La restauration collective, des contraintes et des enjeux en concurrence

Como visto, os geradores são responsáveis pela geração da energia elétrica no sistema elétrico dentro da embarcação marítima.

Essa energia gerada deve ser distribuída por toda a embarcação, com todas as proteções necessárias, para que todos os equipamentos elétricos, desde uma simples lâmpada até os motores de propulsão, recebam a energia necessária para seu funcionamento correto.

Para que essa distribuição seja de forma organizada e protegida, os painéis elétricos foram idealizados para que esse processo seja feito de maneira precisa, controlada e viável.

Um painel elétrico funciona basicamente como um armário, apresenta uma estrutura externa metálica e seu interior preenchido com componentes elétricos para o controle da geração e da distribuição de energia, acionamentos elétricos para motores e alimentação para transformadores, inversores e painéis auxiliares.

Os painéis são utilizados em grande parte dos sistemas elétricos, desde uma instalação domiciliar até aplicações em grandes indústrias. A área marítima apresenta painéis de média tensão, de 13,8 kV até 6,6 kV e de baixa tensão de 690 V até 127 V. Dependendo do entendimento de projetistas, esses valores podem variar, mas o mais usuais são os considerados acima.

Figura 14 - Exemplo de painel elétrico (SIEM ENS)

As vantagens da utilização de painéis nos sistemas elétricos são diversas, mas podem-se citar as seguintes vantagens:

x Economia de espaço, instalação, operação e manutenção:

Espaço: devido sua estrutura ser única e reduzida, aproveita-se muito bem os espaços dentro do painel;

Instalação: os painéis já vêm prontos dos fornecedores sendo necessário somente o posicionamento dos mesmos nas embarcações e subsequente instalação dos cabos para o sistema elétrico a ser alimentado;

Operação: apresenta visores e sistemas de fácil observação e manuseio, tornando a operação e supervisão dos painéis muito fácil e simples;

Manutenção: dependendo do fabricante de painéis, a qualidade do mesmo é tão grande e precisa que na grande maioria das vezes, a manutenção é simples e barata, sendo que muitas vezes o próprio operador pode realizar as manutenções nos equipamentos.

x Segurança operacional e pessoal:

Devido aos diversos sistemas de proteção dos equipamentos e do próprio painel, eles são produzidos para trazer a máxima segurança para os operadores e para o sistema elétrico.

x Qualidade

Apresentam qualidade e tecnologia inquestionáveis para um melhor desempenho e ergonomia para os sistemas elétricos a serem utilizados.

Todo painel elétrico é dividido em colunas e em gavetas.

As colunas são as divisões verticais e toda coluna é dividida em gavetas. Geralmente um painel é dividido por colunas de acordo com a funcionalidade da coluna, por exemplo, uma divisão pode ser em colunas para os Centros de Controle de Motores (CCM), colunas para o acionamento dos motores de propulsão, colunas de entrada dos geradores e saída dos painéis auxiliares e colunas para divisão de barramento (conhecido do inglês como bus-tie).

As gavetas são as divisões horizontais das colunas dos painéis, aparecem em maior quantidade nos CCMs e apresentam diferentes tipos de construção nos painéis, sendo que as mais usuais são as em armário, gaveta plug-in e gaveta extraível.

As gavetas em armários são gavetas fixas dentro dos painéis aonde somente existe uma porta à frente dos painéis para o acesso aos componentes internos.

As gavetas do tipo extraível e plug-in são gavetas com um principio semelhante, porém com pequenas diferenças na construção. São gavetas de fácil remoção dos painéis onde podem ser trocadas por outras facilmente caso haja algum tipo de problema na gaveta existente.

3.4.2 Barramento

“Uma barra é um condutor rígido, em forma de tubo ou de seção perfilada, fornecido em trechos retilíneos. As barras são usadas diretamente como condutores (geralmente sem isolação) em equipamentos, tais como quadros de distribuição, ou em ‘barramentos blindados’. (...) Chamamos de barramento o conjunto de barras de mesma tensão nominal, com seus suportes e acessórios. Um barramento blindado é uma linha pré-fabricada cujos condutores são barras.” (COTRIM, 1992).

Seguindo a definição de um barramento, deve-se saber como se é construído esse barramento dentro dos painéis elétricos.

O barramento principal é geralmente construído na parte superior interna do painel, sendo que a partir dele, todos os equipamentos necessários para a proteção dos circuitos estejam logo abaixo do barramento principal, para que as ramificações finais possam ser levadas aos equipamentos alimentados.

O barramento pode ser construído ou de cobre ou e de alumínio. Abaixo será descrito segundo (COTRIM, 1992) uma comparação entre utilização de cobre ou alumínio como condutores.

“ (a) Condutividade. O alumínio apresenta uma condutividade de cerca de 60% da do cobre. Assim, para uma dada capacidade de condução de corrente, é necessário usar um condutor de alumínio com seção nominal da ordem de 1.6 vezes maior do que a indicada, caso fosse utilizado condutor de cobre.

(b) Densidade. A densidade do alumínio é de 2,7 g/cm³ e a do cobre de 8,89 g/cm³. Por ser mais leve, o alumínio é mais fácil de ser transportado e suspenso.

(c) A relação entre as densidades e as condutividades mostra que 1 kg de alumínio realiza o mesmo trabalho elétrico que cerca de 2 kg de cobre. Em função do preço dos dois metais, o uso de condutores de alumínio pode, em principio, conduzir a uma economia apreciável.

(d) Oxidação. Quando exposta ao ar, a superfície do alumínio fica recoberta por uma camada invisível de óxido, de características altamente isolantes e de difícil remoção. Nas conexões com alumínio, um bom contato só será conseguido com a ruptura dessa camada. Com efeito, a principal finalidade dos conectores utilizados, de pressão e aparafusados, é a de romper o filme de óxido. Muitas vezes são usados, durante a preparação de uma conexão, compostos que inibem a formação de uma nova camada de óxido, uma vez que removida a camada inicial.

(e) Escoamento. Por ser mais mole que o cobre, o alumínio escoa com pequenas pressões. Por essa razão, dos conectores usados em condutores de alumínio devem ter as superfícies de contato com área suficiente para distribuir as tensões e evitar danos à parte do condutor a ser comprimida. Por outro lado, é indispensável o reaperto periódico dos conectores, afrouxados pelo escoamento, para evitar a formação de óxido e o consequente aquecimento das conexões.

(f) Eletropositividade. O alumínio e o cobre estão separados eletroquimicamente por 2 volts. Essa diferença de potencial é responsável pela predisposição de uma conexão cobre-alumínio (ou liga de cobre – liga de alumínio) à corrosão galvânica. Cuidados especiais, como a utilização de conectores especiais, devem ser tomados para evitar a ocorrência de tal corrosão.

Pela comparação apresentada podemos concluir que:

- O alumínio representa a solução ideal para linhas de transmissão e de distribuição (cabos nus), tendo em vista, principalmente, a relação condutividade/peso;

- Em instalações onde as linhas possuam muitas conexões, onde não haja manutenção periódicas e/ou onde sejam utilizados componentes com contatos em liga de cobre

(interruptores, tomadas de corrente etc.), via de regra, os condutores de cobre (condutores e/ou cabos isolados) são os mais recomendados.”

Em aplicações marítimas, na grande maioria dos casos, o cobre se mostra um melhor condutor para os barramentos situados no interior do painel. Isso serve tanto para as aplicações em média tensão quanto em baixa tensão.

3.4.3 Disjuntores de ligação entre barramentos (tiebreakers)

Os geradores são conectados aos painéis, que no seu interior apresentam barramentos para a entrada de energia dos geradores e a saída para os equipamentos a serem distribuída a energia. Mas essas entradas comumente não são feitas por apenas um barramento, devido ao excesso de carga sobre o mesmo e também pela falta de necessidade de um barramento para essa situação.

Por isso, são construídos dentro dos painéis mais de um barramento, de 2 a 5 barras para apenas uma embarcação. Levando à necessidade de uma ligação entre esses barramentos, que são conhecidos do inglês como tiebreakers, ou disjuntores de ligação entre barramentos.

O tiebreaker apresenta características importantíssimas para o funcionamento correto das embarcações. Eles geralmente são alocados em uma coluna inteira, variando de acordo com a potência da embarcação.

Um tiebreaker tem a função de separar os barramentos devido ao número de entradas de geradores no sistema ao todo, por exemplo, um PSV apresenta geralmente quatro geradores principais, esses geradores são alocados com duas entradas em cada barramento. Isso se deve ao fato que o navio não atua em plena carga por toda a sua operação, não necessitando de potência total de seus geradores e assim o nível de curto-circuito em cada barramento fica em valores aceitáveis e passiveis de serem produzidos pelos fabricantes.

Soma-se a isso o fato de que para proteger o sistema ao todo, se ocorre uma falha em um dos barramentos, o tiebreaker isola essa região, protegendo o resto do sistema e tornando possível o uso dos equipamentos do outro barramento que apresentam boas condições de uso.