Dimensionamento de cabos de energia para alimentadores controlados pelo disjuntor (parte 3)

Dimensionamento de cabos de alimentação para alimentadores controlados por disjuntores (artigo técnico do sr. Asif Eqbal)

Continuação do artigo Dimensionamento de cabos de alimentação para alimentadores controlados por disjuntores (parte 2)

3. Critérios Início e funcionamento de quedas de tensão no cabo

Este critério é aplicado para que a cruzA área seccional do cabo é suficiente para manter a queda de tensão (devido à impedância do condutor do cabo) dentro do limite especificado, de modo que o equipamento que está sendo alimentado através desse cabo obtenha pelo menos a tensão mínima necessária no terminal de entrada da fonte de alimentação. condição de partida e corrida ambos.

Os cabos devem ser dimensionados de modo que a tensão máximaA queda entre a fonte de suprimento e a carga ao transportar a corrente de projeto não excede a que garantirá a operação segura e eficiente do equipamento associado. É um requisito que a voltagem no equipamento seja maior que a voltagem operacional mais baixa especificada para o equipamento no padrão de equipamento relevante.

Então, antes de começar com o cálculo de tensãodrop vamos primeiro analisar qual é a queda de tensão permissível conforme padrões e diretrizes relevantes e qual é a lógica possível por trás da seleção desses valores como valores permitidos.

Norma indiana 1255- CÓDIGO DE PRÁTICA PARA INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO DE CABOS DE ALIMENTAÇÃO ATÉ E INCLUINDO A CLASSIFICAÇÃO DE 33 kV na sua cláusula 4.2.3.4 menciona o valor permissível para diferentes tamanhos de seções transversais do condutor de alumínio em volts / kM / ampère para cabos de tensão de 1.1kV até 33kV. Como calculamos a queda de tensão em termos de porcentagem da tensão da fonte, essa cláusula não é muito usada na fraternidade de engenharia básica e detalhada.

Sua unidade complexa precisa ser multiplicada pelo comprimento do cabo e pela ampacidade. No entanto, pode-se definitivamente verificar se há algum tamanho e comprimento de cabo, que valor é obtido em termos de porcentagem?

Padrão IEEE 525 - Guia para o projeto e instalação de sistemas de cabos em subestações em seu anexo C, a cláusula número C3 menciona queQueda de tensão é comumente expressa como uma porcentagem da tensão da fonte. Uma queda de tensão aceitável é determinada com base em um conhecimento geral do sistema. Os limites típicos são 3% da fonte ao centro da carga, 3% do centro da carga à carga e 5% total da fonte à carga. Estes valores são indicados esquematicamente abaixo.

Layout de subestação de 6,6kV

Até agora nós entendemos:

1. O que são alimentadores primários e secundários?
2. Quais são os valores permitidos de queda de tensão nos cabos para diferentes tipos de alimentadores?
3. Quais são os padrões que regem os valores de queda de tensão permitidos?

Bem, responder a isso reside no fato de que háé uma regra geral que 2% da tensão é perdida em terminações e outros pontos, como juntas de cabos em um circuito entre a fonte de energia e a carga. Essa perda de tensão não é indicada e contabilizada no cálculo do tamanho do cabo. O cálculo do tamanho do cabo considera apenas a queda de tensão no condutor do cabo da fonte à carga. É prudente certificar-se de que a queda de tensão projetada não exceda 5% para evitar problemas após a instalação.

É muito mais caro remover e substituir umcabo existente ou equipamento que está abaixo da classificação versus o custo de equipamentos e cabos projetados com um grau extra de tamanho e evite problemas devido à tensão inadequada na carga.

O NEC recomenda ou requer uma queda de tensão máxima de 5%, mas realisticamente impedâncias de conexão, deterioração dos terminais devido ao calor e idade, etc; adicione resistência ao circuito total.

Diferença entre queda de tensão e queda de tensão?

Uma queda de tensão é uma diminuição na magnitude de uma tensão de alimentação com a duração de alguns ciclos para segundos. Uma queda de tensão é um problema de qualidade de energia que ocorre devido a:

Mudança repentina na carga, tal como ligar de repente a carga indutiva de grande porte ou qualquer falha temporária no lado da rede elétrica do sistema e a impedância da fonte (Transformador)

A queda de tensão é uma espécie de lado negativo transitórioflutuação da tensão do barramento que é experimentada por todas as outras cargas conectadas a esse barramento, porém é causada pelo acionamento de qualquer carga única de grande magnitude. É principalmente experimentado como uma diminuição na tensão do barramento devido ao começo do motor grande. Como a tensão do barramento diminui, outras cargas conectadas a esse barramento experimentam uma flutuação de tensão. Muitas vezes nos deparamos com esse fenômeno em nossa casa também quando devido à troca repentina de geladeira ou ar condicionado a tensão flutua.

Mesmo em caso de utilidade, a adição de um grandeNormalmente, a carga será programada com o utilitário para que eles possam projetar a hora do dia em que uma carga, como um escritório ou uma instalação industrial, está ativada. Considerando que a queda de tensão é a queda na tensão de alimentação antes de chegar à carga. É totalmente por causa da impedância do cabo de conexão. É por essa razão que, para verificar a adequação da capacidade do MVA do transformador e a adequação de sua impedância percentual, realizamos o cálculo da queda de tensão após o dimensionamento do transformador. O mesmo também pode ser feito por estudos de partida de motores.

Agora vamos voltar ao tópico original queé queda de tensão e seu cálculo. Como já sabemos sobre os valores permissíveis de queda de tensão, vamos calcular e derivar uma expressão para o mesmo em termos de impedância de cabo, comprimento de cabo e tensão de fonte.

Vamos considerar um fasor de referência como V. Direção de V como eixo X e perpendicular a V como eixo Y. Aproximação OC = OF que é quase igual a OE pois EF pode ser negligenciada porque EF << OF

Componente X da queda de tensão:
= Vdx = AE = AD + DE = AD + BG
= IRCos + IX Sin (Equação-1)

Y Componente de queda de tensão:
= Vdy = CE = CG-EG
= CG-BD
= IXCosф - IRSin (Equação-2)

Componente X do VS:
VSx = OE = √ (OC2 – CE2)

VSx = √ VS2 - Vdy2 (Equação-3)

V = OE –AE = VSx - Vdx (Equação-4)

Agora queda de tensão Vd é:
Vd = VS - V = VS - (VSx –Vdx) (Colocando o valor de V da equação-4)
Vd = VS + Vdx - VSx
Vd = VS + Vdx - VS2 - Vdy2 Equação -5 (Colocar o valor de VSx da equação-3)

Agora substituindo os valores de Vdy e Vdx da equação-2 e equação-1 respectivamente:

Vd = VS + (IRCosf + IXSin) - √ (VS2 - (IXCosof - IRSinf) 2 (Equação -6)

A equação 6 é a expressão final da queda de tensão, em que:

VS = a tensão de alimentação
Eu = a corrente de carga
R = a resistência do condutor do cabo em Ohms / kM
X = a reatância do condutor do cabo em Ohms / kM

A equação acima para queda de tensão érecomendado para o cálculo exato de acordo com o IEEE-241, Prática Recomendada para Sistemas de Energia Elétrica em Edifícios Comerciais, cláusula nº 3.6.1 e IEEE-141, Prática Recomendada para Distribuição de Energia Elétrica para Usinas Industriais, cláusula número 3.11.1

Muitos consultores recomendam o uso defórmula para cálculo exato de queda de tensão em cabos destinados a usinas de energia. No entanto, conforme o IEEE-525, Guia para o Projeto e Instalação de Sistemas de Cabo em Subestações, a equação número C.2b do Anexo C recomenda o uso da seguinte fórmula:

Vd = IRCosf + IXSin (Equação-7)

Já que o comprimento do cabo é normalmente expresso em metros, então antes de substituir na expressão acima, a conversão apropriada da unidade deve ser feita.

Às vezes, várias execuções de cabo são usadas, portanto, o número de execuções deve vir como fator de divisão na expressão acima para resistência equivalente. O fator de multiplicação de √3 deve ser usado para o sistema trifásico.

Resistência do condutor de cabo

A resistência do condutor de cabo é calculada a partirvalor de resistividade do material condutor a 20 C, que é uma temperatura padrão para testes adotada por todos os fabricantes de cabos. A resistividade é combinada em resistência pela seguinte fórmula:

Rdc = ρ X L / A

Onde:
ρ = Resistividade a 20 C
eu= 1 kM de comprimento
UMA = Área transversal do condutor.

Esta resistência é a resistência DC a 20 ° C. É convertido em resistência DC a 90 C pela seguinte fórmula de conversão:

Rt = R₂₀ (1 + αT)

Onde:
R₂₀ = Resistência a 20 C
α = Coeficiente de Expansão Linear de Alumínio
T = Temperatura na qual a resistência deve ser calculada

Para dimensionamento de cabos para o sistema AC, a resistênciado condutor a ser selecionado deve ser a resistência AC a 90 C e não a resistência DC. A resistência DC é selecionada para o dimensionamento de cabos para o sistema CC, como bateria, carregador de bateria, etc….

Um condutor oferece uma maior resistência a um fluxode corrente alternada do que para dirigir corrente. Quando o termo “resistência ac de um condutor” é usado, significa a resistência DC desse condutor mais um incremento que reflete o aumento da resistência aparente no condutor. Este incremento é causado principalmente por:

Efeito de pele

Isso resulta em uma diminuição da densidade de correnteem direção ao centro de um condutor. Um elemento longitudinal do condutor próximo ao centro é circundado por mais linhas magnéticas de força do que um elemento próximo ao aro.

Assim, o contra-fem é maior no centro deo elemento. A fem de condução líquida no elemento central é assim reduzida com a consequente redução da densidade de corrente. Em termos simples, a corrente tende a se aglomerar em direção à superfície externa.

Efeito de proximidade

Em condutores ac estreitamente espaçados, hátendência para a corrente mudar para a parte do condutor que está longe dos outros condutores daquele cabo. Isso é chamado de efeito de proximidade. O fluxo que liga a corrente do condutor em um condutor é distorcido pela corrente em um condutor próximo que, por sua vez, provoca uma distorção da distribuição da corrente de seção transversal.

Os dois fatores acima mencionados são para o aumentoresistência é geralmente expressa como a relação de resistência AC / DC. Existem outros efeitos magnéticos que também podem causar um aumento adicional nas taxas de resistência AC / DC. No entanto, não vamos discuti-las neste artigo. A relação ac / dc é determinada pelo fator de efeito da pele e pelo fator de efeito de proximidade.

Rac = razão (AC / DC) x Rdc

Para frequências superiores a 60 hertz, um fator de correção para os valores de resistência é aplicado da seguinte forma:

x = 0,027678 √ f / Rdc

Onde:
f = frequência em hertz
Rdc = resistência DC do condutor na temperatura de operação, em ohms por 1000 pés. A indutância de um cabo multi-condutor depende principalmente da espessura do isolamento sobre o condutor.

Reatância indutiva do condutor de cabo

A reatância indutiva de um circuito elétricoé baseado na lei de Faraday. Essa lei afirma que a voltagem induzida que aparece em um circuito é proporcional à taxa de mudança do fluxo magnético que a liga. A indutância de um circuito elétrico que consiste em condutores paralelos, como um cabo neutro concêntrico monofásico, pode ser calculado a partir da seguinte equação:

XL = 2π f (0,1404 log S / r + 0,153) x 10^-3

Onde:
XL = Ohms por 1000 pés
S = Distância do centro do condutor do cabo até o centro do neutro
r = Raio do condutor central
S er deve ser expresso na mesma unidade, como polegadas.

Agora, nos artigos técnicos parte 2 e parte 1 nóstinha considerado o dimensionamento de cabo para alimentador de motor DOL avaliado em 160kW fornecido por 415V. A área mínima requerida foi calculada como 3CX240 Sqmm Al, XLPE, no entanto, devido à exigência de corrente contínua, a seção transversal do cabo necessária foi calculada como 3CX300 Sq mm.

Agora vamos verificar a queda de tensão de partida e de partida para o mesmo usando equação-6 bem como aproximada equação-7.

• Resistência do condutor de 3CX300 mm Sq Al, cabo XLPE = 0.128 Ohms / kM (Do catálogo de fabricantes)
• Reatância do condutor de 3CX300 mm Sq Al, cabo XLPE = 0,071 Ohms / kM (do catálogo dos fabricantes)
• Comprimento do cabo = 150Mtr (assumido para este cálculo)
• Fator de potência em funcionamento do motor = 0,85
• Fator de potência inicial do motor = 0,3
• Corrente de partida do motor = 6 vezes a corrente nominal

Supondo uma queda de 1,5% no cabo para alimentador de entrada, isto é de (fonte) para centro de carga (PCC) que nós não calculamos aqui por causa da simplicidade e limitação de espaço.

Modificando equação-6 para unidades adequadas:

eu = comprimento do cabo = 150 Mtr
N = Número de execuções paralelas de cabo = 1

Substituindo os valores todos os valores na equação acima:

Agora podemos verificar o resultado obtido acima pela fórmula aproximada para que possamos analisar a quantidade de aproximação envolvida no uso dessa fórmula.

Modificando a equação-7 para unidades adequadas:

eu = comprimento do cabo = 150 Mtr
N = Número de execuções paralelas de cabo = 1

Substituindo os valores todos os valores na equação acima

Daí podemos ver que mesmo a aproximaçãofórmula dá precisão até um lugar de decimal e pode ser usado. Podemos fazer um pequeno estudo de caso variando o comprimento do cabo de 50 Mtrs para 150 Mtrs em passos de 15 Mtrs e analisar a diferença na queda de tensão pelo uso de duas fórmulas.

Portanto, podemos observar essa queda de tensão apenasdepois de um lugar de decimal como obtido pela fórmula exata está no lado menor, onde como fórmula aproximada até o comprimento da rota de 100 Mtrs dá queda de tensão no lado superior. Para o comprimento da rota acima de 100 Mtrs ambas as fórmulas quase convergem para dar o mesmo valor de queda de tensão em execução.

Por isso, é aconselhável ir para fórmula exata, tanto quanto possível, no entanto, a fórmula aproximada também dá o resultado bastante preciso.

Com a conclusão dos terceiro e último critériosde queda de tensão chegamos ao final do dimensionamento de cabos de energia para alimentadores de motor controlados por disjuntores fornecidos pela fonte de 415V. Com esta metodologia, os leitores podem desenvolver uma folha de excel formulada para o dimensionamento de cabos de energia para alimentadores controlados por disjuntores.