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CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR Os retificadores não controlados apresentados são usados na conversão da tensão alternada em uma tensão contínua onde os valores de saída dependerá da tensão ca na entrada do conversor. Entretanto em algumas aplicações em corrente contínua como em acionamentos ou transmissão em corrente contínua em alta tensão‚ faz-se necessário o controle da tensão de saída do retificador. A conversão controlada ca-cc é feita comumente através do uso de tiristores. No passado os tiristores eram usados em quase todas as aplicações de controle de fluxo de potência. Atualmente outras chaves têm sido usadas em lugar dos tiristores, principalmente em média e baixa potência. Em geral, conversores monofásicos são usados até 1 ou 2kW e os trifásicos para potências maiores. Aqui também harmônicos são introduzidos na fonte e precisam, portanto, ser determinados. Nos conversores controlados os instantes em que o tiristor inicia a condução e deixa de conduzir dependem do circuito de controle e da frequência da tensão de entrada respectivamente. • Estruturas que contêm uma ou mais chaves controladas, comumente, tiristores. • Estas estruturas permitem o controle da tensão de saída. • Podem ser projetadas para permitir o fluxo de energia do lado de corrente contínua para o lado de corrente alternada, numa operação chamada de inversão. • Os retificadores controlados têm larga aplicação nos processos industriais, fontes de corrente contínua e na transmissão em corrente contínua, onde estão presentes as operações de retificação e inversão.

3.1 Principio de Operação Para uma certa tensão de entrada o valor médio da tensão de saída num conversor a tiristor pode ser controlado através do retardo do instante em que o tiristor passa a conduzir. 3.1.1 Analise Com Carga Resistiva Pela Fig.3.1 pode-se observar que durante o ciclo positivo de vs a corrente de carga é‚ zero até ωt = α quando um pulso de pequena duração é aplicado ao gatilho do tiristor. Para o resto do ciclo positivo da tensão a forma da corrente segue a forma da tensão de entrada até tornar-se zero em ωt = π quando a condução no tiristor é bloqueada devido a tensão inversa em seus terminais. A corrente permanece zero até ωt=2π+α quando um novo pulso é aplicado ao gatilho.

CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

51

V i

T

i

+

+ V

g

-

2π

V 0

R

0

π

-

wt

α

Fig.3.1 Circuito Retificador Controlado Com Carga Resistiva Para o circuito da Fig.3.1 a tensão média na carga é dada por: π

1 2V sen( wt ) d ( wt ) V0 = ( 2π ) ∫α 0,225V (1 + cos α ) Ao se variar o ângulo de disparo do tiristor varia-se a tensão média na carga V0. As duas tensões extremas ocorrem quando: α=0 então V0=0,45V α=π então V0=0V Vo/V 0,45

α = 0 → V0 = 0,45V α = π → V0 = 0V

0,225

0

π/2

π

Fig.3.2 Característica do Retificador Controlado de Meia Onda A corrente média na carga é dada por: I0 =

V0 R

Corrente eficaz na carga será


52

1 2

2

 1 2V   sen 2 ( wt )d ( wt )  I 0ef =  ∫  (2 π) α  R     π

Como: sen 2 ( wt ) =

1 [1 − cos(2wt )] 2

então 1

2 V  1 α sen 2α  2 I 0ef = − + R  2 2 π 4 π  A tensão eficaz na carga é dada por

1

sen 2α   2 1  V0ef = 0,707 V   π − α +  2   π  3.1.2 Análise Com Carga Indutiva Na Fig.3.3 tem-se uma carga RL. Inicialmente a corrente é zero. A condução inicia-se apenas em ωt = α extingue-se em β>π. A tensão média na carga é dada por: β

1 V0 = 2 V sen( wt )d ( wt ) (2 π) α∫ = 0,225V(cos(α ) − cos(β) )

Onde π<β<2π Como no retificador não controlado a tensão média também dependerá da carga o que é um incoveniente. A corrente na carga é determinada por


53

v( t ) = Ri + L

di dt

2 V sen wt = L i=

−t

2V

(R

1

2

di + Ri dt

+ X2 ) 2

sen( wt − φ) + K e e τ

Ke pode ser determinada fazendo-se i=0 para wt=α

i=

2V 1

(R 2 + X 2 ) 2

−t   τ φ α φ sen( ) sen( ) wt − − − e    

Veja que a corrente pode ser decomposta em dois termos um em regime permanente e outro transitório. Vo

i

i +

v(t)

g

Vo -

L R

0 α

π

2π

β

ωt

v

Fig.3.3 Circuito Retificador Controlado Com Carga Indutiva 3.1.3 Estrutura com Diodo de Roda Livre A estrutura com diodo de roda livre é mostrada na Fig.3.4a e as formas de onda na Fig.3.4b. Tensão média na carga (neste caso β=π) será

V0=0,225V(1+cosα) Corrente na carga será : Para o intervalo (0 , π )


54

i (t ) =

2V

(

R2 + X 2

)

1 2

−t   τ sen( wt − φ ) − sen(α − φ )e   

onde t’= t - α/w e τ=L/R t’= início de condução de corrente. Para o intervalo ( π , β ) i (t ) = K d e

−t τ

onde i=

( π −α ) −   − ( t −wπτ/ w ) wτ π α sen( ) sen( ) − Φ − − Φ e  e  

2V

(

R2 + X 2

)

1 2

v(t)

i

i o +

g v(t)

Vo

wt

v o

wt

L io R

v(t)= 2 V sen(wt)

wt iD

(a) α

π

2π

wt (b)

Fig.3.4 Retificador Controlado com Diodo de Roda Livre 3.2 ANÁLISE TENDO UMA FORCA ELETROMOTRIZ COMO CARGA É muito comum que a tensão retificada seja aplicada a uma força contra eletromotriz que é o caso, por exemplo, de uma carga de baterias ou mesmo um motor de corrente contínua. Na Fig.3.5 a carga consiste de um indutor e uma fonte de corrente CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

55

contínua E. Para v(t)< E o tiristor estará inversamente polarizado. Logo, mesmo que haja pulso no gatilho o tiristor não conduzirá enquanto v(t)< E . Observe que para um ângulo de disparo α<θ1 o tiristor está inversamente polarizado, não conduzindo mesmo com pulso no gatilho. A condução do tiristor é iniciada em wt=α quando um pulso é aplicado ao gatilho do tiristor.

v

0

i0 + g v(t)

V0

i 0 L

E

0 E

-

π

φ1 α

2

t

V

Fig.3.5 Estrutura Retificadora Alimentando uma Carga LE A equação que descreve o funcionamento do circuito é

2V sen wt = L

di +E dt

então 2V di wE sen wt − = dt L wL − 2V E sen wtd ( wt ) − i= d ( wt ) ∫ wL wL ∫ − 2V E cos wt − i= wt + K1 wL wL Para wt=α i(t)=0 então K1 =

2V E α cos α − wL wL

i(t ) =

2V E (cos α − cos wt ) + (α − wt ) wL wL

então

Quando wt=β

i(t)=0 então CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

56

cos α − cos wt +

E (α − β ) = 0 2V

Com a equação transcedental acima pode-se determinar o valor de β e com este resultado é possível se determinar a tensão média ou o valor eficaz da tensão para uma determinada carga. 3.3 RETIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO EM PONTE Seja o modo de condução contínua, isto é, haverá circulação de corrente na carga independentemente do estado dos tiristores. Porque condução contínua? Quando a condução é contínua, β=π+α, então os valores de tensão média e eficaz na carga podem ser diretamente determinados independentemente do tipo e valor da carga. O arranjo para o circuito é mostrado na Fig.3.6(a). Durante o ciclo positivo T1 e T4 , que estão diretamente polarizados, passam a conduzir quando um pulso é aplicado simultaneamente a seus gatilhos e continuarão conduzindo após wt=π. Durante o ciclo negativo da tensão T2 e T3 são polarizados diretamente. O gatilhamento de T3 e T4 aplicará a tensão de entrada em T1 e T4 como tensão reversa e, portanto deixarão de conduzir. A corrente de carga será transferida de T1 e T2 para T2 e T3. A Fig.3.6(b) mostra as regiões de operação do retificador, e as Fig.3.6(c) mostram formas de onda para tensões e correntes. Durante o intervalo de α a π a tensão e a corrente de entrada são positivas e a corrente circula da fonte para a carga. O conversor é dito operar no primeiro quadrante ou retificando. Durante o período de π a π=α a tensão de entrada é negativa e a corrente continua positiva, a potência será negativa, o fluxo de potência, então, será da carga para a fonte. Neste caso o conversor é dito operar como inversor, isto é operando no quarto quadrante na Fig.3.6(b). Dependendo do valor de α a tensão média na saída do conversor poderá ser negativa ou positiva podendo, portanto operar em dois quadrantes. io i

+

T3

T1

vo

v0

v(t)

L

π+α

R T2

T4

-

wt

α Io

vo wt

i

Vo I

II III

IV

Io

io

wt tiristores em condução

T1 T4

T2 T3

T1 T4

Fig.3.6 Retificador Monofásico Controlado Em Ponte A tensão média é dada por:


57

1 π+α 2 2 V0 = 2 V sen( wt )d ( wt ) = V cos α ∫ π α π V0 pode variar de 2 2V / π a - 2 2V / π para α variando de 0 a π, como mostra a Fig.3.7 O valor eficaz da tensão de saída é : 1 2

π +α

1 2 2 V0ef =  ( 2 V) 2 sen 2 ( wt )d ( wt ) = cos α  ∫ π  π α 

=V

Vo/V 0,9

0

π π/2

α

-0,9

Fig. 3.7 Característica do Retificador Monofásico de Onda Completa 3.3.1 Fator de Potência da Estrutura Para condução contínua e corrente I0 sem ripple na carga, a corrente i(t) no secundário do transformador será quadrada, como mostra a Fig.3.6(c) que, quando desenvolvida em série de Fourier será :

i( t ) =

4I 0 π

1 1   sen θ − 3 sen 3θ + 5 sen 5θ...

Portanto a fundamental (que importa no fator de potência) será I 1ef = 4

1 2π

= 0,91

Considerando-se que cosα = ao fator de deslocamento (veja que a condução se inicia em wt=α) P∈ = V . I 1ef cos α = V 0,9I cos α Q∈ = V 0,9I sen α CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

58

Veja que Q é máxima para α=π/2. Para grandes cargas estes reativos jogados no sistema devem ser compensados. 3.4 PONTE MISTA O circuito retificador monofásico em ponte mista com diodo de roda livre é mostrado na Fig.3.8 e alimenta uma carga indutiva que garante assim o modo de condução contínua, e sem ripple. Quando tiristor T1 é gatilhado em wt=α a carga é conectada à tensão de entrada através de T1 e D2 durante o período α
V0 = =

2 2V sen( wt )d ( wt ) (2π ) α∫ 2V (1 + cosα ) π

valor eficaz da tensão de saída é dado por: 1

2 π 2 2  V0ef =  2 V sen ( wt ) d ( wt ) ∫  2 π α  1  =  π − α + π 

1 sen 2α   2

2

 


59

v(t) i0 i

T1

T2

+

D m

v0

D2

-

v(t) D1

+ L

wt

R v0

(a) wt

i T1 v0

wt

i T2

Vo

wt

i Io

i0

wt i

0 wt

i Dm (b)

(c)

wt

Fig.3.8 Ponte Mista Monofásica Com Diodo de Roda Livre 3.5 RETIFICADOR TRIFÁSICO CONTROLADO DE MEIA ONDA Da mesma forma que os retificadores não controlados, estes possuem maior tensão média de saída, e a frequência do ripple da tensão de saída é mais alta quando comparada com os monofásicos. Como consequência os requerimentos para filtragem da corrente de carga são mais simples. A Fig.3.9 mostra o retificador controlado de meia onda. Quando o tiristor T1 é gatilhado em wt = π/6 + α, a tensão de fase van é aplicada à carga até T2 ser gatilhado em wt = 5π/6 + α, Quando T2 está em condução, T1 fica polarizado inversamente, porque a tensão de linha vab é negativa e T1 fica bloqueado. A tensão de fase vbn fica aplicada à carga até T3 ser gatilhado em wt = 3π/2 + α. Este conversor pode operar em dois quadrantes como mosta a Fig.3.9(b). Fig.3.9(c) mostra formas de onda de tensões e correntes para uma carga sem ripple. Este conversor não é normalmente usado na prática porque o secundário do transformador de alimentação contém uma componente cc. Se a tensão de fase é v an = 2 V sen wt , então a tensão de saída para qualquer carga considerando o modo de condução contínua é: 3 5π / 6+ α 2 V sen( wt )d ( wt ) V0 = 2 π π / 6∫+α =

3 6 V cos α 2π CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

60

van a b

T1 T2

I0

c

T3

Carga

v cn

wt

α

(a) v

vbn

i0 0 wt

Vo i T1 I0 i 0 -Vo (b)

tiristores em T3 condução

T1

T2

T3

wt

(c) Fig.3.9 Retificador Controlado de Meia Onda

3.6 RETIFICADOR CONTROLADO TRIFÁSICO DE ONDA COMPLETA Na Fig.3.10 é mostrado um conversor trifásico de onda completa alimentando uma carga que pode ser considerada sem ripple. Os tiristores são acionados em intervalos de π/3. A frequência do ripple da tensão de saída é‚ 6fs, onde fs é a frequência da tensão de alimentação. Os requerimentos de filtragem são mais simples que os demais conversores estudados. Surge então a pergunta porque os conversores controlados em ponte são considerados de 6 pulsos?. Em wt = π/6 + α, tiristor T4 está em condução e tiristor T1 é gatilhado. Durante o intervalo (π/6+α) < wt < (π/2+α), tiristores T1 e T4 estão em condução e a tensão de linha v ab = ( v an − vbn ) é aplicada à carga. Em wt = π/2 + α, tiristor T2 é gatilhado e tiristor T4 fica inversamente polarizado, e entra em bloqueio devido à comutação natural. Durante o intervalo (π/2+α) < wt < (5π/6+α), tiristores T1 e T2 conduzem e a tensão de linha vac é aplicada à carga. Se os tiristores são numerados como mostra a Fig.3.10, então a sequência de gatilhamento será 14, 12, 32, 36, 56 e 54. L0 + va

1

3

5

vb vc

V 0 6

4

2

-

Fig.3.10 Retificador Trifásico Controlado de Onda Completa CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

61

Em resumo: • Os tiristores apresentam resistência nula ao sentido de condução e resistência infinita no caso oposto. • Um reator instalado ao lado c.c. de modo a fazer com que a corrente c.c. seja perfeitamente contínua. • A ignição dos tiristores acontece em intervalos iguais a 1/6 do ciclo (60o). • As tensões va, vb e vc (fase-neutro) são dadas por equações do tipo: va = 2 V.sen(ωt) vb = 2 V.sen(ωt - 120o) vc = 2 V.sen(ωt + 120o) • Correspondendo a seguintes tensões de linha: vab = vbc = vcb =

3 VL.sen(ωt + 30o) 3 VL.sen(ωt - 90o) 3 VL.sen(ωt + 150o)

As formas de onda para a sequência de gatilhamento 14, 12, 32, 36, 56 e 54 são mostradas na Fig.3.11 L0

+

va vb

1

5

V0

vc

α

3

6

van

4

2

-

vbn

vcn α

α π/2

π/6

α

V0

wt vbc

vac

vab

vba

vca

vcb

vab

wt tiristores em condução

54

14

12

32

36

56

54

Fig

.3.11 Retificador Controlado Trifásico de Onda Completa e Formas de Onda. A tensão média de saída é dada por:


62

π/2+α

3 V0 = V sen( wt )d ( wt ) π π / 6∫+ αL =

3 6VL cos α π

onde VL = 3V valor eficaz da tensão de saída é dado por: 1

 3 π / 2 +α 2 2 2  V0ef =  V sen ( wt ) d ( wt ) ∫  π π / 6+ α  1 3 3  = 2 3V + cos 2α  4 8π 

3.6.1 Tipo de Onda de V0 para Diferentes Valores de α.

α=0

α=30ο

α=60ο

α=90ο


63

α=120ο

Fig.3.13 Tensão V0 para Diferentes α 3.6.2 Operação da Ponte Trifásica para Mudanças em α Na ponte a diodos o valor médio de tensão de saída (V00) é: V00 =

3 6 .V = 2,34.V π

Para a ponte controlada com um ângulo de atraso (α) o V0 da tensão de saída será

V0 =

3 π / 2+α ∫ 3Vsen( wt ).d ( wt ) π π / 6+ α

V0 = V00.cosα • • • •

0o < α < 180o o valor de V0 pode variar de V00 a -V00. Importante quando da necessidade de operar o conversor como um inversor. I0 não pode ter sua direção em sentido oposto aos daqueles definidos pelas válvulas. V0 negativa em conjunto com I0 positiva representam reversão de potência. Existe uma conversão de c.c. para c.a.

3.7 OBSERVAÇÕES SOBRE PONTE TRIFÁSICA CONTROLADA • Estas análises mostram que a diferença de fase entre a tensão va e a corrente fundamental ia1 é igual ao ângulo de atraso. • Se α = 90o a corrente ia1 será totalmente reativa indutiva, sendo o conversor suprido com potência reativa indutiva proveniente do sistema c.a. • A potência ativa para α < 90o e a para α > 90o têm sinais contrários. • A potência reativa suprida ao conversor possui sempre o mesmo sinal, isto é, sempre reativa indutiva.

•

Isto significa que ambos, o retificador e o inversor absorvem reativos indutivos dos sistemas c.a. aos quais estão conectados.


64

3.8 CONVERSOR DUAL TRIFÁSICO O conversor dual trifásico é composto de duas pontes trifásicas e a corrente de carga(contínua) pode circular em ambas as direções. Com uma carga adequada a operação nos quatro quadrantes é possível, sendo, portanto o conversor dual também chamado de conversor de quatro quadrantes. Se uma ponte permite operação no primeiro e quarto quadrantes, a outra deve permitir operação no segundo e terceiro quadrantes. Logo, se uma ponte opera como retificador a outra deve operar como inversor, porém a tensão média de saída das duas deve ser a mesma (ou muito próximas). Como as tensões médias de saída das pontes têm polaridades opostas, estas devem ser ligadas em antiparalelo como mostra a Fig.3.14. O conversor dual pode operar de duas maneiras: 1. Controlando simultaneamente ambas as pontes. 2. Cada ponte é acionada individualmente de acordo com o quadrante de funcionamento. O primeiro caso é também conhecido como operação com circulação de corrente. Como as pontes são controladas de maneira tal que a soma de suas tensões médias na carga é zero, não há circulação de corrente contínua na malha formada pelas duas pontes. Pelo exposto pode-se concluir que: V01 + V02 = 0 V01 cos α 1 + V02 cos α 2 = 0 cos α 1 = − cos α 2

α 1 + α 2 = 180 0 A equação acima afirma que quando uma ponte funciona como retificadora a outra funciona como inversora , isto é, quando o ângulo de disparo da ponte 1 é α1 o ângulo de disparo da ponte 2 será α2 =π-α1.Como as duas pontes trabalham em diferentes modos (diferentes ângulos de disparo) as tensões instantâneas não são iguais, o que causa uma circulação de corrente alternada pela malha formada pelas duas pontes. Indutores são colocados para reduzir esta corrente de circulação, como visto na Fig.3.14. A operação de cada ponte é igual a de um conversor formado por uma ponte individual. Durante o intervalo (π/6+α1) < wt < (π/2+α1) a tensão de linha vab aparece na saída da ponte 1 e a tensão vbc na saída da ponte 2. Se vout1 e vout2 são as tensões saída das pontes, a tensão instantânea nos indutores de circulação no intervalo (π/6+α) < wt < (π/2+α) será: v cir = v out 1 − v out 2 = v ab − v bc

π π     = 6Vef  sen wt +  − sen wt −    6 2   π  = 3 2Vef cos wt −   6 CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

65

onde Vef é o valor eficaz da tensão de fase. A corrente de circulação pode ser determinada por: wt

i0 ( t ) = =

1 v d ( wt ) wL π / 6∫+α1cir

3 2 wL

π    sen wt − 6  − sen α 1   

A corrente de circulação depende do ângulo de disparo e da indutância L. Esta corrente é máxima quando wt=2π/3 e α1=0. Mesmo em vazio o conversor terá uma corrente de circulação devido ao ripple no indutor. Isto permite uma mudança suave da corrente de carga de um quadrante para outro bem como uma rápida resposta dinâmica em acionamento de motores elétricos. A desvantagem deste modo de operação é que a corrente de circulação aumenta as perdas, reduz o rendimento e o fator de potência da estrutura. Outra desvantagem está na presença dos indutores que aumentam peso, volume custo e ruído da estrutura. No segundo caso, ou sem circulação de corrente o gatilhamneto da ponte que não está em operação é inibido. Um detetor de zero é usado para determinar o ponto de mudança de acionamento de uma ponte para outra. A velocidade de resposta do conversor dual com controle não simultâneo é afetada consideravelmente pelo retardo necessário durante a mudança de uma ponte para outra. O valor deste atraso dependerá da precisão com que o zero de corrente é detectado. Tiristores precisam apenas de 50µs a 100µs para adquirir estado de bloqueio após a corrente ter cessado. Entretanto flutuações no valor da corrente e certos elementos presentes no conversor (snubbers) dificultam e detecção exata do zero de corrente. L1

A

L2 T2'

T1

T3

T4'

T6'

A

T5 CARGA

B

B C

C

T6

T4

T2

T '5

T '3

T '1

Fig.3.14 Conversor Dual Trifásico 3.9 EXERCÍCIO RESOLVIDO Um retificador monofásico controlado de onda completa ‚ alimentado por uma fonte de tensão de 120V, 60Hz. A corrente de carga é considerada sem ripple. Pede-se: (a) Expressar a corrente de entrada no retificador em série de Fourier (b) Determinar o fator de potência na entrada do retificador CAPÍTULO III - RETIFICADORES CONTROLADOS A TIRISTOR

66

(c) Para α=π/3 calcule a tensão média na carga, a tensão eficaz na carga, o fator de deslocamento e o fator de potência da estrutura. a. i (t ) = I 0 +

∞

∑a

n = 1,2 , 3...

n

cos nwt + bn sen nwt )

onde 2 π +α π +α   ∫ Id ( wt ) − ∫ Id ( wt )  = 0   α π +α 2 π +α 2 π +α π +α  1 1 ( ) cos ( ) cos ( ) cos ( ) an = i t nwtd wt = I nwtd wt − I nwtd wt   ∫ π ∫α π  ∫  π +α − 4I sen nα para n = 1, 3, 5,... an = nπ para n = 2, 4, 6,... an = 0

I0 =

1 2π

1 an = π

2 π +α

∫ i (t )d ( wt ) =

1 π

2 π +α π +α  1 ) sen ( ) sen ( ) sen ( ) ( t nwtd wt = I nwtd wt − I nwtd wt i   ∫α ∫ π  ∫  π +α

2 π +α

4I cos nα para n = 1, 3, 5,... nπ para n = 2, 4, 6,... an = 0 an =

Re escrevendo a equação geral: i (t ) =

∞

∑

n =1, 2 , 3...

2 I (sen nwt + φn )

onde a n2 + bn2

In =

2

=

4I 2 nπ

=

2 2I nπ

e  an  Φ n = tg −1   = − na  bn  FP =

I1 2 2 cos Φ 1 = cos α π I ef

para α=π/3


67

2 2 cos α = 54,02V π I1 2 2 cos Φ 1 = cos α = 0,45 FP = π I ef

V0 =


68

Cabine Primária

Respostas dos Exercícios

Capítulo 1 1) Cite os tipos de usinas de geração de energia elétrica que você conhece.

Usina hidroelétrica

Usina termoelétrica

Usina nuclear

Usina eólica

Cabine Primária

2) Qual é a maior forma de geração de energia elétrica no Brasil?

Através das usinas hidroelétricas.

3) Qual é o nível de tensão em que a energia elétrica é gerada nas grandes usinas hidroelétricas?

Entre 13,8 kV e 18 kV.

4) Cite três valores de tensão da saída da ETD.

Podem ser três dos valores a seguir:

- 3,8 kV

- 11,9 kV

- 13,2 kV

- 13,8 kV

- 20 kV

- 23,5 kV

- 34,5 kV

5) De acordo com a Resolução 505 da ANEEL, qual o limite de variação de tensão de fornecimento considerado adequado para um cliente ligado em 13,8 kV?

página

2

Considera-se o limite de 7% para menos e 5% para mais.

Capítulo 2 Assinale falso (F) ou verdadeiro (V) nas alternativas a seguir: 1) Quanto ao tipo definimos subestação primária de consumidor de tensão inferior a 69 kV como: (V) Subestação simplificada e convencional. (F) Subestação automática e semiautomática. (F) Subestação motorizada e manual. (F) Pode ser instalado apenas um transformador trifásico. (V) A medição fica no lado da alta tensão. (V) A proteção geral é feita por disjuntor com desligamento automático e relés. 3) Nas subestações blindadas o ramal de entrada: (F) Pode ser aéreo.

Respostas dos exerc´cicios

2) Nas subestações com potência acima de 300 kVA:

(F) Pode ser subterrâneo ou aéreo, a critério do consumidor. (V) Somente pode ser subterrâneo. 4) Na subestação de consumidor em tensão superior a 69 kV: (F) Os TPs e TCs da medição e da proteção são fornecidos pela distribuidora local. (V) Os TPs e TCs de medição são instalados pelo consumidor. (V) Na entrada da subestação deve haver um para-raios para cada fase, especificado de acordo com a indicação da distribuidora. 5) Na subestação de poste único: (F) O disjuntor de alta tensão deve ter ajuste de corrente definido pela distribuidora local. (F) A distribuidora local deve instalar o transformador e o disjuntor de alta tensão e o consumidor deve instalar o poste e os demais componentes eletromecânicos. (V) É obrigatório apenas um transformador com capacidade de até 300 kVA.

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Capítulo 3 1) Desenhe o fluxograma de ligação de uma subestação. Consumidor solicita análise de viabilidade

Distribuidora responde

Cabine Primária

Há custo para o consumidor?

Sim

Consumidor paga para a distribuidora

Não Consumidor responde com de acordo

Consumidor elabora e apresenta o projeto da subestação para a distribuidora Distribuidora analisa o projeto e responde ao consumidor

Projeto aprovado?

Não

Consumidor realiza adequações e reapresenta o projeto

Sim Consumidor compra os equipamentos e constrói a subestação. Consumidor envia carta de pedido de inspeção

Distribuidora realiza a inspeção

Subestação aprovada? Sim Consumidor solicita a ligação

Distribuidora realiza a ligação

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Não

Consumidor providencia a adequação

-

Contrato social;

-

Cartão do CNPJ;

-

Inscrição Estadual;

-

RG e CPF do representante legal;

-

Contrato de locação (quando aplicável);

-

Licença de funcionamento da CETESB (quando aplicável);

-

Relação de carga discriminada por tipo de uso final;

-

Projeto em três vias;

-

ART do projeto e da execução.

3) Cite cinco testes que devem ser realizados após o término da construção da subestação.

Podem ser cinco itens da relação seguinte: -

Funcionamento dos disjuntores;

-

Operação dos intertravamentos;

-

Medição de resistência de isolação no disjuntor;

-

Medição de resistência de isolação nas chaves seccionadoras;

-

Medição de resistência de isolação nas terminações dos cabos de alta tensão;

-

Medição de resistência de isolação nos transformadores;

-

Medição de resistência de isolação dos barramentos;

-

Análise de óleo do transformador;

-

Verificação do TAP do transformador;

-

Ensaio de relação de transformação do transformador;

-

Ensaio de tensão aplicada no barramento;

-

Medição de resistência de aterramento;

-

Continuidade da fiação de comando, medição e proteção;

-

Atuação dos relés.


2) Relacione os documentos que devem ser entregues no projeto para a distribuidora.

4) Uma unidade consumidora do grupo A paga uma tarifa binômia. O que isso significa?

Significa que essa unidade consumidora paga não somente a energia elétrica que consome, mas também a demanda que requer da rede elétrica.

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5) Quais são os três tipos de tarifa existentes para as unidades consumidoras do grupo A?

Convencional;

Horossazonal azul;

Horossazonal verde.

Capítulo 4

Cabine Primária

1) Os três tipos de para-raios existentes são: ( ) Para-raios com decida, para-raios com chapa, para-raios com cabo. (X) Cabo para-raios, para-raios do tipo haste reta ou gaiola, pararaios do tipo válvula. ( ) Para-raios automático, para-raios mecânico, para-raios de gaiola. 2) Definimos o disjuntor em alta tensão pelo seu meio de extinção de arco elétrico. São eles: (X) Grande volume de óleo (GVO), pequeno volume de óleo (PVO), sopro magnético, ar comprimido, vácuo, gás. ( ) Óleo, motorizado, comando local, comando remoto, termo magnético. ( ) Automática de mola, de manivela. 3) As chaves seccionadoras: ( ) São dispositivos destinados a realizar manobras de abertura e fechamento de um circuito elétrico com carga. ( ) São dispositivos destinados a realizar manobras de abertura e fechamento de um circuito elétrico durante um curto-circuito. (X) São dispositivos destinados a realizar manobras de abertura e fechamento de um circuito elétrico sem carga. 4) Sobre o transformador: ( ) Na subestação primária os transformadores podem ser monofásicos ou trifásicos, dependendo da necessidade do consumidor.

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(X) A principal função do óleo no transformador é refrigerar e isolar. (X) Os sistemas de refrigeração nos transformadores são refrigeração natural (ONAN), ventilação forçada (ONAF), circulação forçada do óleo (OFAF), refrigeração à água (OFWF).

5) Transformadores para instrumentos: ( ) Têm a finalidade de proteger as instalações elétricas. (X) Têm a finalidade de reduzir a tensão e a corrente para alimentar a proteção e a medição. ( ) Têm a finalidade de elevar a tensão e a corrente para alimentar a proteção e a medição.

1) Quais são as características principais de um sistema de proteção?

- Seletividade;

- Rapidez;

- Confiabilidade;

- Exatidão;

- Sensibilidade.


Capítulo 5

2) Qual a diferença entre um TC de medição e um TC de proteção?

No transformador de medição, quando ocorre um valor elevado de corrente, por exemplo, em um curto-circuito, ele satura, porque o medidor de energia não precisa registrar o que ocorre durante uma anomalia em um curto intervalo de tempo.

O TC de proteção possui um nível de saturação muito mais elevado. Na ocorrência de uma elevada corrente o TC a transmite para a sua saída (secundário), enviando essa informação ao relé de proteção.

3) Por que é importante preocupar-se com a corrente de curto-circuito de um disjuntor de subestação?

Caso o disjuntor venha a realizar a abertura de um curto-circuito de corrente superior ao valor que ele suporta, o equipamento pode se danificar durante essa operação.

4) Quais são os três elementos de um relé?

- Elemento sensor;

- Elemento comparador;

- Elemento de atuação.

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5) Quais são as funções básicas de proteção que toda subestação deve ter?

- 27 - Relé de subtensão;

- 47 - Relé de sequência de fase;

- 50 - Relé de sobrecorrente instantâneo;

- 51 - Relé de sobrecorrente temporizado;

- 59 - Relé de sobretensão.

Cabine Primária

Capítulo 6 1) Que capítulo da NR-10 determina as premissas para a realização de trabalho em alta tensão?

Capítulo 7

2) Qual a distância de risco e a distância controlada a partir de um ponto energizado em 13,8 kV?

Distância de risco: 0,38 m

Distância controlada: 1,38 m

3) Em que condição um profissional precisa fazer o curso complementar de NR-10?

Quando esse profissional for atuar com instalações elétricas de alta tensão (tensão superior a 1.000 V).

4) Qual a diferença entre um equipamento desligado e isolado?

Desligar refere-se a simplesmente promover a abertura da alimentação do circuito, ou seja, abrir o disjuntor ou a chave seccionadora. O desligamento é somente a primeira das seis etapas da desenergização. O isolamento refere-se ao desligamento de outros dispositivos que isolem fisicamente o trecho da instalação elétrica onde será realizado o serviço.

5) Qual ferramenta é utilizada para verificar a ausência de tensão em uma subestação?

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Detector de tensão.

Capítulo 7

De acordo com o item 10.5 da NR-10 somente é considerado desenergizado um equipamento elétrico, liberado para trabalho, mediante os procedimentos apropriados, obedecendo à sequência descrita em seguida.

A) Desligado

B) Isolado

C) Bloqueado

D) Testado

E) Aterrado

F) Sinalizado

2) Quais as principais funções dos instrumentos relacionados a seguir? a) Megôhmetro


1) Complete:

Ensaio de resistência de isolação

b) Medidor de relação de transformação TTR c)

Ensaio de relação de transformação Microhmímetro Ensaio de resistência de contato

d) Tensão aplicada Hipot

Ensaio de isolação por tensão aplicada

e) Teste de rigidez dielétrica do óleo TRDO

Ensaio de rigidez dielétrica do óleo isolante

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3) Mencione os três ensaios de resistência de isolação que devem ser realizados em um transformador. 1 – Ra: ensaio de resistência de isolação entre o enrolamento de alta tensão e a carcaça. 2 – Rb: ensaio de resistência de isolação entre o enrolamento de baixa tensão e a carcaça.

Cabine Primária

3 – Rab – Rba: ensaio de resistência de isolação entre os enrolamentos de alta e baixa tensão.

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4) Para medição da relação de transformação, considere um transformador cujo fechamento do enrolamento de alta tensão seja triângulo e o fechamento do enrolamento da baixa tensão seja estrela, a tensão primária do transformador seja de 13.800 V e a tensão secundária de 220 V. Qual o valor de relação de transformação usado?

- Relação de transformação calculada 108,646

- Valor de tolerância máximo 109,190

- Valor de tolerância mínimo 108,103


5) Observando o diagrama seguinte, elabore um procedimento de manobra para desligar e isolar o disjuntor principal de 13,8 kV com segurança, considerando todas as seccionadoras e disjuntores fechados.

a) Fazer programação com os setores envolvidos na manobra. b) Fazer planejamento. c) Verificar condições operativas dos equipamentos a serem manobrados. d) Desligar o disjuntor secundário dos transformadores. e) Verificar ausência de corrente nos circuitos. f) Desligar disjuntor principal pelo comando manual elétrico ou manual mecânico. g) Certificar-se de que as três fases do disjuntor abriram corretamente. h) Abrir e bloquear as chaves seccionadoras do cubículo de proteção. i) Abrir e bloquear as chaves seccionadoras no cubículo de transformação. j) Executar o teste de tensão.

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k) Fazer aterramento temporário na entrada e na saída do disjuntor. l) Sinalizar os equipamentos abertos.

Cabine Primária

m) Fazer relatório.

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Livro Cabine Primaria

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