GERMANO – PLANTA III

CAPTAÇÃO E ADUÇÃO DE ÁGUA SANTA BÁRBARA

SE 69-4,16 kV – G03-40SE052 – BOOSTER 1

MEMÓRIA DE CÁLCULO – BANCOS DE BATERIAS E

CARREGADORES

Nº DO CONTRATO: 4500111124

REVISÕES

01 Aprovado pela SAMARCO E 12/07/12 LRA LBA JLB ARTECHE

00 Emissão Inicial B 30/05/12 LRA LBA JLB ARTECHE

Nº DESCRIÇÃO T.E. DATA PREP. VERIF APROV LIBER.

T.E – TIPOS DE EMISSÃO

A – PreliminarB – P/ Aprovação

C – P/ ConhecimentoD – P/ Cotação

E – P/ ConstruçãoF – Conforme comprado

G – Conforme construídoH – Cancelado

L – Aprovado

PreparadoLRA

VerificadoLBA

AprovadoJLB

LiberadoARTECHE

Data30/05/12

O.S.XXX

PROJETO QUARTA PELOTIZAÇÃONº ARTECHE:

S52-EL-01-MC-006

Rev.:

01

PÁGINA:

1

SAMARCO MINERAÇÃO S.A.Nº SAMARCO:

G0340SE-E-6MC205

Nº SAMARCO

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SUMÁRIO

1 OBJETIVO 3

2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA 3

3 NORMAS E CATÁLOGOS 3

4 DIMENSIONAMENTO DO BANCO DE BATERIAS 3

5 DIMENSIONAMENTO DO CARREGADOR DE BATERIAS 12

6 RESULTADOS OBTIDOS 12

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1 OBJETIVO

Esta memória de cálculo tem por objetivo apresentar os critérios utilizados e resultados obtidos no

dimensionamento de dois bancos de baterias e dois carregadores de 480 Vca/125Vcc a serem instalados

na Subestação SE 69-4,16 kV – G03-40SE052 – BOOSTER 1, do sistema de Captação e Adução de

Água do Rio Santa Bárbara, no município de Santa Bárbara, estado de Minas Gerais, área de concessão

de energia elétrica da CEMIG - Centrais Elétricas de Minas Gerais S.A.

2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA

2.1 G0340SE-E-600218 - Diagrama unifilar;

2.2 G0340SE-E-600201- Diagrama de serviços auxiliares CA/CC.

3 NORMAS E CATÁLOGOS

3.1 NBR 14201: Acumulador alcalino de níquel-cádmio estacionário - Especificação.

3.2 IEEE STD 1115 – 2000 – IEEE Recommended Practice for Sizing Nickel-Cadmium Batteries for

Stationary Applications;

4 DIMENSIONAMENTO DO BANCO DE BATERIAS

4.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Na subestação abaixadora serão instalados dois bancos de baterias e dois carregadores redundantes para

maior confiabilidade do sistema. Assim sendo, cada carregador com seu respectivo banco de baterias

deverá ser suficiente para alimentar 100% das cargas.

Cada carregador de baterias deverá ser capaz de recarregar completamente seu respectivo banco de

baterias em um intervalo máximo de 8h, simultaneamente à alimentação de 100% das cargas. Cada

banco de baterias deverá ser dimensionado para alimentar 100% das cargas com autonomia de 5 horas e

tensão final de descarga mínima de 106,3 V.

4.2 CARACTERÍSTICAS DAS BATERIAS

As baterias deverão ser do tipo Níquel Cadmio seladas.

• Tensão nominal do banco = 125 Vcc;

• Tensão final de descarga do banco = 106,3 Vcc;

• Regime de descarga de 8 horas (C8);

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• Temperatura máxima de condicionamento = 40°C;

• Fator de envelhecimento = 1.25 (item 6.6.2 NBR15254:2005);

4.3 METODOLOGIA

A metodologia adotada para o dimensionamento do banco de baterias é baseada na norma IEEE 1115 -

2000.

4.4 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

Para calcular a capacidade da bateria, é utilizada a seguinte fórmula:

Onde: C = Capacidade da bateria;

S = Seção do ciclo do perfil de descarga em análise;

P = Período em análise;

IP = Corrente requerida em Ampéres para o período P;

Kt = Fator de capacidade.

Tensão de carga considerada: 1,40 V

Número de elementos adotado: 97 células

Foi adotada tensão mínima por elemento de 1,1V. Com base nesse valor, são selecionados os fatores de

capacidade obtidos nas curvas dos fabricantes.

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4.5 CICLO DE DESCARGA

Para realizar o dimensionamento dos bancos de baterias, é necessário conhecer o ciclo de descarga da

bateria e o consumo das cargas a serem consideradas. Segue abaixo o ciclo de descarga das baterias

utilizado:

4.5.1 Descrição do Ciclo e das Cargas

Para realizar o cálculo, inicialmente ocorre a abertura simultânea de todos os disjuntores. No final do

ciclo, cada disjuntor é fechado individualmente.

– Carga A: Iluminação de emergência, sistema de medição, relés auxiliares, lâmpadas de sinalização,

relés, medidores, etc;

– Carga B: Abertura simultânea dos disjuntores;

– Carga C: Fechamento do disjuntor de 69kV;

– Carga D: Carregamento da mola do disjuntor de 69kV;

– Carga E: Fechamento de cada disjuntor de 4,16kV;

– Carga F: Carregamento da mola de cada disjuntor de 4,16kV;

– Carga G: Fechamento do disjuntor de 480V;

– Carga H: Carregamento da mola do disjuntor de 480V;

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SEÇÃO DESCRIÇÃO CARGASDURAÇÃO

(min)

1 Abertura simultânea dos disjuntores A + B 1

2 Ciclo normal A 291

3 Fechamento do disjuntor de 69kV A + C 1

4 Carregamento da mola do disjuntor de 69kV A + D 1

5 Fechamento do disjuntor principal de 4,16kV A + E 1

6 Carregamento da mola do disjuntor principal de 4,16kV A + F 1

7 Fechamento do disjuntor de 4,16kV A + E 1

8 Carregamento da mola do disjuntor de 4,16kV A + F 1

9 Fechamento do disjuntor de 480V A + G 1

10 Carregamento da mola do disjuntor de 480V A + H 1

4.6 CONSUMO PERMANENTE DAS CARGAS

Nesse item foram levantadas as cargas que devem ser continuamente energizadas durante todo o ciclo.

4.6.1 Relés de Proteção

Cargas conforme tabela abaixo:

RELÉS

CARGA CONSUMO QUANTIDADE

Proteção da Entrada 69kV 15W 1

Proteção do Trafo G03-40XF001

15W 2

Proteção da Entrada 4,16kV 15W 1

Proteção dos Motores 4,16kV 15W 3

Proteção do Trafo G03-40XF002

15W 1

CONSUMO TOTAL 120 W

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4.6.2 Medidores

Cargas conforme tabela abaixo:

MULTIMEDIDORES

CARGA CONSUMO QUANTIDADE

Entrada 69kV 10W 1

Entrada 4,16kV 10W 1

CONSUMO TOTAL 20 W

4.6.3 Componentes dos Disjuntores, Chaves Seccionadoras e Transformadores

Cargas conforme tabelas abaixo:

DISJUNTORES

CARGA CONSUMOQUANT.

69 kVQUANT.4,16 kV

QUANT.480 V

Lâmpadas de Sinalização 2 x 1W 1 2 1

Relés Auxiliares 5W 1 2 1

Alim. Auxiliar Bobina Dj. 5W - 2 1

CONSUMO TOTAL 7 W 24 W 12 W

SECCIONADORAS E TRANSFORMADORES

CARGA CONSUMOQUANTIDADE

SECC.QUANTIDADE

TRANSF.

Lâmpadas de Sinalização 2 x 1W 3 -

Relés Auxiliares 5W 3 2

Monitoramento e Controle 20W - 1

CONSUMO TOTAL 21 W 30 W

4.6.4 Demais Cargas

– Iluminação de Emergência: 8 lâmpadas de 23 W

Consumo = 184 W

– Medição de Faturamento CEMIG: 1 medidor de 20W

Consumo = 20 W

– Sistema de Supervisão: 350W

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Consumo = 300 W

– Sistema de Sinalização: 25 lâmpadas de 5W

Consumo = 125 W

4.7 CONSUMO MOMENTÂNEO DAS CARGAS

Nesse item foram levantadas as cargas que são alimentadas em determinados intervalos durante o ciclo.

4.7.1 Componentes dos Disjuntores e Seccionadoras

Cargas conforme tabelas abaixo:

DISJUNTORES E SECCIONADORAS

CARGA DJ. 69kV DJ. 4,16kV SEC. 480V

Bobina de Abertura 200W 200W 200W

Bobina de Fechamento 200W 200W 200W

Carregamento da Mola 500W 500W 500W

4.8 RESUMO DAS CARGAS

Conforme já apresentado, as cargas são divididas da seguinte forma:

CARGA A (CONSUMO PERMANENTE)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Relés de Proteção 120W 0,96A

Multimedidores 20W 0,16A

Componentes Disjuntores 43W 0,34A

Componentes Seccion. 21W 0,17A

Componentes Trafos 30W 0,24A

Iluminação de Emergência 184W 1,47A

Medição CEMIG 20W 0,16A

Sistema de Supervisão 300W 0,32A

Sistema de Sinalização 125W 1A

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TOTAL 963 W 6,91 A

CARGA B (ABERTURA SIMULTÂNEA DOS DISJUNTORES)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Bobina de Abertura do Disjuntor de 69kV

200W 1,60A

Bobina de Abertura dos Disjuntores de 4,16kV

2 x 200W 3,20A

Bobina de Abertura do Disjuntor de 480V

200W 1,60A

TOTAL 800 W 6,40 A

CARGA C (FECHAMENTO DO DISJUNTOR DE 69kV)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Bobina de Fechamento do Disjuntor de 69kV

200W 1,60A

TOTAL 200 W 1,60 A

CARGA D (CARREG. DE MOLA DO DISJUNTOR DE 69kV)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Carregamento de Mola do Disjuntor de 69kV

500W 4,00A

TOTAL 500 W 4,00 A

CARGA E (FECHAMENTO DO DISJUNTOR DE 4,16kV)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Bobina de Fechamento do Disjuntor de 4,16kV

200W 1,60A

TOTAL 200 W 1,60 A

CARGA F (CARREG. DE MOLA DO DISJUNTOR DE 4,16kV)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Carregamento de Mola do Disjuntor de 4,16kV

500W 4,00A

TOTAL 500 W 4,00 A

CARGA G (FECHAMENTO DO DISJUNTOR DE 480V)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Bobina de Fechamento do 200W 1,60A

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Disjuntor de 0,48kV

TOTAL 200 W 1,60 A

CARGA H (CARREG. DE MOLA DO DISJUNTOR DE 480V)

DESCRIÇÃO CONSUMO CORRENTE

Carregamento de Mola do Disjuntor de 0,48 kV

500W 4,00A

TOTAL 500 W 4,00 A

4.9 CÁLCULO DA CAPACIDADE DO BANCO

Correntes dos ciclos:

SEÇÃODURAÇÃO

(min)CARGAS SOMA (A)

CORRENTE TOTAL (A)

1 1 A + B 6,91 + 6,40 13,31

2 291 A 6,91 6,91

3 1 A + C 6,91 + 1,60 8,51

4 1 A + D 6,91 + 4,00 10,91

5 1 A + E 6,91 + 1,60 8,51

6 1 A + F 6,91 + 4,00 10,91

7 1 A + E 6,91 + 1,60 8,51

8 1 A + F 6,91 + 4,00 10,91

9 1 A + G 6,91 + 1,60 8,51

10 1 A + H 6,91 + 4,00 10,91

Tabela dos valores utilizados de K:

Tempo (min)

KTempo (min)

K

1 0,40 292 4,98

2 0,44 293 4,99

3 0,48 294 5,01

4 0,52 295 5,02

5 0,56 296 5,04

6 0,59 297 5,05

7 0,61 298 5,07

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8 0,64 299 5,08

291 4,96 300 5,10

Primeira Seção:

C1 = I1*K1 = 13,31*0,4 = 5,32 Ah

Segunda Seção:

C2 = I1*K292 + (I2-I1)*K291 = 13,31*4,98 + (6,91-13,31)*4,96 = 34,49 Ah

Terceira Seção:

C3 = I1*K293 + (I2-I1)*K292 + (I3-I2)*K1 = 13,31*4,99 + (6,91-13,31)*4,98 + (8,51-6,91)*0,4 =

35,22 Ah

Quarta Seção:

C4 = I1*K294 + (I2-I1)*K293 + (I3-I2)*K2 + (I4-I3)*K1 = 13,31*5,01 + (6,91-13,31)*4,99 + (8,51-6,91)*0,44 + (10,91-8,51)*0,4 = 36,35 Ah

Quinta Seção:

C5 = I1*K295 + (I2-I1)*K294 + (I3-I2)*K3 + (I4-I3)*K2 + (I5-I4)*K1 = 13,31*5,02 + (6,91-13,31)*5,01 + (8,51-6,91)*0,48 + (10,91-8,51)*0,44 + (8,51-10,91)*0,4 = 35,64 Ah

Sexta Seção:

C6 = I1*K296 + (I2-I1)*K295 + (I3-I2)*K4 + (I4-I3)*K3 + (I5-I4)*K2 + (I6-I5)*K1 = 13,31*5,04 + (6,91-13,31)*5,02 + (8,51-6,91)*0,52 + (10,91-8,51)*0,48 + (8,51-10,91)*0,44 + (10,91-8,51)*0,4 = 36,79 Ah

Sétima Seção:

C7 = I1*K297 + (I2-I1)*K296 + (I3-I2)*K5 + (I4-I3)*K4 + (I5-I4)*K3 + (I6-I5)*K2 + (I7-I6)*K1 = 13,31*5,05 + (6,91-13,31)*5,04 + (8,51-6,91)*0,56 + (10,91-8,51)*0,52 + (8,51-10,91)*0,48 + (10,91-8,51)*0,44 + (8,51-10,91)*0,4 = 36,10 Ah

Oitava Seção:

C8 = I1*K298 + (I2-I1)*K297 + (I3-I2)*K6 + (I4-I3)*K5 + (I5-I4)*K4 + (I6-I5)*K3 + (I7-I6)*K2 + (I8-I7)*K1 = 13,31*5,07 + (6,91-13,31)*5,05 + (8,51-6,91)*0,59 + (10,91-8,51)*0,56 + (8,51-10,91)*0,52 + (10,91-8,51)*0,48 + (8,51-10,91)*0,44 + (10,91-8,51)*0,4 = 37,22 Ah

Nona Seção:

C9 = I1*K299 + (I2-I1)*K298 + (I3-I2)*K7 + (I4-I3)*K6 + (I5-I4)*K5 + (I6-I5)*K4 + (I7-I6)*K3 + (I8-I7)*K2 + (I9-I8)*K1 = 13,31*5,08 + (6,91-13,31)*5,07 + (8,51-6,91)*0,61 + (10,91-8,51)*0,59 + (8,51-10,91)*0,56 + (10,91-8,51)*0,52 + (8,51-10,91)*0,48 + (10,91-8,51)*0,44 + (8,51-10,91)*0,4 = 36,47 Ah

Décima Seção:

C10 = I1*K300 + (I2-I1)*K299 + (I3-I2)*K8 + (I4-I3)*K7 + (I5-I4)*K6 + (I6-I5)*K5 + (I7-I6)*K4 + (I8-I7)*K3 + (I9-I8)*K2 + (I10-I9)*K1 = 13,31*5,1 + (6,91-13,31)*5,08 + (8,51-6,91)*0,64 + (10,91-8,51)*0,61 + (8,51-10,91)*0,59 + (10,91-8,51)*0,56 + (8,51-10,91)*0,52 + (10,91-8,51)*0,48 + (8,51-10,91)*0,44 + (10,91-8,51)*0,4 = 37,57 Ah

Considerando a maior capacidade calculada (décima seção):

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C = 37,57 Ah

Fator de envelhecimento: k1 = 1,25

Capacidade teórica final das baterias C = 37,57 * 1,25 C = 46,96 Ah

Adotar C = 50 Ah (Valor Comercial).

5 DIMENSIONAMENTO DO CARREGADOR DE BATERIAS

Cada carregador de baterias deverá ser capaz de recarregar completamente seu respectivo banco de

baterias em um intervalo máximo de 8h, simultaneamente à alimentação de 100% das cargas.

• Tensão nominal de entrada = 480 Vca 3Ø;

• Variação permitida da tensão de entrada = ±10%;

• Variação permitida da tensão no consumidor = ± 2%;

• Tensão mínima de final de descarga para consumidores = 106,3 Vcc;

• Tempo de recarga do banco = 8 horas;

A corrente de saída do carregador de baterias (consumidores + recarga) é dada por:

I = Ip + (F x C / T)

Onde :

I - Corrente de saída do carregador;

Ip = Corrente cargas permanentes (Ciclo A);

C = Capacidade nominal da bateria;

T = 8 horas, tempo para recarregar o banco de baterias;

F = Fator de correção (1,1).

I = 6,91 + (1,1 * 50 / 8) = 13,78 A

Será adotado o carregador com corrente I = 15 A.

6 RESULTADOS OBTIDOS

Para a subestação de 69 kV, deverão ser fornecidos dois bancos de baterias redundantes, com

capacidade igual ou superior a 50Ah e dois carregadores com corrente de 15A.

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- Capacidade nominal dos carregadores de bateria: 15A

- Capacidade nominal dos bancos de baterias: 98 elementos, 50Ah.