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OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA
Em todos os segmentos da sociedade, em todas profissões, os desafios
surgem sempre como situações a serem perseguidas e solucionadas.
Na engenharia elétrica não é diferente. Para aqueles que projetam,
operam e promovem a manutenção dos sistemas elétricos, o cotidiano
lhes reserva permanentes desafios tecnológicos, cuja solução passa pelo
conhecimento, pela motivação e pela necessidade de vê-los resolvidos.
O desafio: solucionar as reconhecidas dificuldades apresentadas nas
instalações elétricas industriais quando da partida de grandes máquinas
operando a expressivas distâncias em relação ao seu respectivo do
centro de carga, a exemplo do que ocorre nos acionamentos de:
- escavadeiras elétricas nas minerações a céu aberto;
- grandes bombas de captação d’água e
- grandes sistemas de ventilação.
OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA
E como forma de solucionar tecnicamente este desafio, a
CSN – MINERAÇÃO CASA DE PEDRA em conjunto com a SENIOR
ENGENHARIA estudaram e desenvolveram um
DISPOSITIVO DE PARTIDA DIRETA DE MOTORES DE INDUÇÃO
EM MÉDIA TENSÃO,
onde a rede elétrica impõe elevadas quedas de tensão, provocadas pelas
impedâncias do sistema elétrico.
OS GRANDES DESAFIOS DA ENGENHARIA ELÉTRICA
DIFICULDADES CONSIDERADAS:
- Sem o dispositivo de partida, a flexibilidade para realocação das escavadeiras
torna-se reduzida, uma vez que as distâncias limitam sua utilização;
- Em algumas situações é necessária a construção de subestações abaixadoras
(13,8kV-7,2kV) mais próximas do local de lavra;
- Para a construção de subestações gasta-se em torno de 30 dias (obras de
terraplenagem, drenagem, confecção de malha de aterramento, SPDA, instalação de
equipamentos e construção de redes de 13,8kV);
- O custo estimado (materiais) para realocação situa-se em torno de R$ 250.000,00,
sem considerar os gastos com mão-de-obra e equipamentos de mobilização
(guindastes, guindauto, pás mecânicas, etc.).
- Eliminando-se a necessidade da realocação das subestações, reduz-se a exposição
dos trabalhadores aos riscos inerentes da atividade e consegue-se alocá-los em
outras atividades (com o consequente aumento da produtividade e segurança
operacional).
- Além dito, obtém-se um aumento da flexibilidade e da velocidade das mudanças de
frentes de lavra, auxiliando no cumprimento do plano de lavra.
DIFICULDADES EQUACIONADAS COM A IMPLANTAÇÃO
DO DISPOSITIVO DE PARTIDA
1° Passo:
Levantamento dos parâmetros requeridos:
- Dados e impedâncias do sistema:
(Linhas de distribuição, cabos e
transformador);
- Dados e impedâncias do motor a ser
acionado;
ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO
2° Passo:
Estudos e modelamento do sistema
utilizando simulações das partidas no
ATP – Alernative Transients
Program.
ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO
3° Passo – Definição da solução:
Os estudos e simulações apontaram como
mais adequada a adoção de capacitores
série associados a indutores (reatores) e
resistores, passando a ser esta a solução
definida no projeto do equipamento.
ESTUDOS E DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO
Na concepção / filosofia do Diagramas Unifilar foram estudadas e
definidas as melhores formas que levassem o equipamento a operar
dentro das características desejadas.
PRINCIPAIS ASPECTOS CONSIDERADOS NA CONCEPÇÃO
DO PROJETO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
O DIAGRAMA UNIFILAR
No Diagrama Unifilar estão presentes todos os componentes principais
de força e comando, com suas respectivas funções e ainda os
componentes da automação.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO DISPOSITIVO DE
PARTIDA JÁ EM OPERAÇÃO NA CSN
- Quatro disjuntores a vácuo, classe 7,2 kV, 400 A;
- Dois Bancos de Capacitores (2.200 Microfarads);
- Um Banco de Indutores (0,1 mH);
- Dois Bancos de Resistores de Amortecimento (2 Ohms);
- Um Relé numérico microprocessado;
- Um CLP com IHM.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO ACIONAMENTO
DAS ESCAVADEIRAS CARTEPILLAR EM OPERAÇÃO NA CSN
Potência nominal 1800 kW
Tensão nominal 7,2 kV
Frequência nominal 60 Hz
Corrente nominal 178 A
Rotação 1784 rpm
Conjugado nominal 9636 N.m
Fator de potência 0,85
Rendimento 95,7 %
Conjugado máximo 1,55 x Conj. nominal
Corrente de rotor bloqueado 3,5 x Corrente nominal
Da mesma forma que o projeto de engenharia elétrica, especial
atenção foi dada à concepção do projeto de engenharia de
automação e controle, considerando-se os requisitos envolvendo o
software utilizado, a arquitetura e as telas operacionais.
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE
CLP - Controlador lógico programável;
Relé de proteção digital – IED;
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Lógica de funcionamento:
Situação 1 – Partida com 2 Bancos de Capacitores
(Distâncias maiores entre a carga e a subestação)
Situação 2 – Partida com 1 Banco de Capacitores
(Distâncias menores entre a carga e a subestação)
Situação 3 – Partida direta (Sem Banco de Capacitores)
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE
Lógica de funcionamento:
Situação 1 – Partida com 2 Bancos de Capacitores
(Distancias maiores entre a carga e a subestação)
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE
2 – Presença de Tensão3 – Durante a Partida
4 – Após partida 5 – Após partida: Operação Contínua
1 – DJ da SE Aberto (Sem tensão)
Lógica de funcionamento:
Situação 2 – Partida com 1 Bancos de Capacitores
(Distâncias menores entre a carga e a subestação)
PROJETO DE AUTOMAÇÃO E CONTROLE
2 – Presença de Tensão3 – Durante a Partida
4 – Após partida 5 – Após partida: Operação Contínua
1 – DJ da SE Aberto (Sem tensão)
ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO
Em atendimento às
exigências operacionais e
em função das necessidades
de deslocamentos, o
conjunto foi
adequadamente montado
sobre skid.
O arranjo físico do dispositivo
de partida foi estabelecido em
estrutura metálica, provida de
meios para fácil acesso a
todos os componentes
internos.
ARRANJO FÍSICO DO EQUIPAMENTO
A utilização de disjuntores de média
tensão com isolamento a vácuo,
proporcionou manobras seguras e com
baixo índice de manutenção;
ARRANJO FÍSICO – VISTA INTERNA
Os principais componentes de
comando e proteção incluíram o relé
numérico e os sensores de arco
elétrico;
ARRANJO FÍSICO – VISTA INTERNA
PARTIDA SEM O DISPOSITIVO
PARTIDA COM O DISPOSITIVO
TENSÃO NOMINAL: 7,2kV
TENSÃO DURANTE A PARTIDA :
SEM O DISPOSITIVO DE PARTIDA: ~ 5,5kV
COM O DISPOSITIVO DE PARTIDA: ~ 6,0kV
ACRÉSCIMO DE 500V DURANTE A PARTIDA!
A SENIOR ENGENHARIA AGRADECE à
CSN – MINERAÇÃO CASA DE PEDRA o apoio por ela dado para a
realização deste evento.