquinadas.
Os ligadores não podem apresentar deficiências de fundição, porosidades e chochos.
4.2.3.1 Ligadores para condutores de alumínio nu
Os ligadores a utilizar nas ligações entre condutores e entre estes e a diversa aparelhagem devem ser construídos por vazamento em coquilha e com tratamento térmico.
4.2.3.2 Ligadores bimetálicos
Em todas as situações que surjam ligações entre condutores de alumínio e cobre, estas devem ser executadas por meio de ligadores bimetálicos.
Nestes ligadores deve realizar-se uma protecção de modo a assegurar a estanquidade à humidade e a isolar as superfícies de transição entre metais diferentes dos ligadores especiais para evitar a ocorrência de fenómenos de corrosão nos condutores.
4.2.3.3 Massas de protecção das superfícies de contacto
Os ligadores devem ser concebidos de tal modo que as massas de protecção das superfícies de contacto garantam que o aquecimento resultante da corrente nominal ou da corrente de curto-circuito seja igual ou inferior ao dos condutores por eles ligados. As características mínimas a que essas massas devem obedecer são as seguintes:
— a massa deve ser neutra em relação aos metais em presença, devendo o seu índice de
alcalinidade ser inferior ou igual a 1;
— o ponto de gota não deve ser inferior a 100 ºC;
— a massa deve ser estável.
5 ENSAIOS
5.1 Ensaios de tipo
Os ensaios devem ser realizados numa amostra constituída por ligadores completos e novos montados de acordo com as instruções detalhadas fornecidas pelo fabricante em troços de condutores novos para os quais os ligadores foram previstos.
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Os ensaios devem ser efectuados à temperatura ambiente (compreendida entre 15 ºC e 25 ºC) se outra temperatura não for especificada no respectivo ensaio.
A EDP reserva-se o direito de assistir, através de um representante por ela designado, à totalidade ou parte dos ensaios a realizar. A EDP pode solicitar a realização destes ensaios, assim como requerer os respectivos boletins de ensaios, sempre que julgar conveniente.
Os ensaios a realizar nos ligadores devem ser ensaios dimensionais, mecânicos e eléctricos.
5.1.1 Ensaios dimensionais
A verificação das dimensões dos acessórios de ligação deve ser feita a partir dos desenhos fornecidos pelo
fabricante, devendo estes conter as cotas suficientes para o efeito, bem como as respectivas tolerâncias.
5.1.2 Ensaio de corrosão
Este ensaio diz respeito quer a ligadores bimetálicos quer a monometálicos e deve ser realizado em ligadores que tenham previamente sido submetidos ao ensaio de envelhecimento referido na secção 5.1.4.1 do presente documento.
Os ligadores devem ser montados como em uso normal, de forma a ficarem expostos a uma atmosfera de nevoeiro salino, obtido pela pulverização de uma solução aquosa de cloreto de sódio a 5% +- 0,5% e à temperatura de 35 ºC +- 2 ºC nas condições indicadas na norma CEI 60068-2-11: Ensaio ka - Nevoeiro salino.
A duração do ensaio deve ser de 500 horas, tempo findo o qual os ligadores e os troços dos condutores expostos são submetidos a um exame visual.
O ensaio considera-se positivo se, após o período de exposição, tanto os ligadores como as partes dos condutores situadas no interior dos ligadores não apresentarem sinais visíveis de picadas locais profundas ou zonas de corrosão.
5.1.3 Ensaios mecânicos de tracção 5.1.3.1 Ligadores de tracção
Os ligadores previstos para suportarem a plena tracção devem ser ensaiados com troços de condutores de comprimento total igual a:
— 900 vezes o seu diâmetro, entre dois ligadores de extremidade;
— 450 vezes o seu diâmetro, entre um ligador de junção e um ligador de extremidade.
O esforço de tracção deve ser aplicado progressivamente e sem esticões por meio de uma máquina de tracção apropriada até se atingir 65% do valor nominal da carga de rotura do condutor.
Consideram-se positivos os resultados do ensaio se os valores medidos para a carga de rotura não forem inferiores aos indicados para os condutores. Não se devem verificar roturas do condutor na vizinhança imediata do ligador, nem arrancamento ou deslizamento do condutor, para quaisquer valores de tracção inferiores ou iguais aos atrás indicados.
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5.1.4 Ensaios eléctricos
5.1.4.1 Ensaio de envelhecimento
Este ensaio consiste na aplicação sucessiva de:
— uma primeira série de ciclos térmicos, constituídos por um período de aquecimento provocado
pela passagem de uma corrente eléctrica, seguido de um período de arrefecimento de duração sensivelmente igual;
— sobreintensidades de curta duração (equivalentes a correntes de curto-circuito);
— uma segunda série de ciclos térmicos idêntica à primeira.
Durante o ensaio devem ser medidos os valores das resistências de ligação eléctrica dos ligadores e os aquecimentos dos ligadores durante os períodos de passagem de corrente.
5.1.4.1.1 Condutores e distâncias a respeitar
O comprimento total de cada condutor livre proveniente do ligador deverá ser igual a 100 vezes o diâmetro do condutor, com um mínimo de 1 m.
O banco de ensaios deve ser colocado num local fechado e abrigado de correntes de ar de forma a que o envelhecimento se processe em atmosfera calma.
Devem ser respeitadas as seguintes distâncias mínimas:
— entre dois condutores paralelos: 20 cm;
— entre um condutor e uma parede vertical do local: 30 cm;
— entre os ligadores e o solo: 60 cm.
5.1.4.1.2 Pontos de medição das resistências
Cada ligador deve ser montado entre dois dispositivos destinados a assegurar um bom contacto eléctrico com o condutor e a permitir a medição das resistências, devendo esses dispositivos ser constituídos por abraçadeiras cravadas ou aparafusadas ou outros sistemas de qualidade equivalente. Os pontos de medição das resistências devem ser colocados às distâncias L, L1 e L2, contadas a partir da extremidade do condutor, conforme se indica nos quadros a seguir.
Secção condutora S (mm2) L, l1 e l2 (mm) S ≤ 50 150 50 < S ≤ 120 200 120 < S ≤ 240 250 240 < S ≤ 400 300 400 < S ≤ 1000 350 1000 < S ≤ 1600 400
Tipo de
ligador Ligadores Condutor de referência Comprimentos L e L'
De Junção Sd ρ h R L l l L’
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l’ h' l’ S d ρ R’
h
2l
L
=
+
d
5
l
l´
=
+
h
l'
2
L'
=
+
De Extremidade Com Derivação Sd ρ l2 l1 h L L’ l’ h' l’ S d ρ R’h
l
l
L
=
1+
2+
1 1 1l
5
d
l´
=
+
⋅
2 2 1 1 2 2 25
'
d
S
S
l
l
+
⋅
⋅
⋅
⋅
=
ρ
ρ
h
l'
l'
L'
=
1+
2+
De Extremidade S2 d2ρ2 S d ρ l2 l1 h L L’ l’ h' l’ S d ρ R’ 1 1 1l
5
d
l´
=
+
⋅
2 2 1 1 2 2 25
'
d
S
S
l
l
+
⋅
⋅
⋅
⋅
=
ρ
ρ
h
l'
l'
L'
=
1+
2+
5.1.4.1.3 Condutor de referênciaOs valores relativos aos ligadores indicados na alínea anterior devem ser comparados com valores idênticos determinados num condutor denominado condutor de referência, em cujas extremidades devem ser colocados dispositivos de medição da resistência. No quadro anterior estão indicados os comprimentos L' do condutor de referência em função do comprimento do ligador (h), bem como do comprimento (L), do diâmetro (d), da secção (S) e da resistividade (ρ) dos condutores ligados. Nos ligadores com derivação o condutor de referência usado deve ser o condutor principal.
5.1.4.1.4 Medição de temperaturas
A medição das temperaturas deve ser feita com uma precisão de pelo menos 1ºC, por meio de termopar ou de outros processos apropriados, colocados nos ligadores, nos condutores e no local de ensaio.
Cada ligador deve ser munido em cada uma das suas extremidades de pelo menos um termopar cuja soldadura esteja disposta tão próxima quanto possível da zona de passagem da corrente entre o ligador e os condutores a ligar. O termopar destinado à medição da temperatura de cada um dos troços de condutor a ligar deve ser colocado no meio do troço e na camada exterior dos fios constituintes do condutor. O termopar destinado à medição da temperatura do local de ensaio deve ser colocado a uma distância dos ligadores e dos condutores por forma a que a medição não seja influenciada pelo aquecimento da montagem.
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As resistências dos ligadores e dos condutores de referência devem ser medidas fazendo-os percorrer por uma corrente contínua de intensidade no máximo igual a 1/10 da corrente alternada utilizada no aquecimento e medindo as quedas de tensão entre os dispositivos referidos na anterior secção 5.1.4.1.2. Simultaneamente com a referida medição de resistências, deve proceder-se à medição das temperaturas dos condutores ligados e dos ligadores, as quais não devem ser superiores à temperatura ambiente acrescida de 5 ºC.
5.1.4.1.6 Execução dos ensaios
Os condutores devem ser submetidos a um esforço de tracção de valor igual a 20% do esforço mínimo referido na secção 5.1.3.1 do presente documento, devendo o esforço de tracção ser mantido nesse valor durante todo o ensaio com uma tolerância de ± 20%. Os condutores derivados, quando existirem, devem permanecer sem tensão mecânica durante todo o ensaio.
5.1.4.1.6.1 Ciclos térmicos de envelhecimento
Cada ciclo é constituído por um período de aquecimento seguido de um outro de arrefecimento, sendo o aquecimento provocado pela passagem de uma corrente alternada, dita permanente, de intensidade (em valor eficaz) tal que a temperatura do condutor mais quente estabilize em 150 ºC, com uma variação máxima admissível de ±2 ºC.
A duração de cada período de aquecimento deve ser escolhida por forma a manter, durante 30 minutos, uma temperatura estabilizada. Considera-se que a temperatura dos ligadores está estabilizada quando não aumenta mais de 2 ºC durante esse período.
Com vista a reduzir a duração dos ensaios, pode acelerar-se o aumento da temperatura dos ligadores no início do período de aquecimento, através de uma sobreintensidade no máximo igual a 130% do valor da corrente permanente, até que o condutor mais quente atinja uma temperatura de 140 ºC. Durante o ensaio deve a temperatura ambiente do local estar compreendida entre +15 ºC e +30 ºC. A duração de cada período de aquecimento deve ser escolhida de forma a que a temperatura do ligador e dos condutores ligados atinja uma temperatura igual à ambiente, com uma aproximação até 5 ºC.
O arrefecimento, após o período de aquecimento, pode ser acelerado por meio de sopragem de ar.
5.1.4.1.6.2 Sobreintensidade
A temperatura dos condutores, antes da aplicação da primeira sobreintensidade, deve ser igual à ambiente.
Após os primeiros 50 ciclos de aquecimento, os ligadores devem ser submetidos a 8 sobreintensidades com uma duração de 1 segundo cada, sendo a corrente escolhida de acordo com o indicado no quadro a seguir.
Material S ≤ 300 mm2 S > 300 mm2
Alumínio 100 A/mm2 30 kA
Liga de alumínio 95 A/mm2 30 kA
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As sobreintensidades devem ser aplicadas consecutivamente, devendo o intervalo de tempo entre elas ser o suficiente para que os ligadores atinjam a temperatura ambiente, para condutores de
secção não superior a 300 mm2, ou a temperatura 75 ºC ± 5 ºC, para condutores de secção superior a
300 mm2.
5.1.5 Medições
As resistências dos ligadores e dos condutores de referência devem ser medidas nas seguintes condições:
— à temperatura ambiente antes da aplicação do 1º ciclo de envelhecimento;
— de 10 em 10 ciclos;
— antes e depois da aplicação das sobreintensidades;
devendo ser corrigidas para a temperatura de 20 ºC pela aplicação da fórmula [em que Rθ é a resistência medida à temperatura θ e α20ºC é o coeficiente de variação da resistência com a temperatura (valendo 4x10-3ºC-1 para o cobre e o alumínio e 3,6x10-3ºC-1 para as ligas de cobre)]:
— R20ºC=Rθ / [1+α20ºCx(θ-20ºC)].
As temperaturas dos ligadores, dos condutores ligados e do local onde se realiza o ensaio devem ser registadas durante todo o tempo de duração do ensaio ou, em alternativa, medidas de 10 em 10 ciclos no final dos períodos de aquecimento.
5.1.6 Resultados a obter
• Resistências
A relação k entre os valores das resistências do ligador (R) e do condutor de referência (R'), corrigidas para 20 ºC por meio da fórmula indicada na alínea anterior, deve ser quando muito igual a 1 para cada uma das medições referidas nessa secção.
Além disso, deve a diferença entre o valor de k1 (correspondente à última medição da primeira série de ciclo de envelhecimento - 50ºciclo) e o valor de k2 (correspondente ao valor de k medido antes da segunda série de ciclos de envelhecimento) ser, no máximo, e em valor absoluto, igual a 0,05.
Durante a segunda série de ciclos de envelhecimento, nenhum dos valores de k calculados deve diferir mais do que 0,05 do valor de k2 já referido.
• Temperatura
A temperatura medida nos ligadores não deve ser superior à temperatura medida no mesmo instante no condutor mais quente. A diferença entre a temperatura θ50 do ligador, medida no final da primeira série de ciclos de envelhecimento (50ºciclo) e a primeira temperatura θ60, medida durante a segunda série de ciclos de envelhecimento (60ºciclo) deve ser, no máximo e em valor absoluto, igual a 10 ºC. Durante a segunda série de ciclos de envelhecimento, nenhum dos valores medidos da temperatura do ligador deve diferir mais de 7 ºC do valor de θ60 já referido.
5.2 Ensaios de série
Os ligadores objecto desta especificação devem ser sujeitos aos seguintes ensaios de série:
— verificação dimensional;
— ensaio mecânico dos parafusos;
