Estudo de Curto-Circuito

O que o estudo de curto-circuito responde

• O disjuntor consegue abrir a falta? A corrente de curto no ponto não pode passar da capacidade de interrupção do disjuntor (Icu e Ics, na IEC 60947-2). Disjuntor subdimensionado pode não interromper a falta e ser destruído por ela.
• Barramentos e cabos aguentam? A corrente de pico gera esforço mecânico no barramento, e a corrente de curta duração aquece cabos e barras até a proteção abrir. Os dois são comparados com os valores de ensaio do painel (Ipk e Icw) e com a integral de Joule dos cabos.
• A proteção enxerga a menor falta? A corrente mínima, no fim do circuito mais longo, decide se o disjuntor abre no instantâneo ou na curva lenta. É o dado que a seletividade e o arco elétrico usam.

Exemplo: um transformador de 1.000 kVA

No quadro geral, a corrente de curto trifásica inicial chega a 27,0 kA. Com a relação R/X desse ponto, o fator de pico κ fica em 1,55 e a corrente de pico em 59 kA: o barramento do quadro precisa ter corrente de pico suportável acima disso. Se a instalação tiver 300 kW de motores em baixa tensão, eles devolvem corrente à falta nos primeiros ciclos e somam cerca de 3,5 kA, levando o total para perto de 30,5 kA.

Um disjuntor geral de 25 kA, comum em quadros montados sem estudo, não serve nesse quadro. O de 36 kA serve. Esse é o achado mais frequente quando um transformador é trocado por outro maior e os disjuntores antigos ficam.

A corrente cai rápido ao longo dos cabos. Num painel a 60 m, alimentado por cabo de 95 mm², ela é de 12,3 kA; com cabo de 35 mm², 6,5 kA; a 120 m com 35 mm², 3,4 kA. No fim de circuitos longos, o cálculo do curto mínimo (fator c = 0,95 e cabo quente) mostra se o disjuntor ainda abre no instantâneo.

Curto máximo e curto mínimo

O estudo faz dois cálculos com premissas opostas. O máximo usa a maior tensão de operação, todas as fontes ligadas, todos os motores contribuindo e cabos frios: serve para escolher disjuntores e verificar barramentos. O mínimo usa a menor tensão, a configuração com menos fontes e cabos na temperatura máxima: serve para conferir se a proteção é sensível o bastante e para o cálculo de energia incidente, em que a corrente menor muitas vezes dá o tempo de atuação maior e a energia pior.

Além do trifásico, o estudo calcula a falta fase-terra, que é a mais comum. No esquema TN da baixa tensão ela pode ser maior que a trifásica perto do transformador; na média tensão, depende de como o neutro é aterrado, e é ela que define o ajuste das funções de neutro dos relés.

IEC 60909 ou ANSI/IEEE C37

A IEC 60909 é o método usado com equipamentos de norma IEC, que são a maioria no Brasil. Ela calcula a corrente inicial (I"k), a de pico (ip) e a de interrupção (Ib), com o fator de tensão c e fatores de correção de impedância de transformadores e geradores. A ANSI/IEEE C37 calcula as correntes de primeiro ciclo e de interrupção para comparar com disjuntores ensaiados pelas normas americanas, comuns em pacotes de equipamentos importados para mineração e óleo e gás. Em navios e plataformas, a referência é a IEC 61363-1, que trata da contribuição de geradores ao longo do tempo.

No PTW, a IFELL usa o módulo A_FAULT para ANSI, o IEC 909 para a IEC 60909 e o Equipment Evaluation para comparar automaticamente cada disjuntor, barramento e cabo com as correntes calculadas.

Quando fazer o estudo

• Projeto de instalação nova em média tensão ou com quadro geral de grande porte.
• Troca ou aumento do transformador. Mais potência ou menos impedância é mais corrente de curto em tudo o que está a jusante.
• Gerador, usina solar ou baterias. Geradores síncronos contribuem muito para a falta; inversores, pouco e por pouco tempo. Os dois entram no modelo.
• Novo nível de curto da concessionária, depois de obras na rede.
• Cabine primária na Enel. O memorial de ajuste pedido pela ET 0004 parte do curto no ponto de entrega (estudo de proteção para a Enel).
• Nova NR-10. O estudo de energia incidente, exigido fora dos limites do Anexo IV a partir de 1º de junho de 2027, começa pelas correntes de curto (o que muda na NR-10).

O que o cliente recebe

• Unifilar atualizado e tabela de impedâncias usadas no modelo.
• Correntes de curto trifásico e fase-terra, máximas e mínimas, por barra, com corrente de pico.
• Comparação de cada disjuntor, barramento e cabo com as correntes calculadas, com os subdimensionados destacados.
• Soluções para cada item reprovado: troca, cascata com tabela do fabricante, fusível limitador ou mudança de impedância.
• Base de dados do PTW, quando o contrato pede, e ART do estudo.

Dados necessários

• Nível de curto-circuito no ponto de entrega, informado pela concessionária.
• Transformadores: potência, tensões, impedância e perdas (placa ou relatório de ensaio).
• Cabos: seção, material, número por fase e comprimento aproximado.
• Geradores, motores grandes e inversores, com dados de placa.
• Disjuntores e painéis: modelo, capacidade de interrupção e corrente suportável. Sem documentação, o levantamento de campo coleta os dados de placa.

Caso

Petrobras, FSO PRA-1 (Bacia de Campos). Modelagem das barras de 13,8 kV, 6,9 kV, 450 V e 220 V com dois turbogeradores em paralelo. O curto máximo chegou a 113,9 kA, e com as correntes e os tempos de atuação a IFELL calculou a energia incidente e especificou as vestimentas dos operadores. Contratado por meio da Ideal Work. Outros casos em obras e projetos.

Quem assina o estudo

Os estudos da IFELL são feitos e assinados pelo Eng. Raphael Olivati Modesto, engenheiro eletricista registrado no CREA-SP sob o nº 5069031027 e responsável técnico da empresa, com ART em todos os trabalhos. O modelo é montado no PTW, da SKM, com licença original em nome da IFELL, e o relatório é entregue em português.

Perguntas Frequentes