Apostila Projeto Eletrico Industrial Resumo Livro Mamede

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COLGIO ESTADUAL HAIDE TEDESCO REALI CURSO DE HABILITAO DE TCNICO EM ELETROTCNICA

Projeto Eltrico IndustrialAutor: Prof. Rodrigo Koproski

Sumrio

1 - Elementos de um Projeto Industrial...................................... 1 1.1 Introduo........................................................................ 11o - Condies de supprimento de energia eltrica............................................1 2o Planta baixa de arquitetura do prdio ..........................................................2 3o Planta baixa com disposio fsica das mquinas.......................................2 4o Planta de detalhes ...........................................................................................2 5o Planos de expanso.........................................................................................3

1.2 Concepo do Projeto ................................................... 31o Diviso das cargas em blocos .......................................................................3 2o Localizao do quadro de distribuio terminal.........................................4 3o Localizao da subestao de transformao .............................................4 4o Sistema primrio de distribuio interna .....................................................5 5o Sistema secundrio de distribuio...............................................................6

2 Condutores Eltricos ........................................................... 8 2.1 Introduo ..................................................................... 8 2.2 Fios e Cabos Condutores .............................................. 8 3 Sistema de Distribuio ..................................................... 10 3.1 Sistema de condutores vivos ....................................... 103.1.1 - Sistema monofsico a dois condutores (F N) ...................................10 3.1.2 Sistema monofsico a trs condutores..................................................10 3.1.3 Sistema trifsico a trs condutores (3F)................................................10 3.1.4 Sistema trifsico a quatro condutores (3F - N) ...................................10

3.2 Sistema de aterramento............................................... 103.2.1 - Esquema T T.............................................................................................11 3.2.2 - Esquema T N ............................................................................................11 3.2.3 - Esquema I T ..............................................................................................13

4 - Projeto Eltrico de um Galpo Industrial ........................... 14(a) Planta baixa com os lay-out das mquinas ..................................................14 (b) Dados do sistema a ser projetado ................................................................14

5 Clculo da demanda.......................................................... 16 5.1 - Motores........................................................................ 16(a) Fator de simultaneidade .................................................................................16 (b) Fator de utilizao ..........................................................................................17 i

(c) Rendimento......................................................................................................18 (d) Fator de potncia ............................................................................................18

5.2 Iluminao e tomadas em geral................................... 18 5.3 Determinao do horrio de ponta da indstria .......... 19(a) primeiro horrio de ponta: 05:00 s 11:00 hs..............................................19 (b) segundo horrio de ponta: 11:00 s 19:00 Hs ............................................19 (c) terceiro horrio de ponta: 19:00 s 23:00 Hs ..............................................19 (d) Tringulo das potnicas - Clculo da demanda provvel da indstria....19

5.4 Dimensionamento do ramal de ligao areo ............. 20 5.5 Dimensionamento do ramal de entrada subterrneo .. 20 5.6 Elos Fusveis para proteo de transformadores......... 21 6 Critrios para dimensionamento da seo mnima do condutor fase .......................................................................... 21 6.1 Critrio da capacidade de conduo .......................... 23(a) Clculo da corrente nominal..........................................................................23

6.2 Critrio da queda de tenso ........................................ 24(a) Circuito monofsico equivalente de corrente alternada para cargas trifsicas equilibradas...............................................................................24

7 Condutos eltricos............................................................. 26 7.1 Tipos de conduto eltricos .......................................... 27(a) Eletrodutos.......................................................................................................27 (b) Canaletas ..........................................................................................................29

8 - Motor Eltrico .................................................................... 29 8.1 - Placa de identificao do motor................................... 31 9 Proteo .............................................................................. 1 9.1 - Disjuntor ........................................................................ 19.1.1 - Principais caractersticas de um disjuntor ...............................................1 9.1.2 - Princpio de Funcionamento.....................................................................2 9.1.3 - Classificao dos disjuntores.....................................................................2 (a) Disjuntor Standard............................................................................................3 (b) Disjuntor Limitador .........................................................................................3 (c) Disjuntor Seletivo .............................................................................................4

9.2 - Fusveis.......................................................................... 49.2.1 - Princpio de Funcionamento.....................................................................5 9.2.2 - Norma dos fusveis.....................................................................................5 9.2.3 - Ao de um fusvel limitador ....................................................................5 ii

9.2.4 - Curva caracterstica de um fusvel de ao rpida e retardada .............6 9.2.5 - Principais tipos de fusveis existentes em uma instalao industrial ...6 9.2.6 Base de fixao ...........................................................................................7 9.2.7 Vantagens dos fusveis ..............................................................................8 9.2.8 Desvantagens dos fusveis ........................................................................8

9.3 Rel bimetlico de sobrecarga ..................................... 89.3.1 Introduo ..................................................................................................8 9.3.2 Ao das correntes nas lminas ...............................................................9

9.4 Rel de temperatura termistor.................................... 9 9.5 Dimensionamentos ...................................................... 109.5.1 Disjuntores................................................................................................10 a) Proteo contra sobrecargas ...........................................................................10 1a Condio: I aj I p ...........................................................................................10 2a Condio: I aj I nc ...........................................................................................11 3a Condio: I adc 1, 45 I nc .............................................................................11 4a Condio: Tad > Tpm .........................................................................................11 b) Proteo contra curto-circuitos......................................................................11 5a Condio: I cs I rd ...........................................................................................11 6a Condio: Tad Tcc ...........................................................................................11 9.5.2 Rels trmico de sobrecarga...................................................................11 9.5.3 Fusveis......................................................................................................11 (a) Circuitos terminais de motores em regime S1 ............................................12 (b) Circuito de distribuio de motores.............................................................12 (c) Circuito de distribuio de aparelhos ...........................................................12 (d) Circuito de distribuio de carrgas mistas (aparelhos e motores)............12 (e) Circuito de distribuio de capacitores ou banco.......................................12 (f) Comportamento do fusvel perante a corrente de partida do motor.......13 (g) Proteo da isolao dos condutores...........................................................13 (h) Proteo dos dispositivos de comando e manobra ...................................13

APNDICE ................................................................................. i Fusveis Diazed....................................................................... i Fusveis Neozed...................................................................... i Fusveis NH............................................................................ ii Categorias de Utilizao........................................................ ii

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1 - Elementos de um Projeto Industrial1.1 IntroduoPara elaborar um projeto eltrico industrial, devemos ter conhecimento de dados relativos : 1o - Condies de suprimento de energia eltrica A concessionria local deve prestar ao interessado as informaes que lhe so peculiares, tais como: (a) Garantia de suprimento de carga, dentro de condies satisfatrias; (b) Variaes de tenso de suprimento; (c) Tipo de sistema de suprimento: A alimentao na indstria na grande maioria dos casos, de responsabilidade da concessionria de energia eltrica. Por isso, o sistema de alimentao quase fica sempre limitado as disponibilidade das linhas de suprimento existente na rea do projeto. Quando a indstria de certo porte e a linha de produo exige uma elevada continuidade do servio, faz-se necessrio realizar investimentos adicionais, buscando recursos alternativos de suprimento, tais como construo de um novo alimentador e/ou aquisio de geradores de emergncia. As indstrias de uma maneira geral so alimentadas por um dos seguintes sistemas: (c.1) Sistema de suprimento radial simples: aquele em que o fluxo de potncia tem um sentido nico da fonte para a carga. Entretanto, apresenta baixa confiabilidade devido falta de recursos para manobra, quando da perda do alimentador. Em compensao seu custo mais reduzido em relao a outros sistemas. (c.2) Sistema de suprimento com recurso: aquele que o sentido do fluxo de potncia pode variar de acordo com as condies de carga do sistema. Estes sistemas apresentam maior confiabilidade, pois a perda eventual de um dos alimentadores no deve afetar a continuidade do fornecimento exceto durante o perodo do fornecimento da manobra das chaves. Estes sistemas apresentam custo mais elevado devido ao emprego de equipamento mais caro e, sobretudo pelo dimensionamento dos alimentadores que1

devem ter capacidade individual suficiente para suprir a carga quando da sada de um deles. Este tipo de sistema pode ser alimentado por uma ou mais fontes de suprimento da concessionria, que melhorar sobremaneira a continuidade do sistema.

Figura 1 Sistema de suprimento com recurso 2o Planta baixa de arquitetura do prdio Contm toda a rea de construo indicando com detalhes divisionais os ambientes de produo industrial, escritrio, dependncias em geral e outros que compem o conjunto arquitetnico. 3o Planta baixa com disposio fsica das mquinas Contm a projeo aproximada de todas as mquinas, devidamente posicionada com indicaes dos motores e dos locais dos painis de controle. 4o Planta de detalhes Devem conter todas as particularidades do projeto de arquitetura que venham a contribuir na definio do projeto eltrico, tais como: (i) Vistas e corte do galpo industrial

(ii) Detalhes de colunas e vigas de concreto ou outras particularidades da construo (iii) Detalhes de montagem de certas mquinas de grandes dimenses.

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5o Planos de expanso importante na fase de projeto conhecer os planos expansionistas dos dirigentes da empresa e, se possvel, obter detalhes do aumento efetivo da carga a ser adicionada, bem como o local de sua instalao. Em qualquer projeto de instalao industrial devemos considerar os seguintes aspectos: (i) Flexibilidade a capacidade de admitir mudanas na localizao das mquinas sem comprometer seriamente as instalaes existentes; (ii) Acessibilidade Exprime a facilidade de acesso a todas as mquinas e equipamento de manobras existentes; (iii) Confiabilidade Representa o desempenho do sistema quanto as interrupes temporrias e permanentes, bem como assegurar a proteo e a integridade fsica daqueles que operam.

1.2 Concepo do ProjetoEsta fase do projeto requer muita experincia profissional do projetista. Com base na sua deciso o projeto tomar forma e corpo que conduziro ao dimensionamento dos materiais e equipamentos, filosofia de proteo, etc. De um modo geral, como orientao, pode-se seguir os passos apontados a seguir para a concepo do projeto eltrico. 1o Diviso das cargas em blocos Com base na planta baixa com os lay-out das mquinas deve-se dividir a carga em blocos. Cada bloco de carga deve possuir um terminal com alimentao e proteo individualizadas. A escolha do bloco feita, em princpio, considerando-se os setores individuais de produo, bem como as grandezas da carga de que so constitudos para avaliao da queda de tenso. Obs.: (i) Nesta fase do projeto temos que j ter definido a tenso de alimentao na baixa tenso, sendo as mais utilizadas: 220 V, 380 V, 440 V.

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(ii) Quando um determinado setor de produo est instalado em recinto fisicamente isolado de outros setores, deve-se considerar como um bloco de carga individualizado; (iii) Podem-se agrupar vrios setores de produo num s bloco de carga, desde que a queda de tenso nos terminais das mesmas seja permissvel. Isto se d muitas vezes quando da existncia de mquinas de pequena potncia. 2o Localizao do quadro de distribuio terminal Os quadros de distribuio terminal devem ser localizados em pontos que satisfaam de um modo geral as seguintes condies: (i) No baricentro eltrico do bloco de cargas O baricentro eltrico calculado considerando um sistema de coordenadas cartesianas, concentradas em cada ponto, de cargas puntiformes com suas respectivas distncias origem.

x=

Pi xii =1

N

Pi =1 i

N

,

y=

P yi =1 i

N

i

Pi =1 i

N

Pi Potncia individual de cada motor, e N Quantidade de motores:(ii) Prximo linha geral dos dutos de alimentao; (iii) Afastado da passagem sistemtica de funcionrios; (iv) Em ambientes bem iluminados; (v) Em locais de fcil acesso; (vi) Em locais no sujeitos a gases corrosivos, inundaes, trepidaes, etc.; (vii) Em locais de temperaturas adequadas. 3o Localizao da subestao de transformao comum o projetista receber as plantas j com as indicaes do local da subestao. Nestes casos, a escolha feita em funo do arranjo arquitetnico da construo e muitas vezes da exigidade da rea. Pode ser tambm uma deciso visando a segurana da indstria, principalmente quando o seu produto de alto risco. Observase portanto, que nem sempre o local escolhido para a subestao o local mais adequado, s vezes, muita afastada do centro de carga, acarretando alimentadores longos e de seo elevada.,4

4o Sistema primrio de distribuio interna Quando uma indstria possui duas ou mais subestaes de transformaes, alimentada de um ponto suprimento da concessionria, devido a indstria ser formadas por duas ou mais unidades de produo, localizadas em galpes fisicamente separados. Em tais casos, necessrio localizar prximo a via pblica a Cabine de Medio, que contm equipamentos e instrumentos de medida de energia de propriedade da concessionria. Pode-se proceder a energizao destas subestaes utilizando-se um dos seguintes esquemas: (i) Sistema radial simples;

Figura 2 Sistema radial simples (ii) Sistema radial com recurso Este sistema pode ser projetado de acordo com a ilustrao abaixo.

Figura 3 Sistema radial com recurso

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5o Sistema secundrio de distribuio A figura abaixo mostra o traado de um circuito terminal de motor.

Figura 4 Sistema secundrio de distribuio. QGF (quadro geral de fora) e CCM (centro de comando) A distribuio secundria em baixa tenso numa instalao industrial pode ser dividida em: (a) Circuitos terminais de motores O circuito terminal de motores consiste em dois ou trs condutores conduzindo corrente numa dada tenso. Os circuitos terminais de motores devem obedecer algumas regra bsicas, tais como: Conter dispositivos de seccionamento na sua origem para fins de manuteno. O seccionamento deve desligar tanto o motor como seu dispositivo de comando. Podem ser utilizados: (i) seccionadores; (ii) interruptores; (ii) disjuntores; (iv) contactores; (v) fusveis com terminais apropriados para retirada sob tenso (vi) tomada de corrente. Conter um dispositivo de proteo contra curto-circuito na sua origem;

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Conter um dispositivo de comando capaz de impedir uma partida automtica do motor devido a queda ou falta de tenso, se a partida for capaz de provocar perigo. Nesse caso recomenda-se a utilizao de contactores;

Conter um dispositivo de acionamento do motor, de forma a reduzir a queda de tenso na partida a um valor igual a 10%, ou de conformidade com as exigncias da carga;

De preferncia, cada motor deve ser alimentado por um circuito terminal individual;

Quando um circuito terminal alimentar mais de um motor ou outras cargas, os motores devem receber proteo de sobrecarga individual. Nesse caso, a proteo contra curto-circuito deve ser feita por um dispositivo nico e localizado no incio do circuito terminal capaz de proteger condutores de alimentao do motor de menor corrente nominal e que no atue indevidamente sob qualquer condio de carga normal do circuito;

Quanto a maior potncia de um motor alimentado por um circuito terminal individual, mais recomendvel que as cargas de outras naturezas sejam alimentadas por outros circuitos.

(b) Circuito de distribuio Compreende-se por circuito de distribuio, tambm chamados de alimentadores, os condutores que derivam do Quadro Geral de Fora (QGF) e alimentam um os mais centros de comando (CCM ou QDL). Os circuitos de distribuio devem ser protegidos no ponto de origem atravs de disjuntores ou fusveis de capacidade adequada carga e s correntes de curto-circuito. Os circuitos devem dispor, no ponto de origem, de um dispositivo de seccionamento, dimensionado para suprir a maior demanda do centro de distribuio e proporcionar condies satisfatrias de manobra.

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2 Condutores Eltricos2.1 IntroduoO dimensionamento de um condutor deve ser precedido de uma anlise detalhada de sua instalao e da carga a ser suprida. Um condutor mal dimensionado, alm de implicar a operao inadequada da carga, representa um elevado risco de incndio para o patrimnio, principalmente quando associado um deficiente projeto de proteo. Os fatores que envolvem o dimensionamento de um condutor so: (i) Tenso nominal;

(ii) Freqncia nominal; (iii) Potncia ou corrente da carga a ser suprida; (iv) Fator de potncia da carga; (v) Tipo de sistema: monofsico, bifsico ou trifsico; (vi) Mtodo de instalao dos condutores; (vii) Tipo de carga: iluminao, motores, capacitores, etc.; (viii) Distncia da carga ao ponto de suprimento; (ix) Corrente de curto-circuito. Para que os condutores estejam adequadamente dimensionas necessrio que se projetem os elementos de proteo a eles associados de maneira que a sobrecarga e sobrecorrentes presumidas do sistema no afetem a sua isolao.

2.2 Fios e Cabos CondutoresA maioria absoluta das instalaes eltricas industriais emprega o cobre como elemento condutor dos fios e cabos eltricos. O uso do condutor de alumnio nesse tipo de instalao muito reduzido, apesar de o preo de mercado ser significativamente inferior aos correspondentes condutores de cobre. A prpria norma brasileira NBR 5410 restringe a aplicao dos condutores de alumnio quando somente permite o seu uso para sees iguais ou superiores a 10 mm2.

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De fato, os condutores de alumnio necessitam de cuidados maiores na manipulao e instalao, devido s suas caractersticas mecnicas. No entanto, o que torna decisiva a restrio ao seu maior uso a dificuldade de assegurar uma boa conexo com os terminais dos aparelhos consumidores, j que a maioria destes prpria para conexo com condutores de cobre. De maneira geral os cabos so isolados com diferentes tipos de compostos isolantes, sendo os mais empregados o PVC (cloreto de polivinila), o EPR (borracha de etileno-propileno) e o XLPE (polietileno reticulado). Os condutores so chamados de isolados quando dotados de uma camada isolante, de capa de proteo. Por outro lado, so denominados de unipolares os condutores que possuem uma camada isolante, protegida por uma capa, normalmente constituda de material PVC. Quando um cabo constitudo por condutores isolados e o conjunto protegido por uma capa externa, denominado de multipolar. Certos condutores, devido sua qualidade e ao forte esquema de marketing, j tornaram suas marcas extremamente populares, como o caso dos fios e cabos pirastic (condutor isolado em PVC) e, tambm, do sintenax (condutor unipolar com isolao em PVC), ambos de fabricao Pirelli. As figuras abaixo mostram cabo de cobre isolado de PVC e um cabo de cobre unipolar e um tripolar.

Figura 5 Tipos de fios e cabos condutores.

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A isolao dos condutores isolados designada pelo valor da tenso nominal entre fases que suportam, padronizadas pela NBR 6148 em 750 V. J. A isolao dos condutores unipolares designada pelos valores nominais das tenses que suportam respectivamente entre fase e terra e entre fases, padronizadas pela NBR 6251 em 0,6/1 kV para fios e cabos de baixa tenso e em 3,6/6 kV 6/10 8,7/15 e 12/20 kV para cabos de mdia tenso.

3 Sistema de Distribuio3.1 Sistema de condutores vivos

3.1.1 - Sistema monofsico a dois condutores (F N) o sistema comumente utilizado em instalaes residenciais e em prdios comerciais e residenciais com um nmero reduzido de unidades de consumo e de pequena carga.

3.1.2 Sistema monofsico a trs condutores empregado em pequenas instalaes residncias e comerciais, onde h carga de iluminao e motores. Seu uso limitado.

3.1.3 Sistema trifsico a trs condutores (3F) o sistema secundrio que pode ser conectado em tringulo ou estrela com o ponto neutro isolado.

3.1.4 Sistema trifsico a quatro condutores (3F - N) o sistema secundrio de distribuio mais comumente empregado nas instalaes eltricas industriais. Normalmente utilizada a configurao estrela com o ponto neutro aterrado.

3.2 Sistema de aterramento10

De acordo com a NBR 5410, as instalaes de baixa tenso devem obedecer, no que concerne aos aterramentos funcional e de proteo, a trs esquemas de aterramento bsicos, sendo designados por uma simbologia que utiliza duas letras fundamentais: 1a letra: indica a situao da alimentao em relao terra T um ponto diretamente aterrado I nenhum ponto aterrado ou aterrado atravs de impedncia 2a letra: indica as caractersticas de aterramento das massas T massas diretamente aterradas independente do eventual aterramento da alimentao; N massas ligadas diretamente ao ponto de alimentao aterrado, geralmente o neutro.

3.2.1 - Esquema T T Existe um ponto da alimentao diretamente aterrado, estando as massas da instalao ligadas a um eletrodo de aterramento independente do eletrodo de aterramento da alimentao. Trata-se de um esquema concebido de forma que o percurso da corrente proveniente de uma falta fase-massa inclua a terra e que a elevada impedncia desse percurso limite o valor daquela corrente. Porm pode trazer perigo para as pessoas que toquem numa massa acidentalmente energizada.Esquema T T fonte

fase neutro massa ou carcaa

PE

T - alimentao aterrada T - equipamento aterrado independente da alimentao pelo condutor PE

3.2.2 - Esquema T N

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Existe um ponto de alimentao diretamente aterrado, sendo as massas da instalao ligadas a esse ponto atravs de condutores de proteo. O esquema concebido de modo que o percurso de uma corrente de falha fase-massa seja constitudo exclusivamente por elementos condutores e, portanto, possua baixssima impedncia.Esquema TN - S fonte

fase neutro

PEmassa ou carcaa T - alimentao aterrada N - equipamento aterrado na alimentao S - condutor PE distinto do condutor neutro

Esquema TN - C fonte

fase PEN massa ou carcaa

T - alimentao aterrada N - equipamento aterrado na alimentao C - funes dos condutores PE e neutro combinadas em um nico condutor ao longo de todo o sistema

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Esquema TN - C - S fonte

fase neutro PE massa ou carcaa T - alimentao aterrada N - equipamento aterrado na alimentao C-S - funes dos condutores PE combinadas em um nico condutor numa parte do sistema

3.2.3 - Esquema I T No existe nenhum ponto da alimentao diretamente aterrado; ela totalmente isolada da terra ou aterrada atravs de uma impedncia de valor elevado. As massas so ligadas terra por meio de eletrodos de aterramento prprios. Nesse esquema, a corrente resultante de uma falta fase-massa no possuir intensidade suficiente para trazer perigo para as pessoas que toquem na massa energizada, devido s capacitncias da linha em relao terra e a eventual impedncia existente entre a alimentao e a terra.

Esquema IT fonte

fase neutro massa ou carcaa PE

I - alimentao aterrada atravs de impedncia T - equipamento aterrado independente da alimentao pelo condutor PE

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4 - Projeto Eltrico de um Galpo IndustrialProjetar o sistema eltrico a seguir, calculando todos os dispositivos de comando, proteo e alimentadores no sistema de baixa tenso.

(a) Planta baixa com os lay-out das mquinas

Figura 6 Planta baixa e lay-out das mquinas (b) Dados do sistema a ser projetado (1) Pa: Potncia de iluminaes, tomadas simples e aparelhos de aquecimento 30 kW; (2) M1: Motor de induo monofsico, 3 cv, 127/220 V; (3) M2: Motor de induo trifsico, 10 cv, 220/380 V; (4) M3: Motor de induo trifsico, 10 cv, 220/380 V; (5) M4: Motor de induo trifsico, 15 cv, 220/380 V; (6) M5: Motor de induo trifsico, 12,5 cv, 220/380 V; (7) M6: Motor de induo trifsico, 50 cv, 220/380 V;

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(8) M7: Motor de induo trifsico, 30 cv, 220/380 V; (9) M8: Motor de induo trifsico, 40 cv, 220/380 V; (10) M9: Motor de induo trifsico, 20 cv, 220/380 V; (11) M10: Motor de induo monofsico, 7,5 cv, 220/380 V. (12) Todos os motores possuem placa de identificao Regime: S1 CAT: N

Isol CL: B IP: Hz: 54 60

(13) Temperatura ambiente mdia: Ta = 40oC (14) Altitude: menos que 1000 m (15) Sistema de alimentao: Concessionria local (a) H disponibilidade de energia na regio; (b) Existe um alimentador passando em frente ao sistema eltrico a ser projetado; (c) Tipo do alimentador radial simples; (d) um alimentador somente para consumidores industriais; (e) Freqncia - 60 Hz; (f) Tenso nominal na alta tenso 13,8 kV (g) Ambiente no local de instalao dos motores e quadro Normal (pouca poeira e umidade) (h) No h necessidade de sistema de emergncia (grupo gerador, banco de baterias, etc.). (16) Seqncia de funcionamento

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Figura 7 Seqncia de funcionamento

5 Clculo da demanda5.1 - MotoresPm (cv) 0,736 Fu Fs N Fp

Dm =

Dm demanda dos motores, em kVA Pm potncia nominal, em cv Fu fator de utilizao Fp fator de potncia Fs fator de simultaneidade - rendimento N quantidade de motores de mesma potncia (a) Fator de simultaneidade a relao entre a demanda mxima do grupo de aparelhos e a soma das demandas individuais dos aparelhos do mesmo grupo, num intervalo de tempo

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considerado. O fator de simultaneidade sempre inferior que a unidade. A Tabela 1 fornece os fatores de simultaneidade para diferentes potncias de motores em agrupamento e outros aparelhos.

(b) Fator de utilizao o fator pelo qual deve ser multiplicada a potncia nominal do aparelho para se obter a potncia mdia absorvida pelo mesmo, nas condies de utilizao. A Tabela 2 fornece os fatores de utilizao dos principais equipamentos utilizados na instalaes eltricas industriais. Tabela 1 Fatores de simultaneidade Aparelhos (cv) 2 Motores: a 2,5 Motores: 3 a 14 Motores; 20 a 40 Acima de 40 Retificadores Soldadores Fornos Resistivos Fornos de induo 0,85 0,80 0,80 0,90 0,90 0,45 1,00 1,00 4 0,80 0,80 0,80 0,90 0,90 0,45 1,00 1,00 5 0,75 0,75 0,80 0,70 0,85 0,45 Nmero de aparelhos 8 0,70 0,75 0,75 0,70 0,80 0,40 10 0,60 0,70 0,65 0,65 0,75 0,40 15 0,55 0,65 0,60 0,65 0,70 0,30 20 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,30 50 0,40 0,45 0,50 0,60 0,70 0,30 -

Tabela 2 Fatores de utilizao Motores: a 2,5 Motores: 3 a 14 Motores; 20 a 40 Acima de 40 Retificadores Soldadores Fornos Resistivos Fornos de induo 0,70 0,83 0,85 0,87 1,00 1,00 1,00 1,00

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(c) Rendimento a relao entre a potncia fornecida ao eixo e a potncia eltrica de entrada, ou seja, (Veja Tabela 3),

=

Putil Pmecanica = Ptotal Peletrica

(d) Fator de potncia Relao entre a potncia ativa e a potncia aparente do motor. Veja Tabela 3. Tabela 3.1 - Motores Monofsicos rendimento e fator de pornciaVALORES NOMINAIS DOS MOTORES POTNCIA NO EIXO (CV) ABSORVIDA DA REDE (KW) FP

0,47 0,47 0,56 0,62 0,67 0,70 0,71 0,72 0,74 0,75 0,74 0,78 0,76

CORRENTE (A) (220 V)

1/4 1/3 1/2 3/4 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 7,5 10,0 12,5

0,39 0,52 0,66 0,89 1,10 1,58 2,07 3,07 3,98 4,91 7,46 9,44 12,10

0,63 0,71 0,72 0,72 0,74 0,82 0,85 0,96 0,96 0,94 0,94 0,94 0,93

2,8 3,3 4,2 5,6 6,8 8,8 11 15 19 24 36 46 59

5.2 Iluminao e tomadas em geralPrimeiros 20 kW: 100% Acima de 20 kW: 70%

Obs.: A utilizao do procedimento acima vlida quando no conhecemos a seqncia de funcionamento do sistema. Neste projeto, entretanto, conhecemos a seqncia de funcionamento dos equipamentos e da iluminao da indstria, como ilustrado na Figura 7. Portanto, calcularemos a demanda de acordo com essa seqncia.

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Tabela 3.2 Motores eltricos trifsicos: rendimento e fator de potncia Potncia II Polos CV 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,5 10,0 12,5 15,0 20,0 25,0 30,0 50,0 60,0 75,0 100,0 125,0 150,0 175,0 200,0 250,0 kW 0,75 1,10 1,50 2,20 3,00 3,70 4,50 5,50 7,50 9,00 11,00 15,00 18,50 22,00 37,00 45,00 55,00 75,00 90,00 110,00 130,00 150,00 185,00 KOHLBACH-SIEMENS IV Polos VI Polos VIII Polos

80,1 82,5 84,0 85,1 85,1 87,6 88,0 88,8 89,5 89,5 90,2 90,2 91,0 91,0 91,7 92,4 93,0 93,0 93,6 94,5 94,7 95,0 95,4

Cos 0,81 0,87 0,84 0,86 0,92 0,85 0,90 0,85 0,85 0,90 0,88 0,85 0,88 0,90 0,92 0,92 0,94 0,94 0,94 0,90 0,90 0,90 0,91

82,7 81,5 84,2 85,1 86,0 87,5 88,5 89,5 90,0 90,0 91,0 91,0 92,4 92,4 93,0 93,0 93,6 94,1 94,5 94,5 95,0 95,0 95,0

Cos 0,68 0,68 0,76 0,79 0,79 0,78 0,81 0,81 0,83 0,82 0,82 0,87 0,89 0,85 0,88 0,90 0,89 0,90 0,90 0,90 0,86 0,86 0,87

80,0 77,0 83,0 83,0 85,0 87,5 87,5 88,0 88,5 88,5 90,2 90,2 91,7 91,7 93,0 93,0 93,6 93,6 94,1 94,1 95,0 95,0 -

Cos 0,63 0,68 0,65 0,69 0,71 0,73 0,75 0,71 0,74 0,76 0,77 0,79 0,82 0,81 0,78 0,80 0,86 0,87 0,87 0,86 0,85 0,85 -

70,0 77,0 82,5 84,0 84,5 85,5 85,5 85,5 88,5 88,5 88,5 89,5 89,5 91,0 91,0 91,7 91,7 93,0 93,0 93,6 -

Cos 0,60 0,60 0,61 0,61 0,62 0,62 0,62 0,62 0,66 0,74 0,74 0,81 0,76 0,73 0,75 0,77 0,78 0,78 0,80 0,82 -

5.3 Determinao do horrio de ponta da indstria

(a) primeiro horrio de ponta: 05:00 s 11:00 hs

(b) segundo horrio de ponta: 11:00 s 19:00 Hs (c) terceiro horrio de ponta: 19:00 s 23:00 Hs (d) Tringulo das potnicas - Clculo da demanda provvel da indstria

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P S Q sen = S cos = S = P2 + Q2 P = S cos Q = S sen

Figura 8 Tringulo das Potncias P Potncia ativa (kW) Q Potncia reativa (kVAR) S Potncia aparente (kVA) ngulo do fator de potncia Obs.: (a) Para iluminao e aquecimento: FP = 1 (b) Para instalao de motores: FP = 0,92 (valor mnimo) (c) Clculo da demanda levando em considerao o horrio de ponta da indstria e escolha do transformador.

5.4 Dimensionamento do ramal de ligao areoTabela 4 Dimensonamento do ramal de ligao de entraa area Demanda provvel (kVA) 2000 2500 Cabo de alumnio nu (CA ou CAA AWG) 4 2 16 25 Cobre (mm2)

5.5 Dimensionamento do ramal de entrada subterrneoTabela 5 Dimensionamento do ramal de entrada subterrneo Eletroduto Demanda provvel (kVA) 2000 2500 Cobre (mm ) 25 352

(dimetro interno mnimo) mm 80 80 polegada 3 3

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5.6 Elos Fusveis para proteo de transformadoresTabela 6 Elos fusveis para proteo de transformadores 13,8kV Potncia do tranformador (kVA) 15 30 45 75 112,5 150 225 ELO 0,5H 1H 2H 3H 5H 5H 10H CHAVE (A) 100 100 100 100 100 100 100

6 Critrios para dimensionamento da seo mnima do condutor faseA seo mnima dos condutores eltricos deve satisfazer, simultaneamente, aos trs critrios seguintes: (i) seo mnima; (ii) capacidade de conduo de corrente; (iii) limite de queda de tenso; (iv) sobrecarga (v) capacidade de conduo da corrente de curto-circuito por tempo ilimitado; (vi) contatos indiretos; Durante a elaborao de um projeto, os condutores so inicialmente dimensionados pelos trs primeiros critrios. Assim, quando o dimensionamento das protees baseado, entre outros parmetros, nas intensidades das correntes de falta, necessrio confrontarmos valores destas e os respectivos tempos de durao com os valores mximos admitidos pelo isolamento dos condutores utilizados, cujos grficos esto mostrados na Figuras 9 e 10, respectivamente para isolaes de PVC 70oC e XLPE 90oC.

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Figura 9 Corrente mxima de curto circuito para fios e cabos isolados com PVC

22

Figura 10 Corrente mxima de curto circuito para fios e cabos isolados com XLPE

6.1 Critrio da capacidade de conduo

(a) Clculo da corrente nominal (i) circuito trifsico: I n =

S , onde U a tenso entre fase-fase 3 U

(ii) Circuito monofsico: I n = S - Potncia aparente

S , onde U a tenso entre fase-neutro ou fase-fase U

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I n - Corrente nominal(b) Corrente admissvelI ADM = In FCT FCA

FCT Fator de correo de temperatura (ver Tabela 7) FCA Fator de correo de agrupamento

I ADM = Corrente admissvelTabela 7 Fatores de correo de tempeatura ambientes diferentes de 30oC para linhas no-subterrneas e de 20oC (temperatura do solo) para linhas subterrneas. Isolao Temperatura (oC) 10 15 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 PVC 1,22 1,17 1,12 1,06 0,94 0,87 0,79 0,71 0,61 0,50 Ambiente XLPE / EPR 1,15 1,12 1,08 1,04 0,96 0,91 0,87 0,82 0,76 0,71 0,65 0,58 0,50 0,41 PVC 1,10 1,05 0,95 0,89 0,84 0,77 0,71 0,63 0,55 0,45 Solo XLPE / EPR 1,07 1,04 0,96 0,93 0,89 0,85 0,80 0,76 0,71 0,65 0,60 0,53 0,46 0,38

6.2 Critrio da queda de tenso

(a) Circuito monofsico equivalente de corrente alternada para cargas trifsicas equilibradas

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Figura 9 (a) Diagrama unifilar do circuito; (b) circuito eltrico monofsico equivalente. Para dimensionar as sees dos condutores pela mxima queda de tenso utilizamos o circuito eltrico equivalente e temos que levar em considerao as quedas de tenses nas resistncias e reatncias indutivas dos fios e cabos. Os diversos valores de queda de tenso, para diferentes sees transversais e nos mais diversos arranjos, encontram-se nas tabelas dos fabricantes. Quando estes valores no so encontrados, podemos calcul-las utilizando a frmula abaixo. Os valores da resistncia e da reatncia esto tabelados na Tabela 8. (a) Para circuito monofsico:

2 LI ( r cos + xL sen ) V12 100 = 100 V V (b) para circuito trifsico:

V % =

3LI ( r cos + xL sen ) V12 100 = 100 V V L Comprimento do circuito (km) V % =

r Resistncia do fio por unidade comprimento (/km) xL Reatncia indutiva do fio por unidade de comprimento (/km)

ngulo do fator de potncia da cargaI Corrente monofsica equivalente V Tenso entre fase e neutro

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Tabela 8 - Dados caractersticos para condutores isolados com cobertura em baixa tenso 1 kV. Valores de r e xL por unidade de comprimento para condutores de PVC -70 em trs disposies mais utilizadas

xL ( km )Seo nominal (mm2) 1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500 630 Dimetro externor ( km )

Disposio triflio 0,2322 0,2206 0,2171 0,2081 0,1945 0,1839 0,1837 0,1783 0,1756 0,1727 0,1713 0,1695 0,1695 0,1690 0,1652 0,1645 0,1634 0,1625 0,1615 0,1626 0,1509 0,1474 0,1385 0,1249 0,1153 0,1141 0,1087 0,1081 0,1031 0,1017 0,09989 0,09996 0,09944 0,09562 0,09486 0,09383 0,09289 0,09100

(mm) Cabo tripolar 0,124 0,115 0,114 0,108 0,103 0,098 0,097 0,093 0,093 0,090 0,090 0,088 0,088 0,087 0,086 0,086 3,15 3,60 4,50 5,10 5,75 6,75 8,35 9,40 10,85 12,50 14,65 16,23 18,17 20,18 22,82 25,40 28,30 31,80 35,40

14,477 8,866 5,516 3,685 2,189 1,376 0,870 0,627 0,463 0,321 0,231 0,184 0,149 0,120 0,0922 0,0744 0,0593 0,0477 0,0338

7 Condutos eltricosNum sistema eltrico existem diversas maneiras de se transportar os condutores eltricos. Estas canalizaes so destinadas a conter exclusivamente condutores eltricos denominamos de conduto eltrico.

26

7.1 Tipos de conduto eltricos

(a) Eletrodutos Tubos destinados construo de condutos eltricos. Normalmente so utilizados eletrodutos de PVC ou ferro esmaltado ou galvanizado. Os eletrodutos de ferro so geralmente utilizados em instalaes aparentes ou embutidos, quando h necessidade de uma proteo mecnica. A NBR 5410 estabelece que: (i) Dentro dos eletrodutos s devem ser instalados fios e cabos, no sendo permitida a utilizao de condutores prova de tempo e cordes flexveis; (ii) (iii) O dimetro externo do duto deve ser igual ou superior a 17 mm; No haja trecho contnuo (sem interrupes de caixas) retilneos de eletroduto maiores que 15 m; (iv) Nos trechos com curvas, este espaamento deve ser reduzido de 3 m para cada curva de 90o. Exemplificando:

d 15m

d 15m

d1

d2

d = d1 + d 2 + d3

d3

(v)

Dimensionamento dos eletrodutos

A taxa de ocupao mxima dos eletrodutos em mdia 40% da sua rea til. A ocupao mxima do eletroduto pode ser calculada conhecendo-se a rea til do eltroduto, AE , e a rea ocupada por cada condutor, Acj . No caso (mais freqente) de eletroduto circular AE dada por

27

AE = d e dimetro externo do eletrodutoe espessura do eletroduto

( d e 2e ) 4

2

A rea de cada condutor, Acj , dada por:Acj = d 2 j

4 Onde d j o dimetro do condutor genrico qualquer. Alm disso, devemos ter:

A

cj

kAE

Onde k um fator que segue a tabela abaixo 1 condutor 2 condutores 3 ou mais condutores 0,53 0,31 0,40

Exemplificando: Seja um circuito composto por 2 condutores de 2,5 mm2, 2 condutores de 4 mm2, 2 condutores de 6 mm2 e um condutor de proteo de 6 mm2. Condutor (mm ) 2,5 4,0 6,02

rea de 1 condutor + isolante (mm2) 10,8 13,9 18,1

A rea total ocupada pelos condutores ser:

A

' cj

= 2 10,8 + 2 13,9 + 3 18,1 = 103,7 mm 2

O dimetro interno do eletroduto ser:di 4 A' cj k

28

Assim, temos: di

4 103,7 = 18,1 mm . Pela tabela IEC, nos remete a um 0, 4

eletroduto de tamanho nominal de 25 mm.

(b) Canaletas A NBR 5410 estabelece que em canaletas s devem ser utilizados cabos unipolares ou cabos multipolares. Os condutores isolados podem ser utilizados, desde que contidos em eletrodutos. Nas instalaes em canaletas devem evitar a penetrao de lquidos. Quando no for possvel, os cabos devem ser instalados no interior de eletrodutos estanques. As canaletas, na maioria das vezes, so construdas em alvenaria. Neste caso, devem aproveitar as dimenses padronizadas do tijolo para constru-las, mesmo que isso resulte numa canaleta com seo superior ao mnimo calculado. Os cabos instalados em canaletas devem, de preferncia, ser dispostos em uma s camada. Tambm podem ser instalados em prateleiras dispostas em diferentes nveis. Os cabos devem ocupar, no mxima, 30% da rea til da canaleta. Exemplificando: 21 cabos de 120 mm2, isolao XLPE. Da Tabela temos que o dimetro externo do cabo de 19,2 mm.

Scanaleta =

2 N cond Dext _ cont

4

1 0,3

Scanaleta rea da canaleta Ncond nmero de condutores Dext_cond dimetro externo do condutor Substituindo os valores na equao, temos:

Scanaleta =

21 19, 22 1 = 20267mm 2 4 0,3

Portanto, as dimenses da canaleta so: 200 x 105 mm, ou seja 21000 mm2.

8 - Motor Eltrico uma mquina que transforma energia eltrica em energia mecnica. H vrios tipos, mas devido a simplicidade de construo, custo e manuteno e atender29

praticamente a qualquer tipo de carga, utiliza-se os motores trifsicos de induo ou assncronos, na sua grande maioria. O motor de induo ou assncrono opera normalmente a uma velocidade constante, variando ligeiramente com a aplicao de carga mecnica no eixo. Antes de procedermos a uma caracterizao dos motores, faremos algumas consideraes sobre as rotaes dos mesmos. Sabe-se que o nmero de rotaes nos motores de corrente alternada e a formao de campo girante dependem: (a) Da freqncia, f, do sistema que fornece energia eltrica. No Brasil, a legislao pertinente estabeleceu a freqncia de 60 Hz; (b) Do nmero de plos, p, do motor. A rotao sncrona de um motor em rpm o nmero de rotaes com que, para cada nmero de plos e da freqncia, ele suscetvel de girar. Assim a rotao sncrona, n, do motor dada por:

n=

120 f p

onde f a freqncia do sistema e p o nmero de plos do motor. Nos motores de induo ou assncronos, ocorre um deslizamento ou defasagem ou escorregamento em relao rotao sncrona, da o seu nome, de modo que, as rotaes dos motores, dadas pela frmula acima, passam a serem menores. O escorregamento, s, expresso por:

s=

nsncrona ndo motor nsncrona

Nos motores assncronos a corrente que circula no motor induzida pelo movimento relativo entre os condutores do rotor e campo girante, produzido pela variao da corrente no indutor fixo. So duas as partes essenciais do motor de induo: o indutor fixo (estator) e o rotor ou induzido. O estator consta de um enrolamento alojado em ranhuras existente na periferia do ncleo de ferro laminado (carcaa). A passagem da corrente trifsica vinda da rede gera um campo magntico que gira com velocidade sncrona (campo girante). O rotor ou induzido composto de um ncleo ou tambor de ferro laminado, dotado de ranhuras onde se alojam os fios ou barras de cobre. A corrente no estator gera um campo girante no interior da qual se acha o rotor. Os condutores do rotor so cortados pelo fluxo magntico do campo girante

30

e neles so induzidas foras eletromotrizes as quais do origem as corrente eltricas. Estas correntes, por sua vez, reagem sobre o campo girante, produzindo um conjugado motor que faz o rotor girar no mesmo sentido que o campo. importante ressaltar que a velocidade do rotor nunca pode se tornar igual velocidade do campo girante, isto , a velocidade sncrona, pois, se esta fosse atingida, no se produziria correntes induzidas no rotor. A National Electrical Manufacturing Association (NEMA) classifica os motores em classes, de A a F. Em termos gerais deveremos conhecer as caractersticas mais importantes do sistema de alimentao e da carga a ser acionada, tais como: a) Caracterstica da rede de alimentao:

Freqncia 60Hz Tenses 127/220/380/440 Voltsb) Caractersticas dos motores

Condies usuais de servio; Condies especiais de servio; Placa de identificao; Informativos tcnicos do fabricante;c) Caractersticas da carga a ser acionada

Potncia no eixo (CV) e altitude (m); Rotao (rpm) e temperatura ambiente (oC); Regime de funcionamento (contnuo, intermitente ou de curta durao) Local da instalao do motor (abrigado, ao tempo, submerso, poeira,umidade, inflamveis, entre outros fatores).

Na energizao - situao de carga presente (presente, ausente ouparcialmente).

8.1 - Placa de identificao do motor31

Quando um fabricante projeta um motor, ele tem que partir de certos valores adotados para: a) Caractersticas da rede de alimentao; b) Caractersticas da carga a ser acionada; c) Condies em que o motor vai funcionar. O conjunto desses valores constitui as caractersticas nominais do motor. O fabricante comunica estas informaes ao cliente so atravs de: a) Informaes padronizadas por norma, que no precisam ser declaradas na placa de identificao, esto as condies sob as quais o motor de fabricao normal foi construdo para funcionar, ou seja, as condies usuais de servio, tais como:

Meio refrigerante: na maioria dos casos o ar do meio ambiente; Temperatura ambiente no superior a 40oC; Localizao sombra; Altitude no superior 100m acima do nvel do mar;b) Informativos tcnicos de motores; c) Condies especiais de servio: Tudo que no se enquadra nas condies usuais de servio ser considerado como condies especiais de servio. As mais comuns so:

Ambiente contendo elementos prejudiciais ao motor, tais como: fumaaumidade excessiva, poeiras condutoras, vapor dgua, ar salgado ou ambiente corrosivo;

Funcionamento em locais perigosos, locais contendo poeiras, gases ouvapores inflamveis ou corrosivos;

Funcionamento em lugar pouco ventilado; Exposies temperatura constantemente inferior 10oC, os mancais podemnecessitar de lubrificantes especiais;

Exposies temperatura superior 40oC, os enrolamentos podem atingirtemperaturas prejudiciais a isolao. Este fato pode ser compensado por

32

um projeto especial do motor, ou pela reduo da potncia nominal do motor, conforme a tabela abaixo:

Temperatura Ambiente 40oC 45oC 50oC

Carga Admissvel 100% 95% 89%

Temperatura Ambiente 55oC 60oC 70oC

Carga admissvel 83% 67% 64%

A seguir iremos identificar todas as informaes contidas na placa de identificao do motor necessrias para a elaborao de um projeto industrial. 1. Nmero de Modelo - MOD: a referncia do fabricante para registro das caractersticas nominais do motor e seus detalhes construtivos; 2. Potncia Nominal CV: a potncia que o motor pode fornecer no eixo em regime contnuo, sem que os limites de temperatura dos enrolamentos sejam excedidos aos valores mximos permitidos por norma nas condies usuais de servio; 3. Tenso Nominal V: a tenso da rede para o qual o motor foi projetado. As tenses mis utilizadas so 220, 380 ou 440V; 4. Freqncia Nominal Hz: a freqncia da rede para o qual o motor foi projetado. Por norma, o motor deve funcionar satisfatoriamente quando alimentado com tenso nominal e houver uma variao de 5% na freqncia; 5. Corrente Nominal A: acorrente que o motor solicita da rede de alimentao, trabalhando potncia nominal sob tenso e freqncia nominais. A corrente nominal calculada pela equao abaixo:

33

IN =6. Velocidade Nominal rpm:

P(CV )* 736 3 *U N * cos *

a velocidade do motor, funcionando potncia nominal sob tenso e freqncia nominais. 7. Fator de Servio FS: um nmero que pode ser multiplicado pela potncia nominal do motor a fim de se obter a carga permissvel que o mesmo pode acionar em regime contnuo, dentro de condies estabelecidas por norma; 8. Regime de Funcionamento - REG: Indica a forma de utilizao do motor no acionamento de uma carga. a) regime contnuo (S1): Os motores em geral, so projetados para trabalhar regularmente com carga constante, por tempo indeterminado, desenvolvendo potncia nominal, b) regime S2: Regime de tempo limitado c) regime S3: Regime intermitente peridico 9. Classe de Isolamento ISOL CL: Indicada por norma como a mxima temperatura que o material isolante pode suportar continuamente, sem que seja afetada sua vida til. A vida til de um motor est ligada diretamente ao aquecimento das bobinas do enrolamento. O aquecimento, fator principal da reduo da vida til do motor, provoca o envelhecimento gradual e generalizado do isolamento at o limite da tenso a que est submetido, quando o motor ficar sujeito a um curto-circuito interno de conseqncias desastrosas. So as seguintes as classes de isolamento empregadas em mquinas eltricas: Classe A E B Limite de Temperatura 105oC 120oC 130oC Classe F H Limite de Temperatura 155oC 180oC

10. Categoria CAT: Todo motor dimensionado para acionar adequadamente uma determinada carga acoplada ao seu eixo necessita durante a partida, em cada instante, o conjugado

34

motor superior ao conjugado resistente da carga. A Curva do conjugado motor deve guardar uma distncia da curva do conjugado resistente, durante o tempo de acelerao do conjunto (motor/carga) at que o motor adquira a velocidade de regime. Este intervalo de tempo especificado pelo fabricante, acima do qual o motor deve sofrer sobreaquecimento, podendo danificar a isolao dos enrolamentos. Conforme as suas caractersticas de conjugado em relao a velocidade, os motores de induo trifsicos so classificados em categorias, definidas em norma. 11. Grau de Proteo IP: Os invlucros dos equipamentos eltricos, conforme as caractersticas do local em que sero instalados e de sua acessibilidade devem oferecer um determinado grau de proteo. O grau de proteo reflete na proteo do motor quanto a entrada de corpos estranhos e penetrao de gua pelos orifcios destinados entrada e sada do ar refrigerante. A norma define o grau de proteo dos equipamentos eltricos por meio das letras caractersticas IP seguidas por dois algarismos. O primeiro algarismo indica o grau de proteo quanto a penetrao de corpos slido e contatos acidentais enquanto que, o segundo algarismo indica o grau de proteo contra penetrao de gua no interior do motor. Primeiro Algarismo 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 Sem proteo Corpos estranhos a partir de 50mm Corpos estranhos a partir de 12mm Corpos estranhos a partir de 2,5mm Corpos estranhos a partir de 1,0mm Proteo contra acmulo de poeira Proteo penetrao de poeira Segundo Algarismo

Sem proteo Pingos dgua na vertical Pingos dgua at a inclinao de 15o com a vertical gua de chuva at a inclinao de 60o com a vertical Respingos em todas as direes Jatos dgua em todas as direes Imerso temporria

12. Cdigo de Partida COD:

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um nmero que indica a relao entre a corrente de partida e a corrente nominal, ou seja,

Constante de partida X =

IP IN

A letra-cdigo convencionada conforme os valores da relao entre a potncia aparente (kVA) demandada rede e a potncia em CV, com o rotor bloqueado (locked rotor), isto , de acordo com o valor kVA/CV. Naturalmente o motor no opera nestas condies, porm, no instante de partida, ele no est girando, de modo que esta condio pode ser considerada vlida at que o rotor comece a girar. A tabela abaixo indica a letra cdigo Letra-cdigo A B C D E F G H J K L M N P R X 0,00 3,14 3,15 3,54 3,55 3,99 4,00 4,49 4,50 4,99 5,00 5,59 5,60 6,29 6,30 7,09 7,10 7,99 8,00 8,99 9,00 9,99 10,00 11,19 11,20 12,49 12,50 13,99 14,00 e maiores

A corrente nominal e de partida de um motor e dadas por:IN = PCV 736 3 U cos

X PCV 1000 3 U onde IN a corrente nominal e IP a corrente de partida do motor. IP =

36

MEC-SEMTEC CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE MATO GROSSO GERNCIA DA EDUCAO PROFISSIONAL DO NVEL TCNICO

Proteo EltricaAutor: Prof. Dr. Walterley Araujo Moura

9 ProteoO Dimensionamento dos dispositivos de proteo de um circuito s est adequadamente protegido contra sobrecorrentes quando todos os seus elementos, tais como condutores, chaves e outros, estiverem com suas capacidades trmicas e dinmicas iguais ou inferiores aos valores limitados pelos dispositivos de proteo correspondentes. Desse modo, torna-se importante analisar as sobrecorrentes e os tempos associados resposta efetiva da proteo.

9.1 - DisjuntorSo dispositivos de proteo capazes de proteger circuitos eltricos, tendo como funo bsica o desligamento do circuito e como funo secundria permitir a operao manual, atravs de alavanca liga/desliga.

9.1.1 - Principais caractersticas de um disjuntor (a) Estabelecer, conduzir e interromper correntes em condies normais de um circuito;

(b) Conduzir por tempo especificado e interromper em condies anormais as correntes de curto-circuito;

(c) Sua operao repetitiva, ou seja, podem ser religados aps ter atuado, sem necessidade de troca; (d) A caracterstica tempo x corrente na maioria das vezes podem ser ajustadas.

1

tempo curva trmica

curva magntica

corrente

9.1.2 - Princpio de Funcionamento Devido s suas principais caractersticas o disjuntor um equipamento complexo devido principalmente a sua capacidade de interrupo. Apresentaremos de um esquema simplificado o princpio de funcionamento de um disjuntor.elemento eletromagntico ponto fixo alavanca ajuste contatos mecanismo Mola de disparo (M) mecanismo Mola de disparo (M) contatos elemento eletromagntico ponto fixo

Disjuntor ligado

Disjuntor desligado

Um mecanismo movimentado por uma fora externa (alavanca ou motor), acionando um bloco de contato, ao mesmo tempo em que distende um jogo de molas (M). Ao fim do curso dos contatos. Uma trava mantm os contatos fechados e o conjunto de molas se distendidas. Qualquer comando no disparador retira a trava, liberando o mecanismo, que provocara a separao brusca dos contatos, por efeito de liberao das molas. Na interrupo da corrente que ocorre durante o perodo de abertura tem um valor mximo eficaz denominado capacidade de interrupo do disjuntor que um valor sempre em kA, que representa o maior valor eficaz simtrico que o disjuntor pode interromper com plena segurana para o operador e equipamento.

9.1.3 - Classificao dos disjuntores Os disjuntores so classificados em trs tipos:2

1o. DISJUNTOR Standard 2o. DISJUNTOR Limitador 3o. DISJUNTOR Seletivo

(a) Disjuntor Standard O princpio de funcionamento do disjuntor Standard o mesmo apresentado anteriormente, onde a sua capacidade de interrupo (velocidade de abertura dos contatos exercida exclusivamente pelas foras doas molas de disparo). Os disjuntores Standard mais modernos tm um tempo total de corte bastante reduzido (20 ms). Entretanto devemos observar as informaes dos fabricantes para cada tipo de disjuntor em suas funes especficas.

(b) Disjuntor Limitador medida que o nvel de curto-circuito aumenta num sistema eltrico, disjuntores com capacidades maiores devero ser projetados para atender a condio do sistema. Entretanto, existem sistemas eltricos com nveis de curto-circuito to elevados que no se encontra comercialmente disjuntores Standard com esta caracterstica, pois necessitaramos um mecanismo e tcnicas de disparo economicamente inviveis na sua construo. Para aumentar a capacidade de interrupo sem aumentar exageradamente o tamanho do disjuntor, introduziu-se uma srie de modificaes construtivas, visando aproveitar o fluxo magntico de interrupo/extino. Basicamente um disjuntor Standard com estas modificaes construtivas, sendo a mais significativa a alterao no formato das peas de contato.

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(c) Disjuntor Seletivo Para garantir a seletividade em disjuntores instalados em srie na condio de curto-circuito, necessrio que o tempo total de interrupo do disjuntor mais prximo do defeito, seja menor que o tempo mnimo de impulso do disjuntor imediatamente a montante. Sendo esta condio difcil de ser obtida com a utilizao de disjuntores Standard ou seletivo. Com o advento da eletrnica, conseguiu-se obter a seletividade entre disjuntores. A tcnica de regular o tempo de atuao do disparador eletromagntico, intercalando-se um circuito RC, que retarda o sinal de desligamento.temporizador

TC

elemento eletromagntico ponto fixo alavanca ajuste contatos Mola de disparo (M)

mecanismo

Disjuntor seletivo

Os disjuntores so utilizados principalmente quando: a) Espera-se ocorrncia peridica de curto-circuito; b) Deseja-se o desligamento de todas as fases com o desligamento automtico; c) For necessrio o religamento imediato aps o desligamento, desde que eliminado o defeito; d) desejado o comando a distncia

9.2 - FusveisSo dispositivos usados com o objetivo de limitar o efeito de uma perturbao, proporcionando a sua interrupo. Os fusveis so os elementos mais frgeis que so propositadamente intercalados num determinado ponto do circuito eltrico para interromper corrente de sobrecargas violentas. Aps a interrupo temos que assegurar que a d.d.p que podero aparecer na extremidade do elo fundido no venha estabelecer condies de circulao de correntes atravs do invlucro ou pela interrupo do elo. Apresentaremos os dois tipos de normalmente encontrados de sobrecarga: i) Tipo 1: Sobrecarga moderada ---------- IN at IRBL = X.IN4

ii)

Tipo 2: Sobrecarga violenta ------------- IRBL at 100IN

9.2.1 - Princpio de Funcionamento Apresentaremos agora o funcionamento do fusvel de alta capacidade de interrupo:

O condutor e o elemento fusvel so percorridos por uma corrente admissvel que os aquece. A temperatura do condutor dever assumir um valor constante em toda a sua extenso. Devido a resistncia do elo fusvel este sofre um aquecimento maior, atingindo na parte central uma temperatura TB, o qual a partir deste valor transferida par ao meio ambiente. A temperatura TA no deve ultrapassar a um determinado valor para no prejudicar a vida til do isolamento do elemento condutor.

9.2.2 - Norma dos fusveis As normas de fusveis definem para diversos tipos, diversas faixas de corrente nominais, os seguintes parmetros: (a) Tempo convencional: tc: (b) Corrente convencional de no fuso (Inf): o maior valor de corrente, para o qual o dispositivo no atua em menos de 2 horas (c) Corrente convencional de fuso (If): o menor valor de corrente para o qual o dispositivo atua em 1 hora. (d) Corrente nominal (IN): corrente eltrica que poder percorrer permanentemente no elemento sem provocar sua fuso. 9.2.3 - Ao de um fusvel limitador Alguns fusveis tais como o NH, HH, Diazed de elevada capacidade de interrupo, apresentam caractersticas de limitao de corrente para determinados nveis de corrente de curto-circuito, que uma caracterstica importante na proteo de condutores e equipamentos, pois a limitao da intensidade da corrente de curto-circuito

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implica em valores mais reduzidos das solicitaes trmicas e dinmicas. Estas limitaes so conseguidas com a utilizao de elos especialmente projetados.

9.2.4 - Curva caracterstica de um fusvel de ao rpida e retardada Devido s caractersticas prprias dos diversos tipos de carga (resistiva, capacitiva e indutiva), os fusveis so fabricados em conformidade com estas peculiaridades, para poder desempenhar com mais eficincia possvel nas suas funes de proteo. Para atender a estas condies de carga, os fusveis so fabricados com duas caractersticas distintas de ao: RPIDA e RETARDADA. Os fusveis de caracterstica rpida so utilizados nos circuitos que operam em condies de corrente nominal, como o caso de circuitos que suprem cargas resistivas. Os fusveis de efeito retardado o mais adequado aos circuitos sujeitos a sobrecarga peridica, tais como motores e capacitores.

9.2.5 - Principais tipos de fusveis existentes em uma instalao industrial Os principais tipos de fusveis utilizados so a) Tipo Cartucho - So limitadores de corrente usados especialmente para proteger circuitos eltricos em geral, tais como: os condutores, os aparelhos eltricos, os consumidores/instalaes residenciais, etc. Exemplos: Diazed, Silized e Neozed. Os tipos Diazed e Neozed tm ao retardada, sendo que esse utilizado em painis e aquele utilizado na proteo dos circuitos de comando. O Silized ultra-rpido esse ideal para a proteo de aparelhos equipados com semicondutores (tiristores e diodos). b) Tipo Faca - So dispositivos limitadores de corrente, utilizados preferencialmente em instalaes industriais, protegendo circuitos eltricos em geral, tais como: os condutores, os aparelhos, os consumidores/prediais, os motores, etc. Exemplo so os fusveis NH. Esses fusveis possuem caractersticas retardadas em funo das partidas de motores trifsicos com rotor em curto-circuito que esto sujeitos a sobrecarga de curta durao. Exemplo: motores trifsicos com rotor em Estes so os principais tipos de fusveis existentes, onde os mais utilizados quase que na sua maioria so os de elevada capacidade de interrupo (Tipo Faca), devido principalmente as suas principais caractersticas: elevada capacidade de interrupo, limitadores de corrente, curvas tpicas de atuao (fuso).

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Atravs de estudos realizados, foi verificado que a maioria dos motores existentes num sistema industrial, so motores de pequenas potncias (P TpmTad Tempo de atuao do disjuntor Tad Tempo de partida do motor

b) Proteo contra curto-circuitos 5a Condio: I cs I rdI rd Capacidade de interrupo do disjuntor I cc Corrente de curto-circuito no ponto considerado da instalao

6a Condio: Tad TccTad Tempo de atuao do disjuntor Tcc Tempo de suportabilidade da isolao do condutor

9.5.2 Rels trmico de sobrecarga Os rels trmicos de sobrecarga seguem os mesmos critrios de dimensionamento dos disjuntores descritos no item (a) da seo 9.5.1.

9.5.3 Fusveis

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(a) Circuitos terminais de motores em regime S1I nf I pm K I pm = I nm Rcpm Corrente de partida do motor I nf Corrente nominal do fusvel I nm Corrente nominal do motor Rcpm Relao entre a corrente de partida e a corrente nominal do motorK fator de multiplicao

Para: I pm 40A K = 0,5 Para: 40 < I pm 500A K = 0, 4 Para: I pm > 500A K = 0,3

(b) Circuito de distribuio de motoresI nf I pnm K + I nm

I pnm Corrente de partida do maior motor

I

nm

Soma das correntes dos demais motores

(c) Circuito de distribuio de aparelhosI nf I na

= 1 a 1,15

I

na

Soma das correntes nominais dos aparelhos

(d) Circuito de distribuio de carrgas mistas (aparelhos e motores)I nf I pnm K + I nm + I na

(e) Circuito de distribuio de capacitores ou banco12

I nf 1, 65 I nca I nca Corrente nominal do capacitor ou banco

(f) Comportamento do fusvel perante a corrente de partida do motorTaf > Tpm Taf Tempo de atuao do fusvel Tpm Tempo de partida do motor

(g) Proteo da isolao dos condutoresTaf < Tcc Taf Tempo de atuao do fusvel Tcc Tempo de suportabilidade da isolao do condutor

(h) Proteo dos dispositivos de comando e manobra

Contactor: I nf I nfc Rel trmico: I nf I nfr Chave seccionadora interruptora: I nf I nfch

I nf Corrente nominal do fusvel I nfc Corrente nominal do fusvel a ser pr-ligado ao contactor.

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APNDICEFusveis DiazedOs fusveis Diazed so utilizados na proteo de curto-circuito em instalaes eltricas residenciais, comerciais e industriais e quando normalmente instalados, permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental. Possuem categorias de utilizao gL/gG, em trs tamanhos (DI, DII, DIII) e atendem as corrente nominais de 2 a 100 A. Possuem elevada capacidade de interrupo: a) at 20 A: interrope at 100 kA; b) de 25 a 63 A: interrompe at 70 kA; c) de 80 a 100 A: interrompe at 50 kA em at 500 Vca. Atravs do parafuso de ajuste, impedem a mudana para valores superiores, preservando as especificaes do projeto. Permitem a fixao por engate rpido sobre trilhos ou parafusos.

Fusveis NeozedOs fusveis neozed possuem tamanho reduzido e so aplicados na proteo de circuitos em instalaes residenciais, comerciais e industriais. Possuem categoria de utilizao gL/ gG, em dois tamanhos (D01 e D02) atendendo as corrente nominais de 2 a 63 A. So limitadores de correntes, aplicados para at 50 kA em 400 Vca. A sua forma construtiva garante total; proteo ao toque acidental quando da montagem ou substituio dos fusveis. Possuem anis de ajuste para valores superiores, mantendo adequada qualidade de proteo da instalao. A fixao pode ser rpida por engate sobre trilhos ou por parafusos.

i

Fusveis NHOs fusveis NH so destinados a sistemas de alta potncia. H valores de corrente disponvel at 1250 A e tenso at 500 Vac. Os fusveis NH so aplicados na proteo de correntes de curto-circuito e sobrecarga em instalaes eltricas industriais. Possuem categorias de utilizao gL/gG em cinco tamanhos que atendem as correntes nominais de 6 a 1250 A. So limitadores de corrente, possuem elevada capacidade de interrupo de 120 kA em at 500 Vca. Com o uso de punhos garantem o manuseio seguro na montagem ou substituio dos fusveis. Por ter elevado valor de energia de fuso e interrupo facilitam a determinao da seletividade e coordenao de proteo Os valores nominais de corrente dos fusveis desse sistema so identificados por cores no fundo dos cartuchos e nos parafusos de ajustes.

Categorias de UtilizaoOs fusveis so identificados atravs de classes de funes de objetos protegidos. Classes de Funo:

g: fusveis que suportam a corrente nominal por tempo indeterminado e so capazes de desligar a partir do menor valor de sobrecorrente at corrente nominal de desligamento; a: fusveis que suportam a corrente nominal por tempo indeterminado e so capazes de desligar de um determinado mltiplo do valor da corrente nominal at corrente nominal de desligamento. Este tipo reage a partir de um valor elevado de sobrecorrente;

Classes de Objeto:

L: cabos e linhas; M: equipamentos eletromecnicos R: semicondutores; B: instalaes em condies pesadas (por exemplo: minas).

ii

Portanto, os fusveis so especificados para classes de servios, compostos da classe de funo e da classe de objetos protegidos. Consequentemente, as classes de servios so indicadas por duas letras:

gL: proteo total de cabos e linhas em geral; aM: proteo parcial de equipamentos eletromecnicos; aR: proteo parcial de equipamentos eletrnicos; gR: proteo total de equipamentos eletrnicos; gB: proteo total de instalao em minas

iii