Questões de Subestações para Concurso

Características Técnicas do Protocolo Foundation Fieldbus (FF H1)

O protocolo Foundation Fieldbus é um barramento de campo digital bidirecional totalmente distribuído, projetado especificamente para automação de processos industriais em plantas químicas, petroquímicas e plataformas de petróleo:

1. Camada Física H1 (IEC 61158-2):
   • Taxa de Transmissão (Baud Rate): Opera com velocidade padronizada fixa de 31,25 kbps;
   • Codificação de Sinal: Utiliza codificação Manchester Bifásica (Manchester Biphase-L), na qual a transição de nível no centro do bit sincroniza o clock e define o dado lógico (e não NRZ);
   • Meio Físico e Alimentação: Utiliza par trançado blindado tipo A (18 AWG) que transporta simultaneamente a alimentação em corrente contínua ($9-32\text{ VDC}$) e o sinal digital modulado em corrente ($\pm 10\text{ mA}$ sobre $100\ \Omega$ de terminação);
   • Segurança Intrínseca: Suporta nativamente conceitos de segurança intrínseca (Ex-i / modelo FISCO - Fieldbus Intrinsically Safe Concept), permitindo operação segura em atmosferas explosivas (Zona 0, 1 e 2);
   • Topologia: Suporta tipicamente até 16 a 32 dispositivos por segmento H1 (e não 128).

Conclusão e Justificativa do Gabarito Oficial (B)

O Foundation Fieldbus H1 caracteriza-se por adotar a taxa de transmissão de 31,25 kbps.

📌 DADOS & CONTEXTO

• Instalação elétrica industrial conectada a transformador de distribuição;
• Fator de potência global: $\text{FP} = \cos\varphi = 0{,}80$;
• Demanda ativa média registrada no período ($D_{m\acute{e}d}$): $756\text{ kW}$;
• Limite máximo admissível de potência aparente ($S_{m\acute{a}x}$): $1.050\text{ kVA}$.

⚙️ MÉTODO & DEFINIÇÃO REGULAMENTAR DO FATOR DE CARGA

1. Cálculo da Demanda Ativa Máxima Admissível ($D_{m\acute{a}x}$):

$$D_{m\acute{a}x} = S_{m\acute{a}x} \cdot \text{FP} = 1.050\text{ kVA} \times 0{,}80 = 840\text{ kW}$$

1. Equacionamento do Fator de Carga ($FC$):
   • Por definição normativa da ANEEL e ABNT NBR 5410:

$$FC = \frac{D_{m\acute{e}d}}{D_{m\acute{a}x}}$$

1. Cálculo Numérico:

$$FC = \frac{756\text{ kW}}{840\text{ kW}} = \frac{756}{840} = \mathbf{0{,}90}$$

🎯 CONCLUSÃO

O fator de carga mínimo deve ser igual a 0,90, correspondendo à alternativa D.

📚 EMBASAMENTO TEÓRICO COMPLEMENTAR & NORMATIVO

• Fundamentação Técnica e Normativa Aplicável: A correta interpretação desta questão exige o domínio integrado dos conceitos normativos (ABNT/IEC/NR) e das leis fundamentais da engenharia elétrica aplicadas a este tipo de problema de manutenção e projeto industrial.
• Boas Práticas de Engenharia: Na rotina de campo e em ensaios de comissionamento de instalações elétricas, a verificação sistemática destes parâmetros garante a integridade operacional dos equipamentos e a segurança dos profissionais envolvidos, prevenindo falhas catastróficas e indisponibilidades desnecessárias no sistema elétrico.

Dados do Problema

• Tipo de instalação: Instalação elétrica em Média Tensão (tensão nominal de $1{,}0\text{ kV}$ a $36{,}2\text{ kV}$);
• Norma técnica de referência: ABNT NBR 14039;
• Determinação do limite máximo de queda de tensão admissível em regime permanente.

Critério Normativo da NBR 14039

1. De acordo com o item 6.2.7 da NBR 14039:2005 (Quedas de Tensão): "Em nenhum ponto de utilização da instalação a queda de tensão em regime permanente deve ser superior a 5%, calculada a partir dos terminais do secundário do transformador MT/BT da subestação, ou a partir da origem da instalação em média tensão até os pontos de utilização."
2. Esse limite assegura o funcionamento estável de transformadores, motores de média tensão e painéis de distribuição sem sobreaquecimento ou atuação indevida de relés de subtensão (ANSI 27).

Conclusão e Justificativa do Gabarito

O valor máximo admissível é de $5\%$, confirmando a alternativa (C).

📌 DADOS & CONTEXTO

• Transformador trifásico de distribuição para subestação abrigada:
  • Potência nominal trifásica: $S_n = 200\text{ kVA}$;
  • Tensão primária de linha: $V_p = 13{,}8\text{ kV} = 13.800\text{ V}$;
  • Critério de partida da temporizada (pickup): $130\%$ da corrente nominal ($I_{ajuste} = 1{,}30 \times I_n$).

⚙️ MÉTODO & CÁLCULO ELETROTÉCNICO

1. Cálculo da Corrente Nominal Primária de Linha ($I_n$):

$$I_n = \frac{S_n}{\sqrt{3} \cdot V_p} = \frac{200\text{ kVA}}{\sqrt{3} \times 13{,}8\text{ kV}} = \frac{200}{23{,}902} \approx 8{,}3674\text{ A}$$

1. Cálculo da Corrente de Ajuste da Unidade Temporizada ($I_{ajuste}$):

$$I_{ajuste} = 1{,}30 \times I_n = 1{,}30 \times 8{,}3674\text{ A} \approx 10{,}8776\text{ A} \approx 10{,}9\text{ A}$$

🎯 CONCLUSÃO

A corrente de ajuste do relé de sobrecorrente é de aproximadamente $10{,}9\text{ A}$, confirmando a Alternativa C.

📌 DADOS & CONTEXTO

• Subestação aérea abrigada em poste singelo da rede de distribuição de média tensão (13,8 kV);
• Sinistro elétrico: Perfuração/rompimento da rigidez dielétrica da isolação primária do transformador de distribuição.

⚙️ MÉTODO & MECANISMO DE PROTEÇÃO CONTRA SOBRETENSÕES

1. Origem das Sobretensões Destrutivas:
   • Surtos de manobra na rede de MT e descargas atmosféricas diretas/indiretas induzem ondas de sobretensão de alta amplitude e frente escarpada que se propagam pela linha;
2. Papel Protetor dos Para-Raios de Óxido de Zinco (ZnO):
   • Instalados nos terminais de entrada de alta tensão do posto de transformação antes da chave-fusível, os para-raios atuam como resistores não lineares rápidos que conduzem a corrente do surto à terra ao atingirem a tensão de disparo, ceifando o pulso e mantendo a tensão abaixo do Nível Básico de Isolamento (NBI) do transformador;
3. Consequência da Falha do Para-Raio:
   • Se o para-raio falhar ou abrir, a onda de tensão plena atinge a bucha e os enrolamentos primários, superando o NBI e rompendo irreversivelmente o dielétrico sólido e líquido (óleo mineral).

🎯 CONCLUSÃO

O equipamento cuja falha permitiu o rompimento dielétrico foi o para-raio, correspondendo à alternativa A.