Quais são os critérios de dimensionamento dos fusíveis?

Introdução

A chave fusível, figura (1), é um equipamento destinado à proteção de sobrecorrentes de circuitos primários (MAMEDE FILHO, 2013). Esta é usada para proteger ramais e transformadores de distribuição (Marcos, 2010).

Figura 1 - Chave fusível.

Fonte:Adaptada de: http://judycabos.com.br/produto/chave-fusivel-distribuicao-porcelana-362kv-100a-10ka-c-ferragem-rpc/

Dentro do porta fusível existe o elo fusível, figura (2). Este é a parte sensível do dispositivo, pois responde pelas características de atuação. Portanto, é principal elemento a ser dimensionado. Neste artigo, será mostrado como dimensionar elos fusíveis para proteção de transformadores e ramais de alimentação.

Figura 2-Elo fusível.

Fonte: http://www.tecfuse.com.br/fusivel-k.html

Este elemento é identificado por sua corrente nominal e tipo, nessa ordem. Os tipos de elos fusíveis usados na distribuição são: K, T e H.Os elos fusíveis são descritos por curvas que relacionam tempo de resposta com corrente. Na figura (3), encontra-se curvas para os elos do tipo 10K, 15K e 25K.

 Figura 3 – Curvas para os elos de 10K, 15K e 25K

Fonte: ELEKTRO (2014) 

Antes de apresentar o tema proposto, é preciso entender o conceito de elo protetor e protegido. Para isso, considere a figura (4).

Figura 4 – Sistema radial simples com ramificação.

Fonte: autoria própria

Ao observar a figura (4), pode-se perceber que o elo que está mais perto do local da falta é o elo protetor, e o elo na retarguada deste, chama-se elo protegido.

Transformadores

A proteção de transformadores de distribuição é feita no lado de alta tensão (ELEKTRO ,2014) . Os elos do tipo K e H são os usados para a proteção desse equipamento. Para um dimensionamento adequado, tem-se que considerar os seguintes critérios:

• Operar para curtos-circuitos no transformador ou na rede secundária;
• Suportar continuamente, sem fundir, a sobrecarga do transformador;
• Deverá fundir em um tempo inferior 17 s, quando submetido a correntes de 2,5 a 3 vezes a corrente nominal do transformador;
• Não deverá fundir a corrente transitória de energização do transformador;
• Deve coordenar com a curva térmica do transformador;
• Deve coordenar com as proteções a montante e a jusante do transformador.

Os catálogos de fabricantes fornecem tabelas para o dimensionamento de elos fusíveis para transformadores de distribuição, tabela (1).

Tabela 1 – Elos fusíveis para proteção de transformadores trifásicos.

Fonte: Marcos ( 2010)

Note que para a rede de 13,8kV, usa-se elo do tipo H somente para potência nominal máxima de até 75 kVA.

Proteção de circuitos primários

Na proteção de ramais, devem ser utilizados somente os elos-fusíveis do tipo K (ELEKTRO, 2014). Para um dimensionamento adequado, os critérios precisam ser atendidos.

a)Deve-se usar elos fusíveis preferenciais;

b)A corrente nominal do elo-fusível deve ser superior à do maior elo de proteção dos transformadores do qual é retaguarda;

c) A corrente nominal do primeiro elo fusível, considerando o sentido da última carga para fonte, deverá obedecer à inequação 1.

 d) Os demais elos fusíveis, a montante deste, devem obedecer aos critérios:

d1) Mesmo critério da inequação (1);

d2) A corrente nominal, do elo-fusível, deve ser no máximo 25% da menor corrente de curto-circuito fase-terra mínimo até o fim do trecho para o qual é proteção de retaguarda, inequação (2);

d3) O elo protegido deve coordenar com o elo protetor, pelo menos, para o valor do curto-circuito fase terra mínimo no elo protetor.

Para coordenação de elos, deve-se utilizar as seguintes tabelas:

Tabela 2 – Tabela de coordenação de elos H e K

Tabela 3 – Tabela de coordenação de elos H e T

Tabela 4 – Tabela de coordenação de elos K e K

Tabela 5 – Tabela de coordenação de elos T e T

Todas essas tabelas estão em (Marcos, 2010). Na falta destas, pode-se coordenar os elos com suas curvas de tempo x corrente. Para isso, utiliza-se a inequação (3).

Note que para que exista coordenação, entre dois elos, é necessário que o tempo do elo protetor tenha um tempo de atuação menor ou igual que 75% do tempo do elo protegido.

No pedido de compra de um elo fusível, devem-se no mínimo, as seguintes informações:

• Corrente nominal em amperes;
• Tipo(K, T ou H)
• Modelo(Botão ou argola);

Para exemplificar o que foi ensinado, será mostrado um caso de dimensionamento para um sistema de distribuição de pequeno porte, figura (5).

Exemplo: Determinar os elos fusíveis, dos transformadores e ramais de alimentação, do sistema da Figura (5).  O curto-circuito monofásico, da legenda, é o fase terra mínimo.

Figura 5 – Sistema radial para estudo.

Fonte: Marcos(2010)

• Transformadores

Nessa etapa, será dimensionado os elos das chaves 5, 4 e 3, visto que nestas estão os conectados transformadores. O dimensionamento é feito com o uso da tabela (1). A figura (6) mostra o uso da tabela para o dimensionamento das chaves.

Figura 6 – Escolha dos elos fusíveis.  

Fonte: Autoria própria

Portanto, os elos para chaves 5,4 e 3 são respectivamente 5H, 3H e 2H

• Ramais de alimentação

O primeiro elo a se dimensionar é o 4 Para isso, inicialmente, serão usadas as inequações (1) e (2).

Logo, os valores possíveis para o elo está no intervalo de 10 a 31. Para determinar qual é valo, tem-se que usar a tabela de coordenação entre elos K e H, tabela (2). Para isso, tem-se que fixar o elo de 5H e percorrer a tabela (2) até que o critério d3 seja atendido.

A coordenação do elo 1 é feita da mesma forma que a do elo 2, porém, utiliza-se a tabela 4.

Logo a solução será:

Figura 7 - Solução do exercício.

Conclusão

Neste artigo foi mostrado:

• O que é um elo fusível;
• Como são as curvas de corrente x tempo de um elo;
• Como dimensionar um elo para proteção de transformador de distribuição;
• Como dimensionar um elo para um ramal de alimentação;
• Exemplo de dimensionamento para um sistemas de pequeno porte.

Referências

ELEKTRO ELETRICIDADE E SERVIÇOS S.A. ND.78: Proteção de redes aéreas de distribuição. Campinas-sp: -, 2014. 54 p

Prof. Marcos A. Dias de Almeida: https://www.ebah.com.br/content/ABAAAfZ4cAD/protecao-sistemas-eletricos.

MAMEDE FILHO, João. Manual de equipamentos elétricos. 4. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2013. 667 p.

Quais são os parâmetros utilizados para o dimensionamento dos fusíveis?

Como dimensionar o fusível?

Quais fatores devem ser levados em consideração no dimensionamento de fusíveis?

Como são classificados os fusíveis e quais são essas classificações?