Prof. Vilmair E. Wirmond 2012

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁCampus Curitiba

Dimensionamentos Prof. Vilmair E. Wirmond

2012


Condutores• O dimensionamento de um condutor deve ser precedido de uma análisedetalhada das condições de sua instalação e da carga a ser suprida.

Dimensionar corretamente os condutores de um circuito é determinar a seção dos condutores e a corrente nominal dos dispositivos de proteção contra sobrecorrentes ligados a estes circuitos. Para isso, é preciso considerar os seguintes critérios:

• critério da capacidade de corrente (ampacidade) – verifica-se o limite detemperatura dos cabos em função da corrente;• limite de queda de tensão;• escolha da proteção contra correntes de sobrecarga e aplicação doscritérios de coordenação entre condutores e proteção;• escolha da proteção contra correntes de curto-circuito e aplicação doscritérios de coordenação entre condutores e proteção;• verificação da bitola mínima estipulada pela NBR5410/2004 para oscircuitos.


Critério da Capacidade Corrente(ampacidade)1. Este critério se aplica ao dimensionamento da seção dos condutores fase, os

quais servirão de base para o dimensionamento das seções dos condutores neutro e de proteção (terra).

2. Em condições de funcionamento normal, a temperatura de um condutor, istoé, a temperatura da superfície de separação entre o condutor propriamente dito e a isolação, não pode ultrapassar a chamada temperatura máxima de operação.


Métodos de Instalação

Tab. 33 NBR 5410/2004


Ampacidade


Ampacidade


Fatores de correção1. FCT – Fator de correção de temperatura : determinado em função da isolação

docondutor, da temperatura ambiente ou da temperatura do solo de acordo com a maneira de instalar previamente determinada.

2. FCA – Fator de correção de agrupamento: determinando em função do trechomais crítico do circuito. Para condutores em paralelo, cada grupo de condutores fase-neutro, independente do número de condutores por fase ou número decondutores por neutro, deve ser considerado um circuito unitário.

3. FCRS – Fator de correção da resistividade do solo: normalmente é utilizado paraa maneira de instalar “D”. Aplica-se apenas quando a resistividade do solo for um fator considerável na instalação dos condutores e diferente de 2,5 K.m/W; caso contrário, o considera igual a 1.


Corrente Corrigida

Bitola (seção) do condutor – tendo-se o valor da corrente corrigida (Ic), o tipo de cabo e a maneira de instalar previamente determinados, a bitola (ou seção) do condutor pode ser obtida a partir das tabelas

Iz’ >= Ic onde,Ic - corrente corrigida;Iz’ - capacidade de condução de corrente tabelada;




Seção mínimaSeção mínima dos condutores - a NBR5410/2004 estabelece que as seçõesmínimas dos condutores fase em corrente alternada (CA) e dos condutores vivos em corrente contínua (CC) não sejam inferiores às indicadas na tabelaa seguir.


Proteçãoproteção - o condutor não pode ser dito corretamente dimensionado até que seja verificada a sua proteção. Na proteção de um condutor pode ser utilizado um disjuntor, cujo valor de corrente nominal (Idp) esteja compreendido entre o valor da corrente de projeto (Ip) e o valor da corrente máxima suportada pelo condutor (Iz), ou seja:

Esse critério garante que o disjuntor não atue para uma corrente igual ou menor à corrente corrigida, mas que a corrente de abertura do disjuntor seja menor do que a corrente suportada pelo fio/cabo.

IzI

e

IzIdpIp

⋅≤

≤≤

45,12


13

I2 AmpacidadeCorrente

Nominal

(In)

Corrente

convencional de

não atuação

Corrente Convencional

de atuação

(Iz)

Tempo

Convencional

In ≤ 63 1,13 x In 1,45 x In 1 h

In > 63 1,13 x In 1,45 x In 2 h

*Para disjuntores termomagnéticos, Norma NBR IEC 60 89-mini-disjuntores


14

I2 Ampacidade

*Para disjuntores termomagnéticos, Norma NBR IEC 60 89-disjuntores industriais

Corrente

de ajuste

(In)

Corrente

convencional de

não atuação

Corrente Convencional

de atuação

(Iz)

Tempo

Convencional

In ≤ 63 1,05 x In 1,30 x In 1 h

In > 63 1,05 x In 1,30 x In 2 h


Critério da Queda de Tensão


Conceitos de Queda de Tensão


Cálculo da queda de tensão em circuitos concentradosCircuitos concentrados são circuitos onde a carga está concentrada em umúnico ponto.

Cálculo da queda de tensão Circuitos distribuídosSão circuitos onde a carga está locada em diversos pontos, variando a corrente ao longo do trajeto da fiação. Em função disso, é necessário calcular trecho a trecho para verificar se a queda de tensão percentual máxima para o circuito ( MAX DV% ) não foi ultrapassada.Neste método, parte-se de um pré-dimensionamento do condutor, feito através do critério da ampacidade, de forma que este condutor atenda simultaneamente o critério da queda de tensão.



Regras Básicas

•Escolher o pior caminho do circuito, sendo este aquele que apresente maior queda de tensão causada ou pela maior distância, ou pelo maior acúmulo de cargas. Em caso de dúvidas, deve-se calcular para duas situações.

•Apesar de o ideal ser calcular a queda de tensão para todos os circuitos, isto não é necessário, bastando os cálculos daqueles que apresentarem as situações mais adversas, tais como grande comprimento (geralmente maior que 15 m), ou alta potência relativa.


Critério da Queda de Tensão

vunitIplv ∆⋅⋅=∆

Vn

vv

100%

⋅∆=∆


Verificação econômica do dimensionamento

Ampacidade Queda de tensão

#6 #10 #16 Ok

#6 #10 #16 #25 Não OK

•Caso aconteça como no segundo caso, deve-se reestudar o sistema :• Modificar os limites de queda de tensão, respeitando os limites da

norma.• Alterar o trajeto do circuito,• Colocar cabos em paralelo (altas potências)• Dividir o circuito ou diminuir as cargas através de redistribuição.


Critério da Proteção Contra Curto-Circuito

Em qualquer instalação deverão ser previstos dispositivos de proteção quegarantam a interrupção da corrente de curto-circuito, antes que esta corrente cause problemas aos condutores e as instalações.Os efeitos causados pela corrente de curto-circuito podem ser de dois tipos:

• efeito térmico: aquecimento dos cabos e outros componentes acima da temperatura limite, provocando danos à isolação.

• efeito dinâmico: ocorre no primeiro ciclo da corrente de curto-circuito e causa a quebra de isoladores, barras, fixações, etc., devido a força de atração ou repulsão causada por esta corrente.


Curvas de dispositivos de proteção


Curto-circuito

O cabo é aquecido em função de dois fatores:• corrente elétrica;• tempo;E esta energia é dada pela integral de Joule: Icc2dtPara aquecer um cabo desde a sua temperatura de trabalho até a temperatura de curto-circuito, é necessária uma quantidade de energia que pode ser calculada pela equação:

onde,• Icc - corrente de curto-circuito simétrica;• S - seção do condutor;• K - fator dependente do material da isolação;• Os limites da integral são de 0 a t.


Critérios normalizados

a) Irdp ≥ Iccb) Tdp ≤ tOnde,• Irdp - capacidade de interrupção do dispositivo de proteção (disponível nos catálogos dos fabricantes da referida proteção ou na internet em sites de fabricantes).• Icc - nível de curto-circuito simétrico presumido no ponto de instalação dodispositivo de proteção (DP);• Tdp - tempo de disparo do DP (ver catálogos de fabricantes);• T - tempo que os condutores suportam, sem que a temperatura limite sejaatingida (ver catálogos de fabricantes).O tempo limite de atuação do dispositivo de proteção (DP), ou seja, o tempoque os condutores suportam antes de ser atingida a temperatura limite, pode ser calculado por:


Curto-circuitoA equação anterior para o cálculo do tempo de atuação, é derivada da integralde Joule e é válida apenas no caso em que as correntes de curto-circuito simétricas ou assimétricas tenham um tempo de duração entre 0,1 s e 5 s. Os valores normalmente de K podem ser obtidos da tabela a seguir:


Gráfico

Outra maneira válida para a verificação do tempo suportado pelo cabo, semque este atinja a temperatura limite, é o gráfico da corrente máxima de curto-circuito no condutor. Os gráficos referentes aos diversos tipos de condutores podem ser obtidos através de catálogos dos fabricantes, como por exemplo, os da Pirelli/Prysmian ao final deste capítulo. • Na abscissa do gráfico são representadas as bitola dos condutores, uma vez que já se conhece esta pelos critérios de dimensionamentos verificados anteriormente. • Na ordenada do gráfico são representados os valores das correntes de curto-circuito presumidas. As linhas inclinadas indicam o tempo limite em ciclos, sendo este, o parâmetro requisitado.




Dimensionamento da Seção Mínima do Condutor Neutro

Nos circuitos trifásicos equilibrados e sem presença significativa de harmônicos(≤ 15%) o condutor neutro pode ter bitola menor que a do condutor fase, de acordo com a tabela abaixo:


Dimensionamento da Seção Mínima do Condutor de Proteção

Podem ser utilizados como condutores

de proteção:

• veias, em cabos multipolares;

• condutores isolados ou cabos unipolares num

invólucro comum aos condutores vivos;

• proteções metálicas ou blindagens de cabos;

• eletrodutos metálicos;

• outros elementos condutores;

• barramentos blindados com invólucros metálicos, desde que sua

continuidade elétrica seja assegurada, sua condutância esteja de acordo com a bitola S calculada e permita a ligação de outros condutores de proteção nas derivações.


Em resumo...1. Aplicar o critério da ampacidade:

• Calcular a corrente de projeto,

• Verificar os fatores de correção,

• Calcular a corrente corrigida,

• Definir a fiação e proteção,

2. Aplicar o critério da queda de tensão para verificar se o condutor e a proteção atendem a esse critério.

3. Aplicar o critério de curto-circuito para verificar se o condutor e a proteção atendem a esse critério.


Dimensionamento de eletrodutos• Taxa de ocupação do eletroduto não deve ser superior a 53% no caso de um condutor, 31% no caso de dois condutores ou 40% no caso de três ou mais condutores.• A tabela a seguir apresenta os diâmetros externos e a seção total de vários condutores fabricados pela Pirelli/Prysmi an. • Para se calcular a área ocupada do eletroduto deve-s e levar em conta a área total do condutor e não apenas a bitol a nominal do cabo.




INSTALAÇÕES PREDIAIS

CÁLCULO SIMPLIFICADO DECURTO-CIRCUITO


CÁLCULO SIMPLIFICADO DE CURTO -CIRCUITO

Para este método de cálculo :1. Despreza-se a impedância da concessionária e a impedância de AT que

alimenta o transformador,2. Despreza-se a impedância interna dos dispositivos de comando,3. Desconsidera-se a contribuição de motores e geradores em funcionamento,4. O nível de curto-circuito é calculado pela falta trifásica simétrica (situação

mais crítica),5. Despreza-se a resistência de contato,

Esse tipo de dimensionamento tende a ser conservati vo, ou seja, a favor da segurança e com um valor de corrente de curto-circu ito (Icc) superior à realmente atingida.





Exercício proposto:

Calcule corrente de curto circuito no barramento do QDG, localizado a 50m do transformador de 300kVA, entrada em 13,8kV e secundário em 127/220V. O QDG é alimentado por dois condutores por fase de 120mm2.

Repita o cálculo para um transformador de mesma potência(300kVA) e QDG á mesma distância, mas com tensão de 220/380V no secundário.


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