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Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS CAMPUS ITUIUTABA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS - II 2014 - 1º Semestre Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 2 ÍNDICE GERAL DO SEMESTRE MÓDULO 1 – ELEVADORES ........................................................................................pg 6 1. Capacidade de Tráfego. 2. População de um Edifício. 3. Tempo Total de Viagem. 4. Paradas Prováveis. 5. Capacidade de Transporte. 6. Intervalo de Trafego. 7. Velocidades Recomendadas. 8. Exemplos. MÓDULO 2 – CONDICIONADORES DE AR..............................................................pg 12 1. Determinação da Carga Térmica (G) do local a condicionar. 3. Exercício. MÓDULO 3 – MOTOR-BOMBA..................................................................................pg 18 1. Sistema de Motor-Bomba para Elevação de Água. 2. Potência dos Motores nos Conjuntos Elevatórios. 3. Rendimento das Bombas. 4. Potência Instalada. 5. Exemplo. MÓDULO 4 - AQUECEDORES ELÉTRICOS CENTRAIS.............................................pg 21 1. Generalidades 2. Exercício. TRABALHO Nº 1 ............................................................................................................ ......pg 23 MÓDULO 5 – MELHORAMENTO DO F.P.......................................................................pg 28 1. Generalidades. 2. Fundamentos Teóricos. 3. Significado do Fator de Potência. 4. Método Aproximado na Determinação do F.P. de uma Instalação de Motores (NB3, anexo3). 5. Melhoramento do Fator de Potência. 6. Geradores de Potência Reativa. 7. Medição do Fator de Potência. 8. Localização dos Capacitores. 9. Esquema de Ligação de Capacitores com Motores de Indução formando uma Unidade. 10. Instalações de Capacitores 11. Capacidade de Corrente dos Condutores. 12. Proteção dos Capacitores. 13. Chave Seccionadora. 14. Dispositivo de Descarga. 15. Ligação a Terra. 16. Resolva os Exercícios Abaixo. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 3 17. Efeito de Harmônicos nos Componentes de um Sistema de Energia Elétrica. TRABALHO Nº 2 ................................................................................................................pg 46 MÓDULO 6 – CÁLCULOS DE CURTOS-CIRCUITOS................................................pg 47 1. Introdução. 2. Fontes de Corrente de Curto-Circuito. 3. O Cálculo da Corrente de Falta. 4. As Fases da Corrente de Curto-Circuito. TRABALHO Nº 3 .................................................................................................................pg 52 MÓDULO 7 – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS .....................................pg 55 1. Elementos de Projeto. 2. Conhecimento Mínimo dos Seguintes Detalhes. 3. Aspectos a Considerar. 4. Normas Recomendadas. 5. Dados para Elaboração de um Projeto. 6. Concepção do Projeto. 7. Cálculos Elétricos. 8. Iluminação Industrial. MÓDULO 8- DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO DE MOTORES................................ pg 68 1. Métodos de Partida de um Motor de Indução Trifásico. 2. Dispositivos de Proteção de Motores. 3. Dispositivos de Proteção de Ramal. 4. Máxima Corrente Nominal dos Fusíveis no Circuito Alimentador – Percentagem da Corrente de Plena Carga. 5. Proteção de Corrente do Motor. 6. Conjugado ou Momento Motor ou Torque do Motor Elétrico (Kgf.m). 7. Correntes Nominais dos Dispositivos Fusíveis. 8.Vantagens e Desvantagens entre Chaves Estrela-Triângulo e Compensadoras Automáticas. TRABALHO Nº 4 ....................................................................................................................pg 75 MÓDULO 9 - MANUAL – CEMIG – ND. 5.2...................................................................pg 77 1. Carga Instalada. 2. Demanda. 3. Classificação das Edificações. 4. Dimensionamento da Entrada de Uso Coletivo. 5. Cálculo de Demanda – D[KVA]. 6. Exercício. 7. Obs: Edifício Inteligente. TRABALHO Nº 5 ..................................................................................................................pg 79 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 4 MÓDULO 10 – SUBESTAÇÕES ABAIXADORAS DE TENSÃO....................................pg 81 1. Fornecimento de energia em tensão primária de distribuição. 2. Modalidade de subestações. 3. Subestações até 13,8 KV. ASSUNTOS COMPLEMENTARES MÓDULO 11 – DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE CIRCUITOS............................pg 85 1. Minuteria. 2. Chave-Bóia. MÓDULO 12 – TUBULAÇÕES TELEFÔNICAS EM EDIFÍCIOS...............................pg 87 1. Requisitos de Isolamento. 2. Construção de Cabos para Rede Urbana. 3. Capacitância. 4. Algumas Definições. MÓDULO 13 – PROJETO ELÉTRICO.............................................................................pg 98 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................pg 100 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 5 OBSERVAÇÕES IMPORTANTES PARA O BOM ANDAMENTO DO SEMESTRE O aluno deverá assistir pelo menos 75% das aulas e ter rendimento maior ou igual a 60% do total dos 100 pontos, assim distribuídos: 1ª avaliação: 25 pontos; 2ª avaliação: 25 pontos; 3ª avaliação substitutiva (substituirá a 1ª ou a 2ª avaliação, aquela de menor aproveitamento): 25 pontos, trabalhos: 20 pontos e prova semestral: 30 pontos; em datas marcadas ao longo do curso. O professor realizará a chamada do aluno ao final das aulas. O trabalho deverá ser feito à tinta e entregue na data da prova semestral. Após corrigir as provas, o professor realizará sua vista no ato de sua devolução, o aluno não concordando com a nota e não havendo consenso, poderá pedir à secretaria a revisão da prova no período de 48 hs, esta será analisada por uma banca e dado o resultado final. Para isto o aluno deverá deixar a prova, sem nenhuma alteração, com o professor. Para validação de revisão de uma prova é necessário que esta tenha sido feita à tinta. O aluno que não pegar sua prova após devolução destas pelo professor automaticamente concorda com sua nota. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 6 MÓDULO 1 - ELEVADORES Para o Projeto de Instalações Prediais deve-se prever a carga elétrica do conjunto de elevadores. A escolha dos elevadores deve ser feita de acordo com os critérios estabelecidos pela Norma Brasileira (NBR 5665). 1. CAPACIDADE DE TRÁFEGO - CT Capacidade de Tráfego é o número (inteiro maior) de pessoas atendidas por intervalo de tempo. A instalação deve ser capaz de transportar em 5 minutos as seguintes porcentagens mínimas da população de um edifício: a) Escritórios de uma única entidade................................................15 % b) Escritório em geral e consultórios................................................12 % c) Apartamentos................................................................................10 % d) Hotéis (para hóspede e serviçais)................................................ 10 % e) Restaurante (quando localizado acima do 2º pavimento)............ 6 % f) Hospitais: - quando houver tubos de queda para roupas e lixo e monta-cargas para o serviço de nutrição.....................................................8 % - quando não houver essa condição..............................12 % g) Escolas.......................................................................................... 20 % h) Garagens com rampas sem manobristas.......................................10% i) Lojas e centros comerciais............................................................ 10 % A Capacidade de Tráfego Total deve der calculada somando-se as Capacidades de Tráfego de cada elevador. 2. POPULAÇÃO DE UM EDIMFÍCIO A População de um edifício pode ser calculada baseada nas relações: a) Escritórios de uma única entidade............... ........1 pessoa por 7 m2 de sala. b) Escritórios em geral e consultórios.............. ........1 pessoa por 7 m2 de sala. c) Apartamentos ...................................................2 pessoas por 1 dormitório ................................................4 pessoas por 2 dormitórios ................................................5 pessoas por 3 dormitórios ................................................6 pessoas por 4 dormitórios ou mais ................................................1 pessoa por dormitório de serviçal. d) Hotéis..............................................................2 pessoas por dormitório. e) Restaurantes ........................................................1 pessoa por 1,5m2 de salão de refeições. f) Hospitais..........................................................2,5 pessoas por leito. g) Escolas Sala de aula ....................................1 pessoa por 2 m2. Sala de administração.....................1 pessoa por 7 m 2 . h) Lojas e centros comerciais.................................1 pessoa por 4 m2 de loja. i) Garagens.........................................................1,4 pessoa por vaga. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 7 3. TEMPO TOTAL DE VIAGEM O Tempo Total de Viagem (T) deve ser calculado pela fórmula: T = T1 + T2 + 1,1 (T3+T4) (s) Em que: T.........Tempo Total de Viagem. T1........Tempo de Percurso Total, ida e volta, entre os pavimentos extremos sem paradas. T2........Tempo Total de Aceleração e Retardamento (metade do resultado da multiplicação do número de paradas prováveis pelos tempos dados na tabela 3.1). T3........Tempo Total de Abertura e Fechamento de Portas (resultado da multiplicação do número de paradas prováveis pelo tempo de abertura e fechamento das portas dados na tabela 3.2). T4........Tempo Total de Entrada e Saída de Passageiros (resultado da multiplicação do valor correspondente a 80% da lotação da cabina pelo tempo de entrada e saída de cada passageiro dados na tabela 3.3). Tabela 3.1 – Tempo de Aceleração e Retardamento. Velocidade (m/s) Tempo (s) 0,75 2,50 1,00 3,00 1,25 3,00 1,50 3,50 1,75 4,00 2,00 4,50 2,50 5,50 Acima de 2,50 6,00 Tabela 3.2 . Tempo de Abertura e Fechamento de Portas. Tipo de Porta Tempo (s) Abertura central (AC) 3,90 Abertura lateral (AL) 5,50 Eixo vertical (EV) - não usa 6,00 Tabela 3.3 . Tempo de Entrada e Saída de Passageiros. Abertura da Porta (m) Tempo (s) Menor que 1,1 2,40 Maior ou igual a 1,1 2,00 Obs: Na falta de informações a respeito das características da porta do elevador, usar sempre as piores condições de funcionamento. 4. NÚMERO DE PARADAS PROVÁVEIS - N O Número de Paradas Prováveis deve ser calculado pela fórmula: N = p – (p-1) .[(p-2)/(p-1)] c Em que: N...........Número de Paradas Prováveis Número inteiro mais próximo Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 8 p............Número de Paradas do Elevador c............80% da Lotação da Cabina, excluindo ascensorista. 5. CAPACIDADE DE TRANSPORTE - Ct A Capacidade de Transporte de um elevador, em 5 minutos, deve ser calculada pela seguinte fórmula: Ct = 0,8.L.300/T Em que: Ct........Capacidade de Transporte L.........Lotação da Cabina excluindo o ascensorista T.........Tempo Total de viagem 6. INTERVALO DE TRÁFEGO - I Embora a NB-596 não faça exigências sobre o Intervalo de Tráfego, a legislação da cidade do Rio de Janeiro estabelece que os edifícios com mais de quinze pavimentos (excluindo os pavimentos em pilotis, para lojas, parques, recreação e de mesmo gênero) deverão obedecer aos intervalos de tráfegos máximos dados na tabela 6.1. Tabela 6.1 – Intervalos de Tráfego Máximo para Edifícios de Apartamentos. Número de elevadores Intervalo de tráfego (Imáx – seg). 1 100 2 80 3 70 4 ou mais 60 O Intervalo de Tráfego Máximo Admissível para prédios com outras finalidades deve respeitar os valores constantes na Tabela 6.2, extraídos da Norma Brasileira NB-596. Tabela 6.2- Intervalo de Tráfego Máximo para Prédios Número de elevadores Finalidade do prédio Intervalo de tráfego (Imáx - S) 1 geral 80 2 geral 60 3 geral 50 4 ou mais, zoneados ou não Escritório de única entidade Escritório, em geral consultórios Hospitais Hotéis 40 45 45 Zoneados independentes do número de elevadores Escolas Lojas Garagens Restaurantes 45 45 45 45 O Intervalo de Tráfego Real da instalação deve ser calculado pela fórmula: Número inteiro menor Deve-se ter Ct CT Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 9 I = T/ne Onde I....Intervalo de Tráfego T....Tempo Total de Viagem em segundos ne.. Número de Elevadores do Grupo O Intervalo de Tráfego Real deve ser menor que o Intervalo de Tráfego Máximo. 7. VELOCIDADES RECOMENDADAS Para prédios comerciais, hospitais e hotéis, as velocidades, em função do percurso, estão indicadas na tabela 7.1 Tabela 7.1 – Velocidades Recomendadas para Prédios Não Residenciais. Percurso (m) Velocidade (m/s) Até 18 inclusive De 0,5 a 1,0 De 18 a 30 De 1,0 a 1,75 De 30 a 45 De 1,75 a 2,5 De 45 a 60 De 2,5 a 3,5 De 60 a 75 De 3,5 a 4,0 De 75 a 90 De 4,0 a 5,0 De 90 a 150 De 5,0 a 6,0 Acima de 150 De 6,0 a 7,0 Obs: Nos intervalos, excluir o primeiro e incluir o último. Para edifícios residenciais, as velocidades recomendadas em função do percurso estão indicadas na tabela 7.2. Tabela 7.2 – Velocidades Recomendadas para Edifícios Residenciais. Percurso (m) Velocidade (m/s) Até 30 inclusive De 0,75 a 1,00 De 30 a 45 De 1,00 a 1,50 De 45 a 60 De 1,25 a 2,00 De 60 a 75 De 1,75 a 2,50 De 75 a 90 De 2,50 a 3,50 Obs: Nos intervalos, excluir o primeiro e incluir o último. A tabela 7.3 apresenta a linha de fabricação normal da OTIS, séries LA e HC. Tabela 7.3 – Elevadores de Fabricação Normal (OTIS). Equipamento (código comercial) Lotação (pessoa) Velocidade (m/s) Potência (cv) Paradas Recomendadas (número máximo) LA 651 6 0,75 6 15 21 LA 652 1,00 7,5 LA 852 8 1,00 10,5 21 30 LA 853 1,5 15 LA 1052 10 1,0 10,5 21 LA 1292 12 1,00 11,5 21 30 LA 1293 1,5 20 HC 10-15 1,5 15 30 Deve-se ter I Imáx Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 10 HC 10-18 10 1,75 18 30 HC 10-25 2,5 21 HC 10-30 3,0 26 HC 13-15 13 1,5 20 30 HC16-18 16 1,75 29 30 HC16-20 2,0 33 HC 16-30 3,0 32 HC 16-35 3,5 33 HC 18-30 18 3,0 32 30 HC 20-18 20 1,75 35 30 HC 20-25 2,5 32 HC 20-30 3,0 40 HC 20-35 3,5 44 HC 20-40 4,0 50 HC 24-45 24 2,5 39 30 HC 24-35 3,5 51 HC 24-40 4,0 62 LA ......Linha apartamentos HC.......Linha comercial (hotéis, escritórios, etc.) 8. Exemplos: 1: Um edifício de apartamentos com: - 5 pavimentos + térreo - 3 apartamentos por pavimento - 3 dormitórios sociais por apartamento - 1 dormitório de serviço por apartamento - pé direito – h = 3 m Calcular a potência mínima necessária do elevador estimado e seu código comercial, utilizar elevadores normal tipo Otis. Solução: Cálculo da capacidade de tráfego– CT Apartamentos: 10 %. População: 15x 6 = 90 pessoas. CT = 10% x 90 CT1 = 9 pessoas – (n° inteiro maior). Cálculo do tempo total de viagem – T H = 3x5 = 15 m ...... 30 m - ida e volta tab. 7.2: v = 0,75 m/s T1 = H / v = 30 / 0,75 = 40 s. Da tab. 7.3: L = 6 pessoas N = p- (p-1).[(p-2)/(p-1)] c = 5 –(5-1).[(5-2)/(5-1)] 0,8.6 = 4 (Número inteiro mais próximo). T2 = (N / 2). tab 3.1 = (4 / 2). 2,5 = 5 s T3 = N . tab 3.2 = 4. 5,5 = 22 s (considerando abertura lateral da porta) T4 = 0,8.L. tab 3.3 = 0,8. 6. 2,4 = 11,52 s (considerando abertura da porta < 1,1 m) T = T1 +T2+1,1.(T3+T4) = 40 + 5 + 1,1.(22 + 11,25) = 82 s Cálculo da capacidade de transporte: Ct Ct =(0,8.L.300)/T = (0,8.6.300)/82 = 17,56 pessoas 17 pessoas - (n° inteiro menor) Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 11 A capacidade de transporte deve ser maior que a capacidade de tráfego. Cálculo de intervalo de tráfego máximo- (Imáx) supondo 1 elevador: tab. 6.1 Imáx = 100 s Cálculo de intervalo de tráfego real (I) I = T/ne = 82/1 = 82 s I < Imáx e Ct > CT (OK !) Portanto, utilizaremos o elevador Otis – LA 651 ..... 6 CV. 2: Dimensionar os elevadores (Potência e Código Comercial) que atendem um edifício hospitalar composto por 432 leitos e com as seguintes características: - 15 pavimentos + térreo...........Pé direito : 3m - 4 elevadores com tipo de abertura de porta central maior que 1,1 m. - Não possui tubos para roupas e lixo. Obs: Utilizar apenas a menor velocidade recomendada. Solução: Nº de pessoas = 432 leitos . 2,5 pessoas/ leito = 1080 pessoas. Sendo 12% atendidas em 5 minutos, teremos: 0,12 . 1080 = 130 pessoas = CT Percurso: ida e volta : H= 90 m ; tab. 7.1 v = 4 m/s L = 20 pessoas T1 = H/v = 90/4 = 22,5 s N= p- (p-1).[(p-2)/(p-1)] c = 11 p = 15 paradas.......c = 0,8. L = 0,8.20 = 16 T2 = 11/2 . 6 = 33s T3 = 11 . 3,9 = 42,9 s T4 = 0,8.L.Tab 3.3 = 0,8.20.2 = 32s T = 22,5 + 33 + 1,1.( 42,9 + 32 ) = 137,89 s Ct = 0,8 . L . 300/T = 0,8 .20 .300 / 137,89 = 34,81 ou 34 pessoas / elevador, para 4 elevadores: 136 pessoas > CT (satisfaz). Imáx = 45 s .......I = T/ne = 137,89/4 = 34,47 s Conclui-se que: Ct > CT e I < Imáx (OK) Assim: utilizaremos um elevador Tipo OTIS - Modelo: HC. 20/40 / P = 50 CV. 3. Para as questões anteriores, considerando alimentação monofásica de 220 V, motores com =80% e cos = 0,85; determinar os condutores alimentadores destes motores elevadores. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 12 MÓDULO 2 – CONDICIONADORES DE AR Embora os processos exatos de cálculos de condicionadores de ar sejam objetivos de estudo de outra área da engenharia, será exposto a seguir um processo simplificado para que o engenheiro eletricista tenha noção quantitativa desse tipo de instalação. Por exemplo, para a execução do projeto elétrico deve-se ter em mãos dados como potência elétrica absorvida, tensão e fator de potência do aparelho para se poder projetar corretamente sua instalação. Necessita-se, portanto, determinar a carga térmica do local a ser condicionado e em função disso escolher o aparelho conveniente. 1. Determinação da Carga Térmica (G) do Local a Condicionar: G = A + B + C + D + E Kcal/h A) Determine o volume do local e multiplique este valor pela quantidade de Kcal/(h.m³) indicado na Tabela 2.1. O valor encontrado de Kcal/h para o recinto deve ser anotado na tabela 2.3. Tabela 2.1.- Recinto Kcal/(h.m³) Entre andares Sob telhados 16,00 22,33 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 13 B) Determine a área das janelas: some a área de todas as janelas situadas na mesma parede; verifique se possuem cortinas e qual o período de incidência do sol (manhã ou tarde); e multiplique este valor pela quantidade de kcal/(h.m²) de janela nas condições observadas da tabela 2.2. O valor encontrado deve ser anotado na Tabela 2.3. Obs: Quando houver janela em mais de uma parede, considere aquela da parede que recebe mais calor para o cálculo acima. As janelas das outras paredes devem ser consideradas na sombra. Determine suas áreas e procure o número de Kcal/(h.m²) dessas janelas na condição correspondente. Este valor deve ser juntado aos demais. Tabela 2.2. Janelas Kcal/(h.m 2 ) Com cortina Sem cortina Vidros na sombra Sol da manhã Sol da tarde Sol da manhã Sol da tarde 160 212 222 410 37 C) Verifique o número de pessoas que habitualmente permanecem no local e multiplique esse número pelo fator de 125 Kcal/(h.pessoa). O valor encontrado deve ser anotado na tabela 2.3. D) Some as áreas das portas, arcos ou vãos que permanecem constantemente abertos para espaços não condicionados e multiplique este valor pelo fator 125 Kcal/(h.m²), anotando o valor encontrado na tabela 2.3. Obs: Quando a largura da porta, arco ou vão exceder a um terço do comprimento da parede em que está localizada, deve o espaço vizinho ser considerado como parte integrante do recinto a ser condicionado. E) Quando houver aparelhos em uso no ambiente que desprendam calor, tais como: esterilizador, estufa, cafeteira, lâmpadas incandescentes, fluorescentes, etc., considerar um fator de 0,9 Kcal/(h.W) multiplicando a potência total dissipada no ambiente. Anote este valor na tabela 2.3. Obs: Para cada lâmpada fluorescente, considerar a potência de 6 W para os reatores das lâmpadas de potência 20 W e 8 W para os reatores das lâmpadas de potência 40W. Tabela 2.3- Levantamento da carga térmica – G Item Tipo Carga Térmica (Kcal/h) A Recinto B Janelas C Pessoas D Portas E Aparelhos elétricos Total - G = A + B + C + D + E Tendo a carga térmica total a ser condicionado, procura-se o aparelho mais conveniente na Tabela 2.4 que mostra alguns tipos mais comuns. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 14 Tabela 2.4 – Condicionadores de Ar Philco Tipo Ar frio e quente (ciclo reverso) Ar frio Capacidade Térmica Kcal/h 1850 2500 3125 4000 6800 3000 4750 BTU 7400 10000 12500 16000 27200 12000 19000 Consumo nominal (W) 1200 1400 2000 2800 3500 1700 3400 Corrente nominal (A) 6/12 7/14 10 14 17 17 16 Tensão (V) 220/110 220/110 220 220 220 110 220 Lembrando que: 1 cal 4,186 Joules - 1 Kcal 4186 Joules. 1 Kcal/h 4186 Joule/h 4186 J/3600s 1,1628 W 1 cal 3,968.10 -3 BTU 1 BTU/h 0,293044 W 1 W 3,4124 BTU/h Um processo rápido para estimativa de carga térmica consiste em adotar parâmetros estatísticos de cargas térmicas para os diversos ambientes: Residências 1 TR para área de 22 a 28 m² Salas comerciais 1 TR para área de 20 a 25 m² Escritórios comerciais 1 TR para área de 18 a 22 m² CPD’s 1 TR para área de 15 a 20 m² Salas de equipamentos de Telecomunicações 1 TR para área de 12 a 18 m² TR.........Tonelada de refrigeração BTU......Unidade Técnica Britânica Kcal.......Quilocaloria 1 TR = 3020 Kcal/h = 12000 BTU/h 2. Exercício 1. Determinar os condicionadores de ar Philco-220 V- necessários para condicionar os ambientes 1 e 2 abaixo, sendo que: - No ambiente 1 : 6 lâmpadas incandescentes de 40 W, aparelhos de aquecimento com potência total de 10 KW e 6 pessoas permanecem constantemente no local. - No ambiente 2 : 4 lâmpadas fluorescentes de 20 W, aparelhos de aquecimento de potência total de 15 KW e 5 pessoas permanecem constantemente no local. - Portas de dimensões (0,8 x 2,1) m2, onde nf é normalmente fechada e na é normalmenteaberta. - Janelas de dimensões (1,5 x 2,0) m2 onde cc é com cortina e sc é sem cortina. - Pé direito: 3,2 m , entre andares. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 15 4,4m 5,5m cc sc 3m 3m sc 2m cc 6m 1 2 na sc cc nf SOL MANHÃ Resp: Ambiente 1: G1=56448 BTU/h- 3 condicionadores de 19000 BTU/h Ambiente 2: G2=74666,04 BTU/h- 4 condicionadores de 19000 BTU/h 2. Determinar os condicionadores de ar Philco 220 V, necessários para condicionar os ambientes 1 e 2 abaixo, sendo que: - No ambiente 1 : aparelhos de aquecimento: 34 kW e 8 pessoas permanecem constantemente no local. - No ambiente 2 : aparelhos de aquecimento: 25 KW e 12 pessoas permanecem constantemente no local. - Portas de dimensões (0,8 x 2,1)m2, onde nf é normalmente fechada e na é normalmente aberta. - Janelas de dimensões (1,5 x 3,0) m2 onde cc é com cortina e sc é sem cortina. - Pé direito: 3,2 m , sob telhados Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 16 SOL TARDE 5m 5,4m cc sc 2,3m 65º cc 2m sc 1 5,8 m 2 na cc sc nf SOL MANHÃ 3. Determinar os condicionadores de ar Philco-220 V- necessários para condicionar os ambientes 1 e 2 abaixo, sendo que: - No ambiente 1: 15 lâmpadas incandescentes de 100 W, aparelhos de aquecimento com potência total de 13 KW e 7 pessoas permanecem constantemente no local. - No ambiente 2: 16 lâmpadas fluorescentes de 40 W, aparelhos de aquecimento de potência total de 12 KW e 10 pessoas permanecem constantemente no local. - Portas de dimensões (0,8 x 2,1) m2, onde nf é normalmente fechada e na é normalmente aberta. - Janelas de dimensões (1,5 x 2,5) m2 onde cc é com cortina e sc é sem cortina. - Pé direito: 3,3 m , entre andares. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 17 6,7m 8,5m cc sc 3,3m 3,3m cc 2m sc 2 1 Na sc sc cc SOL TARDE SOL DA MANHÃ 11m Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 18 MÓDULO 3 – MOTOR-BOMBA 1. Sistema de Motor-Bomba para Elevação de Água Para um projeto elétrico predial, deve-se prever a instalação de um conjunto elevatório (motor-bomba) de água. É mostrado a seguir um processo orientativo para o cálculo do sistema. As instalações de água e esgoto são geralmente equipadas com bombas centrifugas acionadas por motores elétricos. 2. Potência dos Motores nos Conjuntos Elevatórios O conjunto elevatório (motor-bomba) deverá vencer a diferença de nível entre dois pontos mais as perdas de carga em todo o percurso (perda por atrito ao longo da canalização devido às perdas especiais). Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 19 Hman = z + (Pr - Ps)/ +(Vr²-Vs²)/2g + hr + hs água = 10³ Kgf/m³ Pmec= Phid/B Phid = Q H / 75 .........CV 1CV = 736 W 1HP = 746 W Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 20 A potência do conjunto elevatório será dada por: Pmec = .Q.H / (75.B) P.....Potência do motor em CV; .....Peso específico do líquido a ser levado (água ou esgoto : 1000 Kgf/m³); H....Altura total (inclusive perda de carga) em metro; Q....vazão em m³/s. Os valores adotados para o cálculo de um sistema elevatório são feitos considerando um consumo médio de utilização: Residência 200 litros/pessoa-dia Apartamentos 200 litros/pessoa-dia Os dados acima são considerados no consumo diário de instalação hidráulica, sendo que os reservatórios devem ser dimensionados para: Reservatório inferior 2/3 de volume diário; Reservatório superior 1/3 de volume diário. O tempo médio de operação do sistema elevatório deve ser de 8 horas. 3 – Rendimento das Bombas O rendimento das bombas até certo ponto pode variar com a potência por motivo construtivo, sendo mais elevados para grandes máquinas, variando também com a altura de elevação dos líquidos.De forma geral, as bombas centrifugas apresentam os rendimentos mostrados na tabela abaixo: Rendimento das bombas n=1700 rpm Hmáx = 15m n=3400 rpm Hmáx = 25m n=3400 rpm Hmáx = 60m Vazão (l/min) (%) Vazão (l/min) (%) Vazão (l/min) (%) 10 30 20 30 20 30 20 40 40 40 40 40 30 50 60 50 60 50 40 53 80 53 80 53 Obs: Se o rendimento estiver entre dois valores, optar pelo menor. 4 - Potência Instalada Deve-se admitir, na prática, certa reserva de potência mecânica para os motores elétricos. Os seguintes acréscimos são recomendáveis: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 21 Acréscimos recomendados - Margem de segurança Potência (CV) Acréscimo (%) Até 2 50 De 2 a 5 30 De 5 a 10 20 De 10 a 20 15 Acima de 20 10 Determinada a potência mecânica do motor com a folga recomendada, verificar qual o motor a ser escolhido, dentro dos seguintes valores padronizados em CV: 1/3; ½; ¾; 1; 1 1/2 ; 2; 3; 4; 5; 6; 7 1/2 ; 10; 12 1/2 ; 15; 30; 40; 50.... Para o cálculo da corrente nominal que o motor irá solicitar da rede, usa-se uma das seguintes fórmulas: In = P(w)/3.Vff..cos para motores trifásicos In = P(w)/.Vn..cos para motores monofásicos In...........corrente nominal do motor; P............potência do motor em watts; 1CV = 736 W Vff.........tensão entre fase (V); 1HP = 746 W Vn.........tensão nominal que alimenta o motor (V); cos......fator de potência do motor; ...........rendimento do motor. 5 - Exemplo: 1. Dimensionar a potência de um motor - bomba para elevação de água em um edifício com as seguintes características: - 8 pavimentos com 2 apartamentos cada; - Três quartos sociais e um de serviço por apartamento; - Diferença de nível: 35 m; - Perdas: 3m; Considere recomendações teóricas. Resp: 1,5 CV 2. Se o motor da questão anterior é monofásico, alimentado em 220V, cos=0,85, = 90%, determinar os condutores alimentadores deste motor. Resp: 3#1,5 mm² MÓDULO 4 – AQUECEDORES ELÉTRICOS CENTRAIS 1. Generalidades A potência elétrica requerida por uma instalação de água quente depende do aquecedor elétrico escolhido. A escolha do aquecedor elétrico dependerá do volume de água quente necessária a uma instalação. Assim, deve-se determinar o volume do reservatório de água quente. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 22 O consumo médio diário de água quente por atividade é mostrado na tabela abaixo: Estimativa de Consumo Prédio Consumo (litros/dia) Casa popular 36 por pessoa Residência 45 por pessoa Apartamento 60 por pessoa Quartel 45 por pessoa Escola internato 45 por pessoa Hotel (sem cozinha e sem lavanderia) 36 por hóspede Hospital 125 por leito Restaurante 12 por refeição Lavanderia 15 por Kg de roupa seca Calculado o consumo diário, entra-se na tabela abaixo e escolhe-se o tamanho do reservatório e sua potência elétrica. Dimensionamento indicado para Aquecedores Elétricos de Acumulação Consumo Diário a 70°C (litros) Capacidade do Aquecedor (litros) Potência (KW) 60 50 0,75 95 75 0,75 130 100 1,00 200 150 1,25 260 200 1,50 330 250 2,00 430 300 2,50 570 400 3,00 700 500 4,00 850 600 4,50 1150 750 5,50 1500 1000 7,00 1900 1250 8,50 2300 1500 10,00 2900 1750 12,00 3300 2000 14,00 4200 2500 17,00 5000 3000 20,00 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 23 2. Exercício 1. Para o edifício do exemplo anterior, dimensionar o(s) aquecedor(es) elétrico(s) de acumulação. TRABALHO Nº 1 1- Um edifício de apartamentos com: - 6 pavimentos + térreo com 3 apartamentos por pavimento. - 2 dormitórios sociais por apartamento com 1 dormitório de serviço por apartamento. - pé direito – h = 3,3 m. Calcular a potência mínima necessária do elevador estimado e seu código comercial. Utilizar elevadores normal tipo Otis. Considerar piores condições. 2- Dimensionar os elevadores (Potência e Código Comercial) que atendem um edifício hospitalar composto por 380 leitos e com as seguintes características: - 14 pavimentos + térreo com pé direito: 3,2 m. - 3 elevadores com tipo de abertura de porta central maior que 1,1 m. - Não possui tubos para roupas e lixo. Obs: Utilizar apenas a menor velocidade recomendada. 3- Determinar os condicionadores de ar Philco-220 V- necessários para condicionar os ambientes 1 e 2 abaixo, sendo que: - No ambiente 1 : 8 lâmpadas incandescentes de 100 W, aparelhos de aquecimento com potência total de 12 KW e 5 pessoas permanecem constantemente no local. - No ambiente 2 : 5 lâmpadas fluorescentes de 40 W, aparelhos de aquecimento de potência total de 10 KW e 3 pessoas permanecem constantemente no local. - Portas de dimensões (0,8 x 2,1) m2, onde nf é normalmente fechada e na é normalmente aberta. - Janelas de dimensões (1,5 x 2,0) m2 onde cc é com cortina e sc é sem cortina. 2. Um hospital com 320 leitos precisa fornecer água quente a suas dependências. Sabe-se que, em média, os aquecedores são utilizados 3 horas diárias. Determine a capacidade dos aquecedores e o valor mensal da instalação se o KWh custar R$ 0,50. Resp: 8 Aquecedores de Capacidade 3000 L – Total de 160 KW Eel= 14400 KWh/mês R$ 7.200,00 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 24 - Pé direito: 3,2 m , entre andares. - 4,4m 5,5m cc sc 3m 3m sc 2m cc 6m 2 1 na sc cc nf 4- Dimensionar a potência de um motor - bomba para elevação de água em um edifício com as seguintes características: - 9 pavimentos com 2 apartamentos cada; - 3 quartos sociais e um de serviço por apartamento; - Diferença de nível: 42m; - Perdas: 3,3m; Considere recomendações teóricas. 5- O edifício da questão anterior necessita de uma bomba de água. Determina a corrente nominal do motor que acionará esta bomba se: - Perdas de cargas na sucção e recalque são de 5m - Desnível geométrico de 35m. - Variações de energias de velocidades = 3 m. - Diferença de energia de pressão entre recalque e sucção = 4 m. - Rendimento do motor é cerca de 90 % do rendimento da bomba. - Rendimento da bomba é de 88 %. - Utilizar um fator de segurança de 16 % para a bomba. - A bomba funciona 6 horas diárias. - A tensão de alimentação do motor monofásico é de 220 V; F.P.=0,85. - Adotar margem de segurança para a potência do motor SOL MANHÃ SOL TARDE Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 25 6. Determinar os condicionadores de ar Philco 220 V, necessários para condicionar os ambientes 1, 2 e 3 do escritório acima, sendo que: - No ambiente 1 : aparelhos de aquecimento:7 kW e 8 pessoas permanecem constantemente no local. - No ambiente 2 : aparelhos de aquecimento: 9 KW e 5 pessoas permanecem constantemente no local. - No ambiente 3 : aparelhos de aquecimento: 10 KW e 12 pessoas permanecem constantemente no local. - Portas de dimensões (0,9 x 2,2)m2, onde nf é normalmente fechada e na é normalmente aberta. - Janelas de dimensões (1,8 x 1,5) m2 onde cc é com cortina e sc é sem cortina. - Pé direito: 3,2 m , sob telhados. M...Manhã T...Tarde 5m 3m 36,86° 5m 6m 2m 3m CC SC CC CC SC na na M T T M 2m CC Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 26 7- Determinar a intensidade de corrente elétrica que devemos alimentar um motor - bomba, necessário para elevar água numa instalação predial com as seguintes características: - 2 apartamentos residenciais / pavimento; - 10 pavimentos; - 2 dormitórios sociais + 1 serviço / apartamento; - Dados da tubulação de sucção: (Ds = 2,5 in) – PVC . 1 VPC , 1 curva 90 0 , comprimento de 12 m; - Dados da tubulação de recalque: (Dr = 2,0 in) - Metal . 1 registro gaveta aberto, 1 válvula de retenção vertical, 1 saída de canalização, 6 joelhos de 90 0 , comprimento de 58 m; - Fluido operante: água ( = 103 Kgf / m3; = 10-6 m2 / s) - Rugosidade da tubulação: K = 0,01 mm; - Desnível geométrico: 39 m - Dados da BOMBA: . Rendimentos: Mecânico: 89 %, - Hidráulico: 94 % - Volumétrico: 99 %. - Dados do MOTOR: - Bifásico: 220 V, rendimento de 88 %, fator de potência de 0,86. - Tempo de funcionamento diário da bomba: 5 horas, - Consumo de água por pessoa por dia: 220 litros. - Adotar margem de segurança para o motor e margem de segurança de 10% para a vazão. Equação de Darcy-Weisbach: http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica_aplicada_a_tubula%C3%A7%C3%B5es Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 27 Para tubulação de PVC e Metal Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 28 MÓDULO 5 – MELHORAMENTO DO FATOR DE POTÊNCIA 1. Generalidades Baixo fator de potência provoca: sobrecarga nos cabos dos transformadores; crescimento da queda de tensão; redução do nível de iluminação; aumento das contas de luz e força. Decreto Lei N° 62724 de 17/05/1968: Os consumidores que tiverem fator de potência médio mensal inferior a 85% deverão ter suas contas acrescidas da relação do fator de potência médio para o fator de potência 0,85. Exemplo: Uma conta mensal seria de R$ 100.000,00; porém o fator de potência médio mensal foi de 60%, então a conta a ser paga será: R$100.000,00.0,85/0,6 = R$ 141.600,00 na regra antiga. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 29 Nova Legislação: O Departamento Nacional de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) publicou a Portaria n° 1569, de 23/12/93, na qual se fixa o fator de potência de 0,92, em lugar do valor anterior de 0,85, A energia e demandas devem ser verificadas em dois segmentos horários de uma jornada: * 6h-24h - reativos indutivos * 0h-6h - reativos capacitivos Causa Principal do Baixo Fator de Potência: * Motores trabalhando em vazio (sem carga), ou motores superdimensionados para o trabalho que devem realizar. * Fornos de indução ou arco. * Reatores com baixos fatores de potência no sistema de iluminação. * Máquinas de solda. * Transformadores trabalhando em vazio ou com carga muito abaixo da máxima especificada. * Tensão acima do valor nominal, causando um acréscimo de consumo de energia reativa. * Máquinas de tratamento térmico. * Motores de Indução subcarregados; * Instalações de Lâmpadas Fluorescentes; * Instalações de Condicionadores de Ar; * Retificadores. Objetivos Principais da Melhoria do Fator de Potência: * Redução do custo da energia elétrica; * Liberação da capacidade do sistema; * Crescimento do nível de tensão, por diminuição das perdas; * Redução das perdas do Sistema. Métodos Usados: * Capacitores “Shunt”; * Motores Síncronos Superexcitados (com e sem carga). Se o F.P. estiver abaixo de 0,92; a conta de energia elétrica sofrerá um ajuste em reais, com base no seguinte cálculo: Acréscimo=Valor da Fatura.[(0,92/F.P.medido) –1] Resolução ANEEL 456/2000 Exemplo: Uma indústria registrou num determinado mês, um fator de potência de 0,85. Neste caso, a multa sobre o fator de potência será igual a M = R (0,92/0,85 - 1) = 0,08235 R, ou seja, a conta de energia será acrescida de 8,235 % sobre o importe (R). Obs: Qualquer motor síncrono superexcitado funcionando sem carga, pode ser classificado como um compensador síncrono ou capacitor síncrono. Sua potência mecânica é considerada nula. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 30 2. Fundamentos Teóricos Consumidor de Energia Ativa : el étrica Chuveiro calor Lâmp. Incandescente luminosa Consumidor de Energia Ativa e Reativa: Motores elétrica Transformadores não elétrica Reatores magnetizantes Receptor de Energia Reativa Pativa (KW) 90° Preativa (KVAr) Fornecedor de Energia Reativa Preativa (KVAr) 90° Pativa (KW) Triângulo de Potências: KW- Potência Ativa (P) N = P + Q KVA –Potência Aparente(N) KVAr – Potência Reativa (Q) 3. Significado do Fator de Potência V F.P. = cos I Circuito Indutivo ....................Consumidor de energia reativa.................em atraso Circuito Capacitivo.................Fornecedor de energia reativa..................em avanço Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 31 Circuitos Monofásicos: I.cos V F .P. = cos = KW/KVA I.sen P = V.I.cos I Q = V.I.sen I.cos....componente ativa ou em fase N= V.I I.sen…componente reativa ou em quadratura Circuitos Trifásicos: P = 3.V.I.cos Q = 3.V.I.sen N= 3.V.I Exemplos: a) Em uma instalação medindo com um wattímetro achamos 8 KW e, com um Varmetro, 6 KVAr. Qual o Fator de Potência e a Potência Aparente desta instalação? Solução: b) Encontre o Fator de Potência de uma instalação com as seguintes cargas: a. 100 lâmpadas Fluorescentes de 40 W; reator de 8 W e F.P.= 90% por lâmpada; b. 50 Lâmpadas Incandescentes; total de 10 KW; c. 20 Motores de Indução de 5 HP;F.P. = 0,80; = 85%; d. 1 Motor Síncrono Superexcitado de 30 HP; F.P = 0,95; = 90%. Solução: 4. Método Aproximado na Determinação do F.P. de uma instalação de Motores (NB3, Anexo 3) F.P. (HP x F.P.) / (HP) Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 32 Exemplo: Calcular o F.P. aproximado de uma instalação com os seguintes motores de indução: a) 2 de 10 HP – F.P. = 0,85; b) 1 de 15 HP – F.P. = 0,83 c) 2 de 30 HP – F.P. = 0,87 d) 5 de 12,5 HP – F.P. = 0,80 Solução: 5. Melhoramento do Fator de Potência KW KVAr1 = KW.tg1 1 2 KVAr2 = KW.tg2 KVAr1-KVAr2 = KW.(tg1-tg2) KVA2 KVAr2 C KVAr = KW . tg KVA1 KVAr1 Exemplo: Uma instalação possui Carga Total de 200 KW e Fator de Potência 60% atrasado e quero melhorá-lo para 80%, como fazer? Solução: Valores usuais de KVAr de capacitores trifásicos estáticos, industriais: 1,5-2-2,5-5-7,5-10-12,5-15-17,5-20-22,5-25-27,5-30-35-40-45-50-55-60-65-70-75-77,5-100- ............. Obs: Q(VAr) = V²(V) / Xc() Xc = 1/ 2..f.C C....Capacitância (F) 6. Geradores de Potência Reativa Capacitores e Motores Síncronos Superexcitados. Os motores síncronos, quando acionam compressores, bombas, etc., beneficiam a instalação, mas não representam solução usual para o caso, por isso vamos limitar-nos a tratar dos capacitores. Capacitores são dispositivos estáticos, cujo objetivo é introduzir capacitância em um circuito elétrico, compensando ou neutralizando o efeito de indução das cargas indutivas. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 33 7. Medição do Fator de Potência Co-seno--metro ...................... leitura direta Wattímetro+ KVA- metro .......leituras indiretas Varimetro + KVA-metro 8. Localização dos Capacitores Ideal: Um capacitor junto e paralelo a cada equipamento; às vezes é antieconômico. Podem os capacitores, em principio, serem instalados em quatro pontos distintos do sistema elétrico: a. – Junto às grandes Cargas indutivas (motores, transformadores, TC...). b. – No barramento geral de Baixa Tensão (BT). c. – Na extremidade dos circuitos alimentadores. d. – Na entrada de energia de Alta Tensão (AT). a) Junto às grandes Cargas Indutivas. A instalação junto às grandes cargas tem a vantagem de permitir uma previsão mais precisa da potência reativa necessária, de tal modo que o capacitor compense exatamente a carga. Sendo ambos elementos comandados pela mesma chave, não se apresenta o risco de haver, em certas horas, excesso ou falta de potência reativa, além do que, obtém-se uma redução no custo da instalação, pelo fato de não ser necessário um dispositivo de comando e proteção separado para o capacitor. Uma das vantagens desta opção, é que este tipo de instalação alivia todo o sistema elétrico, pois a corrente reativa vai do capacitor às cargas, sem circular pelo transformador, barramentos, circuitos alimentadores, TC... Pôr essas razões as localizações dos capacitores junto a motores, reatores, etc; é uma das soluções preferidas para a Correção do Fator de Potência. b) No Barramento geral de Baixa Tensão (BT). Neste tipo de ligação de Capacitores, haverá necessidade de ser instalada uma chave que permita desliga-los quando a indústria finda suas atividades diárias. Não o fazendo, poderão ocorrer sobretensões indesejáveis que, provavelmente, causarão danos as instalações elétricas. c) Na extremidade dos Circuitos Alimentadores. É utilizada geralmente quando o alimentador supre uma grande quantidade de cargas pequenas, onde não é conveniente a compensação individual. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 34 Este método usufrui em parte da diversidade entre as cargas supridas, embora a economia seja inferior à obtida pelo aproveitamento da diversidade entre alimentadores. Por outro lado fica aliviado também o circuito alimentador. A vantagem dessa ligação é que se pode obter apreciável economia, usufruindo a diversidade de demanda entre os circuitos alimentadores, uma vez que a potência reativa solicitada pelo conjunto da instalação é menor que a soma das potências reativas de todos os equipamentos. d) Na entrada de Energia em Alta Tensão (AT). Não é muito freqüente encontrarmos exemplos da instalação do lado da Alta Tensão. Tal localização não alivia nem mesmo os transformadores, e exige dispositivos de comando e proteção dos capacitores com isolação para a tensão primária. Embora os preços por KVAr dos capacitores sejam menores para maiores tensões, este tipo de instalação, em geral, somente é encontrada na industria que recebe grande quantidade de energia elétrica e dispõem de varias subestações transformadoras. Neste caso a diversidade de demanda pode redundar em economia na quantidade de capacitores a instalar. 9. Esquema de Ligação de Capacitores com Motores de Indução formando uma Unidade 10. Instalações de Capacitores Estrela em Série - Estrela em Paralelo – Triângulo em Série – Triângulo em Paralelo Exercício: Esquematize cada uma das ligações de capacitores mencionada acima. Em paralelo: CT = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 +...........+ Cn Em série: 1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 +1/C4 + 1/C5 +...........1/Cn 11. Capacidade de Corrente dos Condutores Icond 1,35 Icapacitor Ligação de capacitores Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 35 Exemplo: Um capacitor de 560 KVAr é instalado em cabos isolados, em linhas aéreas, na rede de tensão trifásica de 6000 V entre fases. Qual deveria ser o condutor dessa ligação? Solução: Q = 3. V. I I = Q /3.V = 560000/3 . 6000 = 54 A . Capacidade de corrente = 1,35 . 54 = 74 A . (3 Condutores de 25 mm²)......Referência: Capacidade de condução de corrente e queda de tensões – Temperatura ambiente de 30°C – Instalação em eletrodutos (Aparentes, embutidos ou em canaletas, calhas fechadas ou molduras) S (mm²) Capacidade (A) V (%) para cosФ = 0,8 ( V/ A .Km) 2 condutores carregados 3 condutores carregados Monofásicos Trifásicos 1,5 17,5 15,5 23 20 2,5 24 21 14 12 4 32 28 8,7 7,5 6 41 36 5,8 5,1 10 57 50 3,5 3,0 16 76 68 2,3 1,95 25 101 89 1,5 1,27 35 125 111 1,1 0,95 50 151 134 0,83 0,72 70 192 171 0,61 0,53 95 232 207 0,47 0,41 120 269 239 0,39 0,34 150 309 272 0,34 0,30 185 353 310 0,30 0,26 240 415 364 0,25 0,22 12. Proteção dos Capacitores Chave separadora; Dispositivos de descarga; Ligação a Terra. Preocupação e Segurança na Utilização de Capacitores O uso cada vez mais difundido dos capacitores torna necessária uma análise um pouco mais detalhada do seu desempenho. Embora, na maioria dos casos, os capacitores não oferecem problemas, podem teoricamente ser causa de vários transtornos no sistema, alguns dos quais de certa gravidade. Erros na seleção e localização de capacitores, dimensionamento insuficiente dos dispositivos de comandos e proteção, rotinas de operação inadequadas, tensão de suprimento excessiva ou com alto conteúdo"Harmônico", estão entre as causas principais dos problemas originados pelos capacitores. Quanto à segurança e eficiência na operação dos bancos de capacitores, sugere-se as seguintes precauções: Instale os capacitores em local que haja boa ventilação e com espaçamento adequado entre as unidades. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 36 Após desligar um capacitor, espere cerca de cinco minutos, no mínimo, para fazer o religamento ou aterramento. Isto porque o capacitor retém a sua carga durante alguns minutos e é necessário esperar que a resistência amortecedora, nele instalada, dissipe a carga armazenada. Antes de tocar na estrutura ou terminais de um capacitor, mesmo que devidamente aterrado, deve-se observar o que foi explicado no item anterior. Para Capacitores ligados em Alta Tensão é sempre conveniente que as operações de ligar e desligar sejam feitas utilizando-se o disjuntor (Chave a óleo) principal da industria, antes de se abrir ou fechar a chave principal do banco de capacitores. Evite energizar, simultaneamente, dois ou mais bancos de capacitores, a fim de evitar possíveis sobretensões. I (proteção do capacitor) = (1,65 a 2,0) In 13. Chave Seccionadora. I(chave seccionadora) 1,35 In 14. Dispositivo de Descarga. 15. Ligação a Terra: Suas carcaças devem ser aterradas. Obs: Se considerarmos a THD (Distorção Harmônica Total) normalmente presentes nos circuitos, o novo fator de potência estabelecido será: D (Potência de distorção, ou KVAr de distorção) (porcentagem de Q) N S Q N D ’ P Q P N² = P² + Q² S² = N² + D² = P² + Q² + D² F.P. = cos’ = P / S Exemplo: 1. Uma instalação industrial possui uma potência de 8500 KW. Devido sua potência de distorção correspondente a um valor igual a 40% de seus reativos, opera com um fator de potência de 0,92. Qual seria seu fator de potência se a energia adquirida pela indústria fosse pura, ou seja, sua corrente estivesse totalmente na forma fundamental, isto é na frequência de 60 Hz? Houve grande variação do F.P.? Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 37 Resp: cos = 0,93 variação de 1,09% 2. Uma instalação industrial possui uma potência de 12 MW. Considerando energia limpa, operaria com F.P. = 0,85 e pagaria uma multa de R$ 48.000,00; qual o valor da fatura desta conta de energia? Considerando THD de 50% de seus reativos, qual seria o F.P.? Mantendo- se esta mesma fatura, com THD, qual o valor de sua nova multa? Resp: Fatura de R$ 582.857,14 ; cos = 0,822 ; multa de R$ 69.489,05 EXERCÍCIOS 1. Dois capacitores de 10m F, cada um, são ligados em série a uma bateria de força eletromotriz E=10V e resistência interna nula. Após alcançado o equilíbrio, pode-se afirmar que: a. A diferença de potencial entre as placas de cada capacitor é 10V. b. A carga de cada capacitor é 100m C. c. A energia acumulada em cada capacitor é 1000m J. d. A carga da associação é 200 m C. e. Todas as alternativas estão erradas. Resp: E 2. Um capacitor ideal de placas paralelas está ligado a uma fonte de 12,0 volts. De repente, por um processo mecânico, cada placa é dobrada sobre si mesma, de modo que a área efetiva do capacitor fica rapidamente reduzida à metade. A fonte é mantida ligada em todos os instantes. Nessa nova situação, pode-se afirmar, em relação àquela inicial, que: a. o campo elétrico dobra e a carga acumulada também. b. o campo elétrico dobra e a carga fica reduzida à metade. c. o campo elétrico e a carga não mudam de valor. d. o campo não muda, mas a carga fica reduzida à metade. e. o campo elétrico fica reduzido à metade, mas a carga não muda. Resp: D 3. Você dispõe de um capacitor de placas planas e paralelas. Se dobrar a área das placas e dobrar a separação entre elas, a capacitância original ficará: a. inalterada Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 38 b. multiplicada por dois c. multiplicada por quatro d. dividida por dois e. dividida por quatro Resp: A 4. Se dobrarmos a carga acumulada nas placas de um capacitor, a diferença de potencial entre suas placas ficará: a. inalterada. b. multiplicada por quatro. c. multiplicada por dois. d. dividida por quatro. e. dividida por dois. Resp: C 5. Um capacitor de placas planas e paralelas é totalmente carregado utilizando-se uma fonte de 12 volts em três situações diferentes. Na situação A, ele permanece vazio. Em B, um dielétrico preenche metade do volume entre as placas e, em C, o mesmo dielétrico preenche todo o volume entre as placas. Assim, com relação às cargas acumuladas, é CORRETO afirmar que: a. as cargas em A, B e C terão o mesmo valor. b. A terá a maior carga e C, a menor. c. A terá a menor carga e C, a maior. d. B terá a maior carga e A, a menor. e. B terá a menor carga e C, a maior. Resp: C 6. Um capacitor A é ligado a uma fonte de 12 volts e, quando carregado totalmente, adquire uma carga Q. A seguir, é desligado da fonte e ligado a dois outros capacitores B e C , iguais a A , de acordo com a figura abaixo: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 39 Após a ligação dos três capacitores, as cargas que permanecem em A, B e C, respectivamente, serão: a. Q, Q , Q b. Q, Q/2, Q/2 c. Q, Q/2, Q/3 d. Q/2, Q/2, Q/2 e. 2Q/3, Q/3, Q/3 Resp: E 7. Três capacitores A, B e C iguais são ligados a uma fonte de acordo com a figura ao lado. Assinale a opção que representa um conjunto coerente para o valor do módulo das cargas acumuladas nos capacitores A, B e C, nessa ordem: a. Q,Q,Q b. Q,Q/2,Q/2 c. Q/2,Q,Q d. Q,Q,Q/2 e. Q/2,Q/2,Q Resp: B 8. Utilizando a figura e informações da questão anterior, assinale a opção que representa um conjunto coerente de medidas de diferenças de potencial nos capacitores A, B e C e na fonte, nessa ordem: a. U, U/2, U/2, 3U/2 b.U, U/2,U/2, 2U c. U, U, U/2, 3U/2 d. U, U, U/2, 2U e. U, U, U, 3U Resp: A 9. Um capacitor de placas planas e paralelas, isolado a ar, é carregado por uma bateria. Em seguida o capacitor é desligado da bateria e a região entre as placas é preenchida com óleo isolante. Sabendo-se que a constante dielétrica do óleo é maior do que a do ar, pode-se afirmar que: a. a carga do capacitor aumenta e a d. d. p. entre as placas diminui; b. a capacitância do capacitor aumenta e a d. d. p. entre as placas diminui; c. a capacitância do capacitor diminui e a d. d. p. entre as placas aumenta; d. a carga do capacitor diminui e a d. d. p. entre as placas aumenta. Resp: B 10. Na figura abaixo, cada capacitor tem capacitância C = 11 F. Entre os pontos A e B existe uma diferença de potencial de 10 V. Qual é a carga total armazenada no circuito? Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 40 a. 3,0 x10-5 C. b. 4,0x10-5 C. c. 5,0x10-5 C. d. 6,0x 10-5 C. e. 7,0x 10-5 C. Resp: B 11. A figura abaixo mostra capacitores de mesma capacitância. A capacitância equivalente entre A e B é: Resp: A 12. Um capacitor de placas planas e paralelas, separadas por uma distância d, está carregado com carga q e submetido à diferença de potencial V. Aumentando-se a distânciad entre as placas, é INCORRETO afirmar que: a. a diferença de potencial continua a mesma b. a capacitância diminui c. a energia armazenada no capacitor diminui d. a carga permanece constante Resp: D 13. Considere o circuito abaixo, onde E= 10V, C1= 2mF, C2= 3mF e C3= 5mF. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 41 De acordo com essas informações, é INCORRETO afirmar que a carga: a. em C1 é 10 mC b. em C2 é 15 mC c. fornecida pela bateria é 10 mC d. em C3 é 25 mC Resp: C 14. Três capacitores, C1, C2 e C3 devem ser associados de forma a armazenar a maior quantidade de energia possível, quando submetidos à mesma bateria ideal. Assinale, dentre as alternativas abaixo, a melhor forma de associá-los para que o objetivo descrito seja alcançado. Resp: B Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 42 15. Três capacitores, de 12 pF cada um, devem ser associados entre os pontos P e Q de forma a se obter uma capacitância equivalente de 18 pF. Assinale dentre as alternativas abaixo, aquele que descreve corretamente a associação a ser feita: Resp: B 16. As afirmativas abaixo referem-se à associação em série de três capacitores, C1= 12x10 - 6 F, C2= C3 = 8x10 -6 F submetida à diferença de potencial de 8,0 V. É ERRADO afirmar que: a. a energia armazenada na associação é igual a 9,6 x 10 –5J b. a carga armazenada em cada capacitor é igual a 2,4 x 10 –5C c. a carga total armazenada na associação é igual a 2,4 x 10 –5 C d. os três capacitores podem ser substituídos por um único capacitor de capacitância igual a 28 x 10 -6 F. Resp: D 17. Nos carros elétricos, as fontes de energia mais comuns são baterias convencionais. A grande desvantagem das baterias é que elas demoram muito tempo para serem recarregadas. Para resolver este problema, um estudante de engenharia teve a seguinte ideia: por que não usar capacitores ao invés de baterias, pois poderíamos recarregar capacitores rapidamente. Para testar a viabilidade da ideia do estudante, resolva os itens abaixo. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 43 a) Supondo que um carro necessite de uma autonomia de 150 km e que tenha que consumir energia numa taxa de 10hp para se manter a uma velocidade constante de 72 km/h, calcule a energia mínima que o banco de capacitores tem que armazenar. b) No mercado existem capacitores de 1 F projetados para suportar uma d. d. p. de 10V. Qual a quantidade mínima de capacitores que o carro deve ter, supondo que a quantidade de energia armazenada nos capacitores seja aquela calculado no item a) e que estes capacitores irão alimentar um motor que opera com uma d. d. p. de 10 V? c) Qual o custo mínimo do banco de capacitores para o carro elétrico do estudante, supondo que o custo unitário de cada capacitor seja R$ 2,00? Resp: a) 5,59.10 7 J b) 1.118.111 Capacitores c) R$ 2.236.000,00 17. EFEITO DE HARMÔNICOS NOS COMPONENTES DE UM SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA. A tolerância de harmônicos em um sistema depende da sensibilidade da carga ou da fonte de energia. Os equipamentos de menor sensibilidade, em geral, são os de aquecimento (carga resistiva), para os quais a forma de onda não é tão relevante. Os de maior sensibilidade são aqueles que, em seu projeto, assumem a necessidade de uma alimentação perfeitamente senoidal, no entanto a presença de harmônicos de tensão ou corrente são prejudiciais a todos os elementos do circuito elétrico provocando maiores esforços nos seus componentes e isolantes. Nas máquinas rotativas, Motores e Geradores, de indução ou síncronos, o efeito do harmônico trás o aumento no aquecimento devido ao aumento das perdas no ferro e cobre, afetando assim a eficiência e o torque disponível, além de aumentar o nível de ruído. Outro fenômeno é a presença de harmônicos no fluxo, que no caso do 5° harmônico provoca uma componente de torque oposto ao da fundamental, provocando alterações e pulsações no torque. Nos Transformadores, os harmônicos aumentam as perdas no ferro e cobre, elevando a temperatura de funcionamento e diminuindo a vida útil do equipamento. Nos Cabos de Alimentação, em razão do efeito pelicular, que restringe a secção condutora para componentes de frequência elevada, também os cabos de alimentação têm um aumento de perdas devido às harmônicas de corrente. Além disso, caso os cabos sejam longos e os sistemas conectados tenham suas ressonâncias excitadas pelas componentes harmônicas, podem aparecer elevadas sobretensões ao longo da linha, podendo danificar o cabo. Nos Capacitores o maior problema esta na possibilidade de ocorrer ressonância (excitadas pelas harmônicas), podendo produzir níveis excessivos de corrente e/ou tensão. Devido à reatância diminuir com o aumento da frequência, temos um aumento nas correntes relativas aos harmônicos presentes na tensão. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 44 Nos Equipamentos Eletrônicos notamos uma maior sensibilidade à distorção da forma de onda da tensão, assim os harmônicos influenciam decisivamente no bom funcionamento desses equipamentos. Define-se Taxa de Distorção Harmônica (THD) como sendo a relação entre o valor RMS das componentes harmônicas da corrente e a fundamental. Valor RMS (root mean square) ou real: Está relacionado à potência média que o sinal é capaz de gerar, por definição o valor RMS de um sinal alternado corresponde à amplitude de um sinal contínuo que provoque dissipação média de potência igual ao primeiro. Por exemplo, em um sinal senoidal, a potência média dissipada em um resistor R é dada por: P = V 2 / R, mas V(t) = Vm . sen .t e p(t) = (Vm . sen .t) 2 / R Lembrando que: Para que um sinal contínuo Vrms dissipe a mesma potência que o sinal senoidal no resistor R, OBS: RMS (Root Mean Square) representa a potência média e PMPO (Peak Maximum Power) representa a máxima potência que se pode produzir num aparelho. Se usarmos o exemplo do volume de um rádio para vermos esses dois efeitos, PMPO é o volume máximo que o rádio pode chegar e, RMS, é o máximo que o rádio pode chegar sem perder a qualidade do som, sem distorção. A relação que existe entre os dois é que ambos são dados pela mesma fórmula, i.e., eles são exatamente a mesma coisa, o que muda são elementos do rádio que vão propiciar que chegue nesse máximo ao invés daquele, e para que se consiga perder mais ou menos qualidade conforme aumente o volume. (Basicamente, isso não pode ser determinado por nenhuma fórmula, é algo que depende das propriedades dos fios do rádio, das caixas acústicas, dos contatos, etc, etc, etc...). IRMS = I1² + In² n=2 In² n=2 THDI = I1 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 45 Exemplo: Um barramento é alimentado por um transformador cuja tensão não senoidal, em pu é: V1 = 1 pu, V5 = 0,02 pu, V7 = 0,01 pu e alimenta uma ponte retificadora com uma corrente industrial alternada, não senoidal, com valores em pu iguais a: I1 = 1pu, I5 = 0,2 pu, I7 = 0,14 pu, I11 = 0,1 pu, I13 = 0,08 pu. Determinar a distorção harmônica de tensão e de corrente. Solução: IRMS = (1² + 0,2² + 0,14² + 0,1² + 0,08²) = 1,0373 pu, ou seja um acréscimo de 3,73 % na corrente. VRMS = (1² + 0,02² + 0,01²) = 1,00025 pu, ou seja um acréscimo de 0,025 % na tensão. THDI = (0,2² + 0,14² + 0,1² + 0,08²) = 0,27568 1 THDV = (0,02² + 0,01²) = 0,02236 1 Conclusão: Existem estudos que limitam no Sistema Elétrico,principalmente, os valores de THDV, pois esta variável pode ser controlada para o suprimento da energia elétrica e pode ser monitorada para que os harmônicos de desequilíbrio estejam dentro de parâmetros aceitáveis. A título de exemplo, o IEC (International Electrotechnical Commission) estabelece em termos gerais, um limite para uma Distorção Harmônica Total de 8 % para Baixa Tensão; 6,5 % para Média Tensão e 3 % para Alta Tensão. Estudos recentes estão sendo feitos para equacionar um Valor Padrão de Conformidade com a Qualidade de Energia. As cargas típicas não lineares, que consequentemente possuem componentes harmônicas, são: Fontes monofásicas em sistemas trifásicos: 3ª, 5ª e 7ª Harmônicas; Conversores trifásicos: 5ª, 7ª, 11ª, 13ª, 17ª, 19ª Harmônicas; Dispositivos a arco (fornos, soldadores, máquinas de solda) e lâmpadas de descarga: 3ª, 5ª, 7ª, 9ª, 11ª,.....Harmônicas; Dispositivos saturáveis (transformadores, motores, outros): 3ª, 5ª, 7ª,...Harmônicas. Cargas não lineares são aquelas em que a corrente desenvolvida em sua alimentação não é proporcional à tensão aplicada no circuito, isto é, a corrente é tratada como distorcida. Exemplo: Espectro de corrente em função da frequência de um conversor Frequência (Hz) Ordem Harmônica (hr) Corrente (A) 60 1 100 300 5 40 420 7 25 Exercícios: Um fator de distorção na corrente de 27,56%. Um fator de distorção na tensão de 2,236%. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 46 1. Um barramento é alimentado por um transformador cuja alta tensão não senoidal, em pu é: V1 = 1 pu, V5 = 0,076 pu, V7 = 0,052 pu e alimenta uma ponte retificadora com uma corrente industrial alternada, não senoidal, com valores em pu iguais a: I1 = 1pu, I3= 0,23 pu, I5 = 0,124 pu, I7 = 0,082 pu, I11 = 0,054 pu, I13 = 0,02 pu. Determinar a distorção harmônica de tensão e de corrente e os valores de IRMS e VRMS. De acordo com o IEC, este valor encontrado para a distorção harmônica de tensão esta dentro de parâmetros aceitáveis? Justifique. 2. Uma indústria instalada em Ituiutaba-MG, 220 V, possui as seguintes cargas: - 120 lâmpadas incandescentes de 60 W; - 250 lâmpadas fluorescentes de 40 W; reator de 8 W por lâmpada com FP = 87%; - 58 motores de indução de 20 CV, = 82 %, FP = 80 %; - 35 motores síncronos subexcitados de 12,5 HP, = 92 %, FP = 81%. - 15 motores síncronos superexcitados, plena carga, de 15 HP, = 70 %, FP = 85%. Determinar: a) O Fator de Potência da indústria. b) Se o F.P. calculado for inferior a 0,92; corrigi-lo para 0,95, calculando a potência do banco de capacitores necessários. c) A capacitância do banco de capacitores da letra b, se necessário. 3. Uma instalação industrial possui uma potência de 14590 KW. Devido sua potência de distorção correspondente a um valor igual a 68 % de seus reativos, opera com um fator de potência de 0,89. Qual seria seu fator de potência se a energia adquirida pela indústria fosse pura, ou seja, sua corrente estivesse totalmente na forma fundamental, isto é na frequência de 60 Hz? Qual foi a variação percentual do F.P.? 4. Uma instalação industrial em Ituiutaba-MG, 220 V, possui as seguintes cargas: - 135 lâmpadas fluorescentes de 40 W, cada lâmpada têm reator de 8 W e F.P. = 90 %. - 68 lâmpadas incandescentes de 150 W. - 25 motores de indução de 15 CV; F.P.= 0,88; = 80 %. - 18 motores de indução de 5,0 CV; F.P.= 0,78; = 92 %. - 15 motores síncronos subexcitados de 12,5 HP; F.P.= 0,87; = 90 %. - 10 motores síncronos superexcitados, sem carga, de 7,5 HP; F.P.= 0,70; = 77 %. Determinar: a) O Fator de Potência da indústria. b) Se o F.P. calculado for inferior a 0,92; corrigi-lo para 0,95, calculando a potência do banco de capacitores necessários. c) A capacitância do banco de capacitores da letra b, se necessário. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 47 TRABALHO N° 2 Resolva os exercícios abaixo: 1. Numa instalação industrial temos: * 80 lâmpadas fluorescentes de 40 W, reator de 12 W por lâmpada com F.P.= 92 %; * 10 lâmpadas incandescentes de 100 W cada; * 25 motores de indução de 7,5 HP; F.P. = 0,7 , = 80 %; * 3 motores síncronos superexcitados de 15 CV, F.P. = 80 % , = 70 %, * 1 motor síncrono subexcitado de 10 CV, F.P. = 0,7 , = 72 %; Determine o F.P. da indústria e se necessário corrigi-lo para 0,95. 2. Uma instalação industrial possui as seguintes cargas: * 120 lâmpadas fluorescentes de 40 W, cada uma necessitando de um reator de 8 W e F.P. = 95%. * 50 lâmpadas incandescentes, total de 12 KW. * 25 motores de indução de 10 CV; F.P. = 0,82 ; = 85%. * 4 motores de indução de 7,5 CV; F.P. = 0,73; = 90%. * 12 motores síncronos subexcitados de 10 CV; F.P. = 0,85; = 92%. * 15 motores síncronos superexcitados de 12 CV ; F.P. = 0,78 ; =76 %. Determinar o F.P. desta instalação e se necessário corrigi-lo para 0,92. 3. Uma instalação industrial possui as seguintes cargas: * 150 lâmpadas fluorescentes de 40 W , cada uma necessitando de um reator de 8 W e F.P. = 90 %. * 65 lâmpadas incandescentes de 100 W. * 25 motores de indução de 12,5 CV; F.P. = 0,78 ; = 80 %. * 14 motores de indução de 5,0 CV; F.P. = 0,75; = 92 %. * 10 motores síncronos subexcitados de 10 CV; F.P. = 0,87; = 90 %. * 11 motores síncronos superexcitados, sem carga, de 7,5 CV ; F.P. = 0,70 ; = 77 %. Determinar o F.P. desta instalação e se necessário corrigi-lo para 0,92. 4. Uma instalação industrial possui uma potência de 7800 KW. Devido sua potência de distorção correspondente a um valor igual a 44% de seus reativos, opera com um fator de potência de 0,95. Qual seria seu fator de potência se a energia adquirida pela indústria fosse pura ou seja, sua corrente estivesse totalmente na forma fundamental, isto é na frequência de 60 Hz? Qual a variação percentual do F.P.? 5. Um barramento é alimentado por um transformador cuja tensão não senoidal, em pu é: V1 = 1 pu, V5 = 0,04 pu, V7 = 0,02 pu e alimenta uma ponte retificadora com uma corrente industrial alternada, não senoidal, com valores em pu iguais a: I1 = 1pu, I5 = 0,23 pu, I7 = 0,11 pu, I11 = 0,09 pu, I13 = 0,02 pu. Determinar a distorção harmônica de tensão e de corrente e os valores de IRMS e VRMS. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 48 6. No esquema da figura os três capacitores encontram-se neutros; desprezam-se as resistências internas dos geradores. Leva-se a chave para a posição (1) e aguarda-se o equilíbrio elétrico; a seguir, leva-se a chave para a posição (2). Atingindo o equilíbrio elétrico após esta operação, Determine a carga (em C) do capacitor de capacitância 1F. 7. A capacitância de um capacitor pode ser variada de 10pF a 100pF. Ele é ligado a uma fonte de tensão de 200V quando apresenta sua capacitância máxima. Após totalmente eletrizado, a fonte é desligada e sua capacitância é levada ao seu valor mínimo. Calcule o trabalho necessário para variar essa capacitância. 8- Determine a carga máxima no capacitor do circuito da figura após o fechamento da chave CH, sabendo que ele estava inicialmente neutro. ● 2 ● 1 1F 2F 2F 6V 3V 20V 2Ω 2F 2Ω CH ● 2V Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 49 MÓDULO 6 - CÁLCULOS DE CURTOS CIRCUITOS 1. Introdução: A corrente que circula durante uma falta é estimada por meio de cálculos, que conduzem à chamada corrente presumida de curto-circuito, sendo os equipamentos selecionados a partir deste valor. Em particular, a capacidade de interrupção dos dispositivos de proteção contra os curtos-circuitos deve ser igual ou superior à corrente presumida de curto-circuito no ponto em que o dispositivo será instalado. A corrente que circula durante uma faltaem qualquer ponto do sistema, é limitada pelas impedâncias dos circuitos e equipamentos, existentes entre a fonte, ou fontes, e o ponto, não estando diretamente relacionada com a carga normal do sistema. 2. Fontes de corrente de curto-circuito: As correntes de frequência industrial que circulam durante uma falta, provêm de máquinas elétricas girantes. Os capacitores de potência também podem produzir correntes de falta, ou de manobra, transitórias extremamente altas, porém, em geral, de curta duração e frequência muito superior à industrial (60 Hz). São consideradas fontes de corrente de curto-circuito os geradores síncronos, os motores síncronos, os motores de indução e os sistemas das companhias de energia elétrica. 3. O cálculo da corrente de falta: A equação básica para o cálculo da corrente de falta é a Lei de Ohm, sob a forma I = U/Z. Admite-se em princípio, curto-circuito franco, isto é, com impedância de falta zero; isso não só implica os cálculos, como também introduz um fator de segurança, já que conduz a valores máximos. Admite-se também curto-circuito trifásico equilibrado. As correntes de curto-circuito bifásico franco valem 87% do valor trifásico, enquanto as de curto entre fase e terra podem variar desde uma pequena porcentagem até 125% do valor trifásico. Os cálculos da corrente de curto-circuito de um sistema são feitos a partir do diagrama de impedâncias do sistema. 4. As fases da corrente de curto-circuito. Para efeito de cálculo da corrente de falta, foram fixados três valores de impedâncias (reatâncias), a saber: a subtransitória, a transitória e a síncrona. A reatância subtransitória, Xd’’, determina a corrente durante o primeiro ciclo após a falta; decorrido cerca de 0,1 s, ela cresce para Xd’, reatância transitória, considerada como determinante da corrente após alguns ciclos; após cerca de ½ a 2 s, a reatância transitória cresce para Xd, reatância síncrona, que determina a corrente de curto em condições de regime. A reatância subtransitória inclui a reatância de dispersão dos enrolamentos do estator e do rotor, consideradas as influências do enrolamento de amortecimento e das partes maciças do rotor. A reatância transitória engloba a reatância de dispersão do enrolamento do estator e de excitação do gerador. Geralmente é maior do que a subtransitória, a Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 50 não ser no caso de geradores cujos rotores têm polos e carcaças laminadas e que não possuem enrolamentos de amortecimento, quando então o valor de ambas as reatâncias é praticamente o mesmo. A reatância síncrona compreende a reatância total do enrolamento do rotor do gerador, sendo sempre bem superior às outras duas. O índice d nessas reatâncias indica que são referidas ao eixo direto da máquina; as demais reatâncias, referidas a outros eixos, não têm maior importância para o cálculo das correntes de curto-circuito. Como a maioria dos dispositivos de proteção contra curtos-circuitos atua bem antes de serem alcançadas as condições de regime, raramente são usadas as reatâncias síncronas no cálculo das correntes de falta. Nos nossos exercícios utilizaremos as reatâncias transitórias. Obs: A Concessionária deve ser considerada como uma reatância no diagrama de impedâncias. Essa impedância equivalente refere-se ao “ponto de entrega” do usuário e esta relacionada com a corrente presumida de curto-circuito naquele ponto. Podemos escrever para a potência aparente de curto circuito da concessionária, Scc, em KVA, ou MVA. A base de cálculo para obter a corrente de curto-circuito no ponto de falta será feito considerando-se valores em pu. Assim adotamos valores bases de potência e tensão, compatíveis com o sistema. Transformação: a) Y b) Y Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 51 Tabela de reatâncias de cabos de cobre em para cada 100 ft de comprimento. Bitola / 100 ft Seção (mm 2 ) 2/0 AWG 0,01170 67,6 3/0 AWG 0,00986 85 4/0 AWG 0,00850 107 250 MCM 0,00778 127 500 MCM 0,00575 253 750 MCM 0,00520 355 1000 MCM 0,00395 507 Exercícios: 1. Determinar a corrente de curto circuito simétrico trifásico no ponto de falta indicado no diagrama unifilar da indústria abaixo, considerando um fator de multiplicação de 1,2 para a o barramento de 13,8 KV e 1,12 para o barramento de 220-380 V. Considere SBase3:__________ MVA. A : Rede alimentação 3, 60 Hz; 13,8 KV; nível de potência de curto-circuito: Scc = 600 MVA simétrico. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 52 B : Gerador síncrono trifásico 60 Hz; 4,2 KV; 350 MVA; reatância transitória de 25 %. C : Transformador trifásico ; 13,8 KV/380-220V, 370 KVA; Zt = 2,2 %. D : Transformador trifásico ; 4,2 KV/380-220V, 300 KVA; Zt = 2,5 %. E : Grupo de motores - potência total de 380 KVA; 220V, reatância transitória de 20 %. F : Dois condutores de cobre, por fase, de 250 MCM , L = 200 ft. G: Três condutores de cobre, por fase, de 1000 MCM, L = 230 ft. C 2. Determinar a corrente de curto circuito simétrico trifásico no ponto de falta indicado no diagrama unifilar da indústria abaixo, considerando um fator de multiplicação de 1,1 para a o barramento de 13,8 KV e 1,15 para o barramento de 220-380 V. Considere SBase3:__________ MVA. A : Rede alimentação 3, 60 Hz; 13,8 KV; nível de curto-circuito de 500 MVA simétrico. B : Gerador síncrono trifásico 60 Hz; 4,2 KV; 350 MVA; reatância transitória de 20 %. C : Transformador trifásico ; 13,8 KV/380-220V, 390 KVA; Zt = 2,0 %. D : Transformador trifásico ; 4,2 KV/380-220V, 320 KVA; Zt = 2,6 %. E : Grupo de motores - potência total de 380 KVA; 380V, reatância transitória de 15 %. F : Dois condutores de cobre, por fase, de 250 MCM , L = 120 ft. A E E B G G G F F F F D Falta E Resp: Icc(A) 51200 A Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 53 G: Três condutores de cobre, por fase, de 750 MCM, L = 250 ft. Resp: Icc(A) 47508 A TRABALHO Nº 3 1. Determinar a corrente de curto circuito simétrico trifásico no ponto de falta indicado no diagrama unifilar da indústria abaixo, considerando um fator de multiplicação de 1,2 para a o barramento de 13,8 KV e 1,12 para o barramento de 220-380 V. Considere SBase3: 0,8 MVA. falta A E E B G G G F F F F D C E Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 54 A : Rede alimentação 3, 60 Hz; 13,8 KV; nível de potência de curto-circuito: Scc = 700 MVA simétrico. B : Gerador síncrono trifásico 60 Hz; 4,2 KV; 350 MVA; reatância transitória de 22 %. C : Transformador trifásico ; 13,8 KV/380-220V, 370 KVA; Zt = 2,2 %. D : Transformador trifásico ; 4,2 KV/380-220V, 300 KVA; Zt = 2,5 %. E : Grupo de motores - potência total de 380 KVA; 380V, reatância transitória de 20 %. F : Dois condutores de cobre, por fase, de 250 MCM , L = 200 ft. G: Três condutores decobre, por fase, de 1000 MCM, L = 230 ft. C Falta 2. Determinar a corrente de curto circuito simétrico trifásico no ponto de falta indicado no diagrama unifilar da indústria abaixo, considerando um fator de multiplicação de 1,1 para a o barramento de 13,8 KV e 1,15 para o barramento de 220-380 V. Considere SBase3: 0,5 MVA. A : Rede alimentação 3, 60 Hz; 13,8 KV; nível de curto-circuito de 450 MVA simétrico. B : Gerador síncrono trifásico 60 Hz; 4,2 KV; 350 MVA; reatância transitória de 20 %. A E E B G G G F F F F D E Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 55 C : Transformador trifásico ; 13,8 KV/380-220V, 390 KVA; Zt = 2,0 %. D : Transformador trifásico ; 4,2 KV/380-220V, 320 KVA; Zt = 2,6 %. E : Grupo de motores - potência total de 380 KVA; 380V, reatância transitória de 15 %. F : Dois condutores de cobre, por fase, de 250 MCM , L = 120 ft. G: Três condutores de cobre, por fase, de 750 MCM, L = 250 ft. 2. Determinar na corrente de curto circuito simétrico trifásico no ponto de falta indicado no diagrama unifilar da indústria abaixo, considerando um fator de multiplicação de 1,2 para a o barramento de 13,8 KV e 1,07 para o barramento de 220-380 V. Considere Sbase3: ______ MVA. A: Rede alimentação 3, 60 Hz; 13,8 KV; nível de curto-circuito de 880 MVA simétrico. B: Gerador síncrono trifásico 60 Hz; 4,2 KV; 490 MVA; reatância transitória de 26 %. C: Transformador trifásico ; 13,8 KV/380-220V, 360 KVA; Zt = 2,24 %. D: Transformador trifásico ; 4,2 KV/380-220V, 340 KVA; Zt = 2,25 %. E: Grupo de motores- potência total de 420 KVA; 220V, reatância transitória de 21 %. F: Três condutores de cobre, por fase, de 250 MCM , L = 200 ft. G: Três condutores de cobre, por fase, de 500 MCM, L = 300 ft. falta A E E B G G G F F F F D C E Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 56 MÓDULO 7 – INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS 1. ELEMENTOS DE PROJETO: * Condições de suprimento de energia. * Características funcionais da indústria em geral. 2. CONHECIMENTO MÍNIMO DOS SEGUINTES DETALHES: * Planta da situação: Situa a obra no contexto urbano. Falta E E A B G G G F F F F D C E Resp: 25603A Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 57 * Planta baixa de arquitetura do prédio: Área de construção, detalhes divisionais, área de produção, escritório, dependências em geral. * Planta baixa com disposição física das máquinas: Posições de motores e dos painéis de controle. * Plantas de detalhes: Vistas e cortes do galpão industrial, pontes rolantes, colunas e vigas de concreto, dimensões abrangidas por certas máquinas. * Planos expansionistas: Detalhes de aumento efetivo da carga a ser adicionada, local de instalação. 3. ASPECTOS A CONSIDERAR: * Flexibilidade: Mudanças nas localizações das máquinas e equipamentos. * Acessibilidade: Facilidade de acesso a todos os pontos da instalação. * Confiabilidade: Proteção no sistema quanto a interrupções e garantia a integridade física das pessoas. 4. NORMAS RECOMENDADAS: * ABNT * Normas particulares de concessionárias - CEMIG, CELG, etc. * Norma norte americana - NEC - National Electrical Code - consulta. 5. DADOS PARA ELABORAÇÃO DE UM PROJETO: A) Condições de Fornecimento de Energia Elétrica: Cabe ao interessado obter e a concessionária prestar as seguintes informações: - Garantia de suprimento da energia, dentro de condições satisfatórias. - Variação da tensão fornecida (grau). - Tensão de fornecimento (classe). - Tipo de sistema de fornecimento: radial, radial com recurso, etc.. - Capacidade de curto – circuito, atual e futura do sistema. - Impedância reduzida no ponto de fornecimento. B) Características das Cargas - Motores (V, P, I, f, N° de fases, N° de polos, Ligações possíveis, regime de funcionamento). - Fornos a arco (P, Potência de curto-circuito, Potência do transformador, V, f, Fator de severidade). - Outras (computador, aparelhos de raio X - industrial, outras cargas especiais). 6. CONCEPÇÃO DO PROJETO: A ) Divisão de Cargas em Blocos: Cada bloco de carga deve corresponder a um quadro de distribuição terminal com alimentação e proteção individualizada. B) Localização dos Quadros de Distribuição e Terminal (Q.D.T.) - No centro de carga. - Próximo às linhas gerais de dutos de alimentação Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 58 - Afastado das passagens sistemáticas de funcionários. - Ambientes bem iluminados. - Locais de fácil acesso, não sujeitos a gases corrosivos, inundações, trepidações, temperatura adequada, etc. * CCM = QDT - com componentes de comando de motores. C. Localização do Quadro de Distribuição Geral (Q.D.G.) - Localizado na subestação ou área contígua a esta. * QGF = QDG com componente projetado para seccionamento, proteção e medição. D. Localização de Subestações - Deve-se instalar no baricentro das cargas. Exemplo: Indústria com galpões fisicamente separados. M ... Medição CPG.... Cabina de Proteção Geral G1 P1 = 200KVA G2 P2 = 90 KVA G4 P4= 840 KVA G3 P3 = 530 KVA G5 P5 = 320 KVA M-CPG 400 m m x y Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 59 E) Definição do Sistema de Suprimento: - Sistema Primário de Alimentação - responsabilidade da concessionária - Geradores auxiliares de emergência. -Tipos de Sistemas: E.a - Sistema Radial Simples - mais barato, baixa confiabilidade. E.b - Sistema Radial com Recurso e Seletivo: mais caro, mais confiável. Y(m) X (m) P1 P2 P3 P4 P5 0 40 70 150 60 150 240 290 320 X = ( P.x / P) = 252 m Y = ( P.y / P) = 95 m Local adequado Barra - S.E. Indústria S.E Circuito de Distribuição Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 60 E.c- Sistema Primário de Distribuição Interna - Duas ou mais Subestações E.d - Sistema com Recurso Barra S.E.1 Barra S.E.2 Indústria S.E. Circuito de Distribuição. Circuito de Distribuição. Setor 3 S.E.3 Setor 1 S.E.1 Setor 2 S.E.2 M - CPG Alimentação da Concessionária. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 61 E.c- Sistema Secundário de Distribuição: - Circuitos Terminais de Motores Setor 1 S.E.1 S.E 2 Setor 2 S.E 3 Setor 3 S.E.4 Setor 4 Alimentação da concessionária Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 62 - Circuitos de Distribuição - Alimentadores:Condutores que derivam do Quadro Geral de Força (Q.G.F.) e alimentam um ou mais centros de comando (CCM e QDL). -Recomendações Gerais sobre Projeto de Circuitos Terminais e de Distribuição - A menor seção transversal é de 1,5 mm². - Deve-se prever uma capacidade de reserva, visando crescimento do circuito. - Deve-se dimensionar Circuitos de Distribuição distintos para Força e Luz. - As cargas devem ser distribuídas o mais uniformemente possível entre as fases - A iluminação, de preferência, deve ser distribuída em vários circuitos. - O comprimento dos circuitos parciais para iluminação deve ser limitado em 30 m. - Constituição dos Circuitos Terminais e de Distribuição - Condutores isolados, unipolares e multipolares, instalados em eletrodutos de PVC embutidos na parede, piso ou teto, ou ferro galvanizado, utilizados em instalações aparentes, ou embutidos. - Dentro de eletrodutos só devem ser instalados cabos isolados. - O diâmetro externo do eletroduto deve ser igual ou superior a 16 mm. - Em canaletas, quando o ponto de alimentação é próximo ao piso, utilizando cabos unipolares e multipolares e não deve ser instalado em locais com presença constante de umidade. - Em bandejas e prateleiras, tomando cuidado com ambientes agressivos, sujeitos à aplicação de gases combustíveis em suspensão. - Em calhas, utilizados em locais de serviços elétricos ou dentro de tetos falsos não desmontáveis. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 63 - Em dutos de barra, chamados de busway, construídos de barras retangulares, cilíndricas ocas ou maciças, podem ser ventilados ou não, possui custo elevado. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 64 7. CÁLCULOS ELÉTRICOS Curvas de cargas em função da atividade da indústria. Fator de Demanda: FD = Dmáx / Pinst = 480 /750 = 0,64 Fator de Carga: FCD = Dméd/Dmáx = 288/480 = 0,6 (fator de carga diário) Considerando 152800 KWh o consumo de energia registrado no mês: FCM = CKWh / (730.Dmáx) = 152800 / (730.480) = 0,43 ( Fator de carga mensal) -Fator de Perda: FP = 0,3. FCD + 0,7. FCD 2 = 0,3.0,6 + 0,7.0,6 2 = 0,43 - Fator de Simultaneidade: FS - resulta da coincidência das demandas máximas de alguns aparelhos do grupo de carga, devido à natureza de sua operação. Fator de Simultaneidade - Fs Aparelho Número de Aparelhos 2 4 5 8 10 15 20 50 Motores ¾ - 2,5 CV 0,85 0,80 0,75 0,70 0,60 0,55 0,50 0,40 Motores 3 – 15 CV 0,85 0,80 0,75 0,75 0,70 0,65 0,55 0,45 Motores 20 – 40 CV 0,80 0,80 0,80 0,75 0,65 0,60 0,60 0,50 Acima de 40 CV 0,90 0,80 0,70 0,70 0,65 0,65 0,65 0,60 Retificadores 0,90 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,70 0,70 Soldadores 0,45 0,45 0,45 0,40 0,40 0,30 0,30 0,30 Fornos Resistivos 1 1 - - - - - - Fornos de Indução 1 1 - - - - - - - Fator de Utilização: FU Aparelhos Fu Aparelhos Fu Fornos a resistência, Secadores, Caldeiras. 1 Motores 20 – 40 CV 0,85 Fornos de Indução 1 Acima de 40 CV 0,87 Motores de ¾ - 2,5 CV 0,75 Soldadores 1 Motores de 3 – 15 CV 0,83 Retificadores 1 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 65 - Na falta de dados: (Motores - Fu = 0,75) e (Iluminação, Ar condicionado, Aquecimento- Fu = 1) Demanda dos Motores: DM = P . FU/(. FP) Exemplo de Aplicação: Considere a indústria abaixo onde os motores (1) são de 10 CV, os motores (2) são de 30 CV e os motores (3) são de 50 CV. Determinar: CCM1; CCM2; Q.D.L.; Q.G.F. e a potência necessária do transformador. Obs: Os motores são de 4 polos. MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS – ROTOR EM CURTO-CIRCUITO OU EM GAIOLA DE ESQUILO CV II Polos – 3600 rpm Corrente (A) rpm F.P. KW Conjugado Nominal Kgf.m Ip/In Cp/Cn % Rendimento 220V 380V 1 3,34 1,90 3440 0,76 0,75 0,208 6,2 180 0,81 3 9,18 5,30 3490 0,76 2,2 0,619 8,3 180 0,82 5 13,7 7,90 3490 0,83 4 1,02 9 180 0,83 7,5 19,2 11,5 3480 0,83 5,5 1,54 7,4 180 0,83 10 28,6 16,2 3475 0,85 7,5 2,05 6,7 180 0,83 15 40,7 23,5 3500 0,82 11 3,07 7 180 0,83 20 64 35,5 3540 0,73 15 3,97 6,8 250 0,83 25 69 38,3 3540 0,82 18,5 4,96 6,8 300 0,86 30 73 40,5 3535 0,88 22 5,96 6,3 170 0,89 40 98 54,4 3525 0,89 30 7,97 6,8 220 0,90 50 120 66,6 3540 0,89 37 9,92 6,8 190 0,91 60 146 81,0 3545 0,89 45 11,88 6,5 160 0,91 75 178 98,8 3550 0,89 55 14,84 6,9 170 0,92 100 240 133,2 3560 0,90 75 19,72 6,8 140 0,93 125 284 158,7 3570 0,90 90 24,59 6,5 150 0,93 150 344 190,9 3575 0,90 110 29,46 6,8 160 0,93 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 66 CV IV Polos – 1800 rpm Corrente (A) rpm F.P. KW Conjugado Nominal Kgf.m Ip/In Cp/Cn % Rendimento 220V 380V 1 3,84 2,2 1715 0,65 0,75 0,42 5,7 200 0,81 3 9,52 5,5 1720 0,73 2,2 1,23 6,6 200 0,82 5 13,7 7,9 1720 0,83 4 2,07 7,7 200 0,83 7,5 20,6 11,9 1735 0,81 5,5 3,1 7,7 200 0,84 10 26,5 15,4 1740 0,85 7,5 4,11 6,6 190 0,86 15 45 26 1760 0,75 11 6,12 7,8 190 0,86 20 52 28,8 1760 0,86 15 7,98 6,8 220 0,88 25 64 35,5 1760 0,84 18,5 9,97 6,7 230 0,90 30 78 43,3 1760 0,83 22 11,97 6,8 230 0,90 40 102 56,6 1760 0,85 30 15,96 6,7 215 0,91 50 124 68,8 1760 0,86 37 19,95 6,4 200 0,92 60 150 83,3 1765 0,86 45 23,87 6,7 195 0,92 75 182 101,1 1770 0,86 55 29,75 6,8 200 0,92 100 244 135,4 1770 0,87 75 39,67 6,7 200 0,92 125 290 160,9 1780 0,87 90 49,31 6,5 250 0,94 150 350 194,2 1780 0,87 110 59,17 6,8 270 0,95 Demanda dos Motores: DM1 = Pn1.FU1/.FP = 10.0,83.0,736/(0,85.0,86) = 8,3 KVA ( Potência solicitada da rede por cada motor). DM2= Pn2.FU2/.FP = 30.0,85.0,736/(0,83.0,90) = 25,1 KVA ( Potência solicitada da rede por cada motor). DM3= Pn3.FU3/.FP = 50.0,87.0,736/(0,86.0,92) = 40,4 KVA ( Potência solicitada da rede por cada motor). a) Cálculo dos CCM(s): CCM1 DCCM1= NM1.DM1.FSM1= 12.8,3.0,7 = 69,72 KVA CCM2 DCCM2= NM2.DM2.FSM2 + NM2.DM2.FSM3 = 10.25,1.0,65 + 5.40,4.0,70 = 304,5 KVA Q.D.L.DQDL = 1,8.150.40/(0,85.1000) + 52.100/1000 = 17,9 KVA Para lâmpadas de descarga : Fator de 1,8 - NBR 5410/80 b) Demanda do Q.G.F. DQGF = DCCM1 + DCCM2 + DQDL= 69,72+304,5+17,9 = 392,12 KVA c) Potência do Trafo: Potência Nominal em KVA dos Transformadores disponíveis no mercado: 15-30-45-75-112,5-150-225- 300-500-750-1000-1500-2000-2500-3750-5000-7500-10000-15000-20000-25000-30000-40000-50000-60000. Mais próximo = 500 KVA 8. ILUMINAÇÃO INDUSTRIAL Um bom projeto de iluminação requer: - nível de iluminamento suficiente para cada atividade específica; - distribuição espacial da luz sobre o ambiente; - escolha da cor da luz e seu respectivo rendimento; - escolha apropriada dos aparelhos de iluminação; - tipos de execução das paredes e piso; - tipo exigido de proteção (umidade, corrosão, perigo de explosão, etc.); - iluminação de acesso; - iluminação de emergência. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 678.1- Lâmpadas a Vapor de Mercúrio São constituídas de um pequeno tubo de quartzo, onde são instalados nas extremidades, em geral, dois eletrodos principais e um eletrodo auxiliar, ligado em série com uma resistência de valor elevado. Dentro do tubo são colocadas algumas gotas de mercúrio, juntamente com o gás inerte, como o argônio, para facilitar a descarga inicial. Características das Lâmpadas – Fluxo Luminoso Inicial - PHILIPS Lâmpadas Incandescentes Potência Fluxo - Lumens Watts 120 V 220V 40 510 430 60 840 720 100 1570 1380 150 2520 2190 200 3460 3120 300 5310 5040 500 9400 8650 Fluorescente Potência Código Fluxo - Lúmens 20 TL RS – 20/54 1000 40 TL RS – 40/54 2550 65 TL RS – 65/54 4000 110 TL RS – 110/54 7600 Vapor de Mercúrio Potência Lúmes 125 6000 250 12600 400 22000 700 35000 Vapor de Sódio de Alta Pressão Potência Lúmes 250 25000 400 46000 700 130000 Luz Mista Potência Lúmens 160 3000 250 5500 500 13500 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 68 8.2 – Reatores São responsáveis pela estabilização da corrente a um nível adequado de projeto da lâmpada. 8.3 – Starters Responsáveis pela formação inicial do arco que permitirá estabelecer um contato direto entre os referidos eletrodos. Características dos Reatores – RTL - PHILIPS Lâmpada N° x W Tensão Corrente Fator de Potência – F.P. Perdas - W Starter Reatores Simples 1 x 20 118 0,36 0,57 6,1 S - 2 1 x 20 220 0,37 0,34 10 S - 2 1 x 40 118 0,91 0,49 12,9 S - 10 1 x 40 – 2 x 20 220 0,43 0,50 10,5 S–10 – 2S-2 1 x 65 220 0,67 0,50 11,9 S - 10 1 x 20 118 0,75 0,37 12,1 - 1 x 20 220 0,57 0,28 14,4 - 1 x 40 118 0,93 0,45 14,9 - 1 x 40 220 0,64 0,40 15,3 - 1 x 110 220 0,62 0,90 17,3 - Reatores Duplos 2 x 20 118 0,87 0,90 21,9 2S – 10 2 x 40 – 4 x 20 220 0,44 0,90 18,3 2S-10 – 4S-2 2 x 20 220 0,33 0,90 19,5 - 2 x 40 115 0,95 0,90 22,5 - 2 x 40 125 0,88 0,90 20,4 - 2 x 40 220 0,51 0,90 24,1 - 2 x 65 220 0,71 0,90 23,3 2S – 10 2 x 110 220 1,20 0,90 32,0 - Nível de Iluminamento - Lux Indústrias Alimentícias enlatamento 500-250 acabamento 150 classificação 2000-1000 Industrias de Calçados classificação 2000-1000 lavagem 150 acabamento 1000-500 Industrias de Cimento ensacamento 150 painéis 1000-500 Industria de Confeitos seleção 500-250 mistura 500-250 classificação 1000-500 Industria de Cerâmica trituração 150 vitrificação 1000-500 decoração manual 2000-1000 Industria de Papéis trituração 150 inspeção 500-250 máquinas 1000-500 Indústrias Químicas Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 69 fornos 150 filtragem 150 alvejante 150 Industrias Têxteis batedores 150 cardação 500-250 inspeção 1000-500 tecelagem 1000-500 tingimento 150 fiação 500-250 Locais de Armazenamento geral 150 pequenos volumes 500-250 Padarias mistura 500-250 forno 150 embalagem 150 Industria Mecânica em Geral trabalhos pesados 500-250 máquinas operatrizes 500-250 trabalho fino 2000-1000 trabalho de precisão 500-250 Comércio em Geral escritórios 1000-500 sala de datilografia 1000-500 sala de desenho 2000-1000 * Os processos de cálculo são os já estudados anteriormente. Livro didático para consulta: Instalações Elétricas Industriais - João Mamede Filho - 3ª Edição - LTC. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 70 MÓDULO 8 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO DE MOTORES 1. Métodos de Partida de um Motor de Indução Trifásico. Ligação Direta: Até 5 CV. - Uso: Contatores e Disjuntores. Ligação Estrela – Triângulo ( Y –Δ): De 5 a 15 CV. - Uso: Contatores ou Chave rotativa. Chaves Compensadoras de Partida: Acima de 15 CV. - Uso: Auto – transformador ( Taps: 50%-65%-80%). T = K.V² Resistores de Partida para Motores com Rotor em Curto – Circuito: - Uso: Resistores fixos ou variáveis. 2. Dispositivos de Proteção de Motores. Uso de Fusíveis de Ação Retardada Diazed ou NH e Disjuntores, onde na partida devem suportar Ip 10. In e abrir em funcionamento normal se I 1,25 In. 3. Dispositivo de Proteção do Ramal. Percentagem de Proteção do Ramal a Plena Carga do Motor: TABELA: 1 Tipo de Motor Método de Partida Motor sem Letra Código Motor com Letra Código Letra % Monofásicos, Trifásicos, De indução em Gaiola e Síncronos A Plena Tensão-Partida Direta 300% A 150 B até E 250 F até V 300 Com Tensão Reduzida In 30 A a 250% A 150 B até E 200 In > 30 A a 200% F até V 250 Trifásico de Anéis ------------------------- 150% ------------------------------- Possibilidade de Ligação de Motores de Indução em Chave Y - Δ Ligação dos Enrolamentos Tensão de Alimentação (V) Partida com Chave Y - Δ 220/380 220 Possível em 220V 220/380 380 Não é possível 220/380/440 220 Possível em 220V 220/380/440 380 Não é possível 220/380/440 440 Não é possível 380/660 380 Possível em 380 V Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 71 220/380/440/660 220 Possível em 220V 220/380/440/660 380 Não é possível 220/380/440/660 440 Possível em 440 V Limites da Tensão Percentual e seus Efeitos no Sistema: V (%) Consequências 85 Tensão abaixo da qual os contatores da classe 600 V operam.m 76 Tensão em que os motores de indução e síncronos deixam de operar, quando funcionando a 215 % da sua potência nominal. 71 Tensão em que os motores de indução deixam de operar, quando funcionando a plena carga. 67 Tensão em que os motores síncronos deixam de operar, quando funcionando a plena carga. Determinação do Momento de Inércia da Carga. J....Valor máximo do momento de inércia que deve possuir uma carga acoplada ao motor: J = 0,04. Pm 0,9 . Np 2,5 [Kgm²] Pm.....Potência Nominal Útil do Motor (KW). Np.....Número de pares de Polos. Dados de Placa de um Motor: Fabricante; Tipo (Indução, Anéis, Síncronos, etc.); Modelo e Número de Fabricação ou de Carcaça (frame number); Potência Nominal; Número de Fases; Tensão Nominal; Corrente (contínua ou alternada); Frequência da corrente; Rotação por minuto (rpm); Intensidade Nominal da Corrente; Regime de Trabalho (contínuo e não permanente); Classe de Isolamento; Letra Código; Fator de Serviço (F.S.). Classe de Isolamento do Motor: A classe de isolamento das bobinas do motor depende da temperatura a que os mesmos poderão vir a ser submetidos e esta temperatura é função da intensidade de corrente absorvida para atender a carga e o regime de trabalho do motor. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 72 Classe Temperatura (°C) Isolante O 90 Algodão, seda, papel, não impregnados de óleo. A 105 Algodão, seda papel, etc., impregnados e revestidos de esmalte sobre condutores. B 125 Mica, asbestos, vidro e outras substâncias inorgânicas, combinadas com substâncias orgânicas. C 175 Mica, asbestos, silicone. Fator de Serviço - F.S.: É o valor que, multiplicado pela potência nominal, conduz ao valor de uma potência tolerável para períodos não muito longos de funcionamento, sem que ocorra aquecimento incompatíveis com a classe de isolamento do motor. 4. Máxima Corrente Nominal dos Fusíveis no Circuito Alimentador- Percentagem da Corrente a Plena Carga. TABELA 2 P (CV) 220 V 380 V 150 200 250 300 150 200 250 300 ½ 15 15 15 15 15 15 15 15 1 15 15 15 15 15 15 15 15 1,5 15 15 15 15 15 15 15 15 2 15 15 20 20 15 15 15 15 3 15 20 25 30 15 15 15 20 5 25 30 40 45 15 20 25 30 7,5 35 45 60 70 20 30 35 40 10 45 60 70 90 25 35 40 50 15 60 80 100 125 35 50 60 70 20 80 110 150 175 45 60 80 90 25 100 150 175 200 60 80 100 125 30 125 175 200 250 70 90 125 150 40 175 225 300350 90 125 150 200 50 200 250 350 400 110 150 200 225 75 300 400 500 600 175 225 300 350 100 400 500 800 800 225 300 400 450 125 500 800 800 1000 300 400 450 600 150 600 800 1000 1200 350 450 600 800 200 800 1000 1200 1600 450 600 800 1000 Ajuste dos Elementos Temporizados dos Disjuntores de Proteção de Motores de Indução Trifásicos de Rotor em Gaiola ou Anéis. TABELA 3 P (CV) Ajuste 125 % 220 380 ½ 2,5 1,5 ¾ 3,5 2,0 1 4,4 2,5 1,5 6,2 3,6 2 8,1 4,8 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 73 3 11,2 6,5 5 18,7 10,9 7,5 27,5 16,0 10 34 19,6 15 50 29,0 20 65 37,7 25 80 46,4 30 98 56,6 40 130 75,4 50 156 90,6 75 231 134,1 100 303 178,4 125 388 224,8 150 450 261,0 200 600 384,0 TABELA 4 Letra - Código (KVA/CV) Com Rotor Bloqueado A 0-3,14 B 3,15-3,54 C 3,55-3,99 D 4,00-4,49 E 4,50-4,99 F 5,00-5,59 G 5,60-6,29 H 6,30-7,09 J 7,10-7,99 K 8,00-8,99 L 9,00-9,99 M 10,00-11,19 N 11,20-12,49 P 12,50-13,99 R 14,00-15,99 S 16,00-17,99 T 18,00-19,99 U 20,00-22,39 V 22,40- e acima Corrente de Partida de um Motor: Ip = (KVA/CV) . Pcv .1000 / (3 . U) Ex: Uma máquina operatriz de 20 CV será acionada por um motor de indução de 220 V, 60 Hz, cos= 0,80 e = 0,96 – Letra Código F. Qual será a menor corrente de partida deste motor? Corrente Nominal: In = 20 . 736 / (3.220.0,80.0,96) = 50,3 A . Pela Tabela a relação KVA/CV varia entre 5,00 e 5,59; então adotaremos o valor 5,00. Então: Ip = (KVA/CV) . Pcv .1000 / (3 . U) = 5 . 20 .1000 / (3 . 220) = 263 A . 5. Proteção e Corrente do Motor. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 74 TABELA 5 P (CV) Fusíveis Retardados Corrente Nominal 220 V 380 V 220 V 380 V ¼ 2 2 1,1 0,7 1/3 2 2 1,5 1,0 ½ 2 2 1,8 1,2 ¾ 4 2 2,7 1,8 1 4 4 3,5 2,3 1,5 6 4 5 3,2 2 10 6 6 3,9 3 16 10 9 5,7 4 20 10 12 7,6 5 25 16 14 9,0 7,5 35 20 21 14,0 10 50 25 28 18,0 12,5 63 35 39 25,0 15 63 35 45 29,0 20 80 50 58 37,0 25 80 63 68 44,0 30 100 63 80 51,0 40 125 80 100 64,0 50 160 100 124 77,0 60 200 125 140 89,0 75 225 160 180 115,0 100 260 200 237 152,0 125 350 225 296 188,0 150 430 260 352 224,0 200 600 350 450 280,0 1. Conjugado ou Momento Motor ou Torque do Motor Elétrico (Kgf.m): P(cv) = M . n / 716 n....rpm Ex. Determinar o Torque de um MIT de 20 CV com 4 polos a ser utilizado em Ituiutaba- MG.? Valores do Conjugado Máximo de Partida em % do Conjugado de Plena Carga: TABELA 6 Potência em Regime Contínuo Velocidade Síncrona 3600 1800 1200 900 1 HP ( 0,75 KW) 333 270 234 ------- 2 HP ( 1,49 KW) 250 275 225 200 3 HP ( 2,29 KW) 250 248 225 225 5 HP ( 3,72 KW) 202 225 225 225 7,5 HP ( 5,59 KW) 215 215 215 215 10 HP ( 7,45 KW) 200 200 200 190 15 HP ( 11,18 KW) 200 2100 200 190 20 HP (14,91 KW) a 25 HP (18,64 KW) 200 200 200 190 30 HP ( 22,37 KW) 200 200 200 190 2. Correntes Nominais dos Dispositivos Fusíveis: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 75 TABELA 7 Porta Fusíveis (A) Fusíveis (A) 32 2 4 6 8 10 12 16 20 25 32 63 40 50 63 100 80 100 160 125 160 250 200 250 400 315 400 630 500 630 800 800 1000 1000 1250 1250 O IEC* caracteriza duas classes de fusíveis: Os de uso geral – Tipos gI e gII (general purpose), de aplicação doméstica e de retaguarda – Tipo aM (Back – Up), justamente com os gI e gII, com uso industrial. Exemplo: Um ramal de alimentação serve a 4 motores de indução trifásico (220 V): 15 CV – Letra Código C..........................Partida com tensão reduzida. 10 CV – sem Letra Código......................Partida com tensão reduzida. 7,5 CV – Letra Código A ........................Partida com tensão reduzida. 5 CV – Letra Código A ........................Partida direta. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 76 Determine as correntes, capacidade dos disjuntores e suas calibragens. Solução: P (CV) 15 10 7,5 5 In (A) 45 28 21 14 Ajuste do Temporizador (A) 50 34 27,5 18,7 % da In a plena carga 200 % In 250 % In 150% In 150 % In Ajuste do Disjuntor (A) 90 70 31,5 21 Disjuntor do Alimentador = Iajuste dos disjuntores = 90+70+31,5+21 = 212,5 A 225 A Fusíveis do Alimentador = 15 CV : 200 % I = 80 A 10 CV : 250 % I = 70 A 7,5 CV : 150 % I = 35 A 5 CV : 150% I = 25 A Total = I = IT = 210 A 225 A Obs: Quando no exercício for dado o número de polos ou a rotação (rpm) do MIT, a corrente nominal deverá ser calculada, retirando-se os dados do F.P.(cos) e do Rendimento () na tabela da pág. 54 8 - VANTAGENS E DESVANTAGENS ENTRE CHAVES ESTRELA – TRIÂNGULO E COMPENSADORAS AUTOMÁTICAS. I. ESTRELA – TRIÂNGULO (automática) Vantagens: a) A chave estrela triângulo é muito utilizada, por seu custo reduzido. b) Não tem limite quanto ao seu número de manobras. c) Os componentes ocupam pouco espaço. 5CV 7,5 CV 10 CV 15 CV Fusível = 225 A Disjuntor = 225 A Chave Termomagnética Ajuste do Temporizador Ajuste 18,7 A Ajuste 27,5 A Ajuste 34 A Ajuste 50 A In = 14 A In = 21 A In = 28 A In = 45 A Ajuste 21 A Ajuste 31,5 A Ajuste 70 A Ajuste 90 A Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 77 d) A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3. Desvantagens: a) A chave só pode ser aplicada a motores cujos 6 bornes ou terminais sejam acessíveis. b) A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor. c) Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 1/3 da corrente nominal, reduz- se também o momento de partida para 1/3. d) Caso o motor não atinja pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o pico de corrente na comutação de estrela para triângulo será quase como se fosse uma partida direta, o que se torna prejudicial aos contatos dos contatores e não traz nenhuma vantagem para a rede elétrica. II. CHAVE COMPENSADORA (automática) Vantagens: a) No tap de 65% a corrente de linha é aproximadamente igual à da chave estrela – triângulo; entretanto, na passagem de tensão reduzida para a tensão da rede, o motor não é desligado e o segundo pico é bem reduzido, visto que o autotrafo por curto tempo se torna uma reatância. b) É possível a variação do tap de 65 para 80% ou até para 90% da tensão da rede, a fim de que o motor possa partir satisfatoriamente. Isto quer dizer que sua aplicação irá se dar na partida de bombas, ventiladores ou outras máquinas que demoram em atingir a velocidade nominal. Desvantagens: a) A grande desvantagem é a limitação de sua frequência de manobras. Na chave compensadora automática é sempre necessário saber a sua frequência da manobra para determinar o autotrafo de acordo. b) A chave compensadora é bem mais cara do que a chave estrela-trângulo, devido ao autotrafo. c) Devido ao tamanho do autotrafo, a construção se torna volumosa, necessitando de quadros maiores, onerando o seu preço. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 78 TRABALHO N° 4 1. Considere a indústria abaixo onde os motores (1) são de 15 CV, os motores (2) são de 30 CV e os motores (3) são de 75 CV. Determinar: CCM1; CCM2; Q.D.L.; Q.G.F. e a potência necessária do transformador. Obs: Os motores são de 2 polos. 2. Uma máquina operatriz de 25 CV será acionada por um motor de indução de 220 V, 60 Hz, cos= 0,70 e = 0,94 – Letra Código A. Qual será a menor corrente de partida deste motor? 3. Um ramal de alimentação serve a 4 motores de induçãotrifásico (220 V): 20 CV – Letra Código C..........................Partida com tensão reduzida. 15 CV – sem Letra Código......................Partida com tensão reduzida. 5 CV – Letra Código A ...........................Partida direta. 3 CV – Letra Código A ........................Partida direta. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 79 Determine as correntes, capacidade dos disjuntores e suas calibragens. 4. Determinar o Torque de um motor elétrico de 25 CV, com 4 pólos, em Kgf.m, que deverá ser utilizado em Ituiutaba – MG. 5. Quanto de potência um motor de 50 CV com F.S. de 1,17 poderá produzir, por algum intervalo de tempo, sem perda de sua vida útil? MÓDULO 9 - MANUAL – CEMIG – ND. 5.2. FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA EM TENSÃO SECUNDÁRIA – REDE DE DISTRIBUIÇÃO AÉREA – EDIFICAÇÕES COLETIVAS. Fixa requisitos mínimos – acordo com a ABNT. Fornecimento de energia em tensão secundária nos casos: - Edificação de uso coletivo, residencial e/ou comercial. - Edificações agrupadas. - Edificações geminadas. 3. Carga Instalada: É a somatória das potências nominais dos equipamentos elétricos de uma unidade consumidora que, após a conclusão dos trabalhos de instalação, estão em condições de entrar em funcionamento. 4. Demanda: É a média das potências elétricas instantâneas solicitadas por uma unidade consumidora, durante um período especificado. 5. Classificação das Edificações: 5CV 3 CV 15 CV 20 CV Fusível = ___ A Disjuntor = ___ A Chave Termomagnética Ajuste do Temporizador Ajuste ____ A Ajuste_____ A Ajuste____ A Ajuste __A In = __ A In = __ A In =__ A In = __ A Ajuste __ A Ajuste____ A Ajuste ___A_ Ajuste___A Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 80 5.1. Edificação com uso coletivo com D < 95 KVA. - Ramal de ligação aéreo, trifásico, baixa tensão. 5.2. Edificação de uso coletivo com 95 KVA < D < 245 KVA. - Ramal de ligação subterrâneo, trifásico, baixa tensão. 3.3. Edificação de uso coletivo com 245 KVA < D < 1500KVA. - Ramal de uso subterrâneo, trifásico, alta tensão, para a alimentação dos transformadores, da CEMIG instalados em câmaras construídas pelos consumidores, dentro dos limites da propriedade. 3.4 . Edificações de uso coletivo com D > 1500 KVA. - Necessário projeto especial da CEMIG. 3.5 . Edificações com unidades consumidoras com Q > 75 KW. - Baixa tensão. 3.6. Edificações Agrupadas. - Ramal de ligação aéreo, bifásico ou trifásico. 6. Dimensionamento da Entrada de Uso Coletivo. As seções mínimas dos condutores devem obedecer aos Critérios da Queda de Tensão. Com D < 245 KVA....................Iluminação : 4 %......Força : 4 % Com D > 245 KVA....................Iluminação : 5 %.... Força : 8 % 7. Cálculo de Demanda – D D = D1 + D2 ................(KVA) D1 = 1,4 . f .a .......Demanda dos apartamentos residenciais. D2.........................Demanda do condomínio, lojas e outros. a........demanda por apartamento em função de sua área útil - Tabela 7. f.........fator de multiplicação de demanda - Tabela 6. Exemplo: Um edifício exclusivamente residencial possui: N° de pavimentos: 6 ...........N° de apartamentos / pavimento: 4 Área útil do apartamento: 90 m 2 . Carga instalada do condomínio: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 81 Quantidade Descrição Unitário ( W ) Total (KW) 50 Lâmpadas incandescentes 60 3 08 Lâmpadas incandescentes 100 0,8 15 Tomadas simples 100 1,5 01 Chuveiro elétrico (127 V) 4400 4,4 (tab. 18) 01 Motor- 3- 1 CV – 220 V (bomba d’água) 1130 1,13 (tab. 12) 02 Motor- 3- 6 CV – 220 V (elevador) 5450 10,9 (tab. 12) TOTAL 21,73 Carga Instalada por Apartamento: Quantidade Descrição Unitário (W) Total (KW) 15 Lâmpadas incandescentes 60 0,9 20 Tomadas simples 100 2 02 Tomada de força 600 1,2 02 Chuveiro elétrico (127 V) 4400 8,8 (tab. 18) TOTAL 12,9 De acordo com a tabela 4: Apartamentos: Tipo B (2 F + N) – carga instalada até 15 KW. Disjuntor de 60 A Condomínio: Como a carga instalada é > 15 KW, a alimentação é 3 e dimensionada pela demanda (KVA). - Iluminação e tomadas - F.D.=1 - 3 + 0,8 + (1,5 / 0,85) = 5,57 KVA - Chuveiro elétrico - Tab. 10: F.D.=1; carga = 4,4 KVA, 1 chuveiro - Motores – Tab. 12 carga = (1. 0,97) + (2. 4,54) = 10,05 KVA. Então: Dc = 5,57 + 4,4 + 10,05 = 20,02 KVA ..... Tab. 4 (D2) 3 - 60 A . D = 1,4. f . a + Dc D = 1,4. 19,86. 1,96 + 20,02 = 75,51 KVA Proteção Geral: Disjuntor Tripolar de 225 A . (tab. 1) Proteção do Condomínio: Disjuntor Tripolar de 60 A. (tab. 4) Proteção do Apartamento: Disjuntor Tripolar de 60 A. (tab. 4) Proteção das Prumadas: Prumadas 1 e 2 (12 apartamentos de 90 m 2 cada) D1 = D2 = 1,4 .11,2 . 1,96 = 30,73 KVA Tab. 4 Disjuntor tripolar de 100 A . Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 82 TRABALHO N° 5 1. Um edifício residencial possui as seguintes características: - 13 pavimentos, onde o 1° pavimento está no térreo. - Do 1° pav. ao 12° pav. temos 4 apartamentos por pavimento, com área útil de 120 m2. - No 13° pav. temos 2 apartamentos com área útil de 240 m2 . - A prumada 1 alimenta os do 2° ao 6° pavimento. - A prumada 2 alimenta do 7° ao 11° pavimento. - A prumada 3 alimenta o 12° e 13° pavimento. Carga do Condomínio: Quantidade Descrição Unitário (W) Total (KW) 60 Lâmpadas incandescentes 60 110 Lâmpadas fluorescentes 40 70 Tomadas simples 100 20 Tomadas de força 02 Motores 3-6 CV / 220 V (Bomba d’água) 04 Motores 3-10 CV / 220 V (Elevador) 02 Chuveiro Elétrico – 220 V Carga por Apartamento de 120 m 2 : Quantidade Descrição Unitário (W) Total (KW) 20 Lâmpadas incandescentes 60 12 Lâmpadas fluorescentes 40 32 Tomadas simples 100 05 Tomadas de força 600 03 Chuveiros elétricos de 220 V 01 Forno elétrico 01 Secadora de roupas 01 Máquinas de lavar louças 01 Torneira elétrica 01 Máquina de lavar roupas 01 Aquecedor de água de 250 Litros Carga por Apartamento de 240 m 2 : Quantidade Descrição Unitário (W) Total (KW) 30 Lâmpadas incandescentes 60 20 Lâmpadas fluorescentes 40 38 Tomadas simples 100 08 Tomadas de força 600 05 Chuveiros elétricos de 220 V 01 Forno elétrico 02 Torneira elétrica 01 Secadora de roupas 01 Máquina de lavar louças Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 83 01 Máquina de lavar roupas 01 Aquecedor de água de 400 Litros. Determinar às unidades consumidoras: a) Tipo de Fornecimento b) Demanda Total. c) Proteção Geral. d) Proteção do Condomínio. e) Proteção dos Apartamentos. f) Proteção das Prumadas. 7. Tabelas obtidas na Norma ND-5.2. 8. Obs: Edifício Inteligente - O profissional que apenas projeta a instalação elétrica de um edifício, sem preocupar-se com a informatização que integram os diversos sistemas, estará praticamente fora do mercado de trabalho. Hoje devemos pensar em “Edifícios Inteligentes”, onde a partir de um Sistema Central é possível fazer uso mais racional dos dispositivos de segurança, conforto, economia, comunicação, automação, supervisão e controle. - Sistema de alarme conta roubo: através de alarmes de sensores com células fotoelétricas e televisores em circuito fechado. - Sistemas de alarmes contra fogo, fumaça e gases: uso de detectores automáticos de fumaça por ionização, detectores termovelocimétricos, detectores térmicos, detectores de chamas, detectores de gás combustível. - Sistema de controle de combate a incêndio: avisa automaticamente o corpo de bombeiros desligando alguns equipamentos e acionando outros com bombas de combate a incêndio. - Sistema de verificação de estado: indica onível de monóxido de carbono no estacionamento do subsolo; nível do reservatório de água, inferior e superior, máximo e mínimo; indicação de temperatura do óleo e do enrolamento nos transformadores; falta de fase no sistema elétrico; grau de umidade nas salas de computadores; nível de tensão nas baterias do sistema de emergência; valor da temperatura na subestação, etc. Portanto, estar em consonância com os engenheiros das outras áreas como arquitetura, informática, telecomunicações, além da engenharia de segurança é de fundamental importância. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 84 MÓDULO 10 – SUBESTAÇÕES ABAIXADORAS DE TENSÃO 1. Fornecimento de Energia em Tensão Primária de Distribuição Quando um consumidor possui uma carga instalada muito grande, é inconveniente para a concessionária realizar a alimentação de energia em baixa tensão, o que acarretaria em alto custo com instalação de transformadores em postes ou em cabine subterrânea. Cada concessionária estabelece a carga instalada acima da qual é exigida do consumidor a montagem de uma subestação abaixadora de tensão, e realiza-se, assim, o fornecimento em tensão primária, isto é, com a tensão da rede. 2. Modalidade de Subestações Conforme a maneira pela qual é feita a alimentação, podem ser: a) De entrada aérea: quando da rede aérea da concessionária, é feita a alimentação de chaves e transformadores, com barramentos sempre aéreos. b) De entrada subterrânea: quando o cabo alimentador subterrâneo da concessionária é colocado em dutos enterrados e, a partir de uma mufla localizada na subestação seguem os barramentos para as chaves, disjuntores e transformadores. Conforme a modalidade de medição, podem ser: a) Subestação com medição em alta tensão. É o caso mais usual. b) Subestação com medição em baixa tensão. Conforme a localização, podem ser: a) Instalação ao tempo ou aérea: O equipamento fica ao ar livre, cercado por tela protetora, fixado em armação metálica. Quanto maior a tensão primária, tanto mais econômica e funcional será a subestação aérea. b) Instalação abrigada: O equipamento fica localizado em um compartimento com 3 a 6m de altura. Nas subestações do tipo blindadas para instalação externa ou interna, os equipamentos são abrigados em cubículos metálicos, individualizados ou não. Só podem ser usados para suprimento através de ramal subterrâneo. Conforme a função específica, podem ser: a) Subestação de consumidor para manobra, proteção e medição. b) Subestação de consumidor para transformação de tensão. Nesta, além do abaixamento da tensão, é feito a manobra e a medição e assegurada a proteção. 3. Subestações até 13,8 KV Trataremos, apenas, de subestações com esta tensão primária. Para tensões maiores, deve-ser consultado o manual da concessionária local. 1. A carga é de 225 KVA. 2. A carga é superior a 225 KVA. Prescrições Quanto às Subestações: Devem ser localizadas, preferencialmente junto ao alinhamento da via publica, salvo recuo imposto pelas autoridades. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 85 Mediante acordo entre o consumidor e a concessionária, a subestação pode ficar afastada do alinhamento, desde que o comprimento total do ramal não ultrapasse 100 m. Para afastamentos que ultrapassem o comprimento acima citado, deve ser construída no alinhamento da via pública, ou com recuo máximo de 10 m uma subestação de manobra, proteção e medição provida de disjuntor. Subestações de até 225 KVA Cabos: Podem ser do tipo unipolar ou tripolar, armados ou não-armados. Proteção: Deve ser assegurada por meio de disjuntor, instalado na entrada da mesma, e com capacidade mínima de ruptura de 12 KA simétricos. O disjuntor deverá ser equipado com relés primários ou secundários, de acordo com a capacidade transformadora da subestação. Transformadores: Podem ser a óleo ou a seco. Em edifícios, dá-se preferência a transformadores a seco, pois não explodem e não oferecem perigo de incêndio. Necessitam apenas de uma boa circulação de ar para resfriamento. Para-Raios: Devem ser da classe de 5 KA, equipados com desligador automático, e possuem as seguintes características: b. Tensão nominal: 15 KV. c. Tensão disruptiva de impulso atmosférico cortado na frente: 62 KV. Os terminais de terra dos para-raios devem ser conectados às blindagens dos cabos, e todo conjunto aterrado por um único condutor, tão curto quanto possível. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 86 Chaves de Faca: Características: d. Tensão máxima de operação: 15 KV; e. Corrente nominal mínima: 200 A; f. Corrente nominal de curta duração: 8 KA. Chaves Fusíveis: Características: g. Tensão máxima de operação: 15 KV; h. Corrente nominal mínima: 100 A; i. Capacidade de ruptura mínima: 12 KA. Barramentos e Isoladores: Características: j. Tensão disruptiva a seco, a 60 Hz: 40 KV; k. Distância de escoamento: 220 mm. Aterramento: Todas as partes metálicas normalmente não energizadas, bem como o neutro e o para-raios, devem ser aterrados. A malha de aterramento deve ser composta de , no mínimo, seis hastes, espaçadas entre si a uma distância maior ou igual ao seu comprimento. A resistência da malha de aterramento não deve ser superior a 10 , em qualquer época do ano. Medição: Os medidores, transformadores de potencial, transformadores de corrente, destinados à medição, são fornecidos e instalados pela concessionária, que continuará como proprietária dos mesmos, cabendo ao consumidor sua guarda e responsabilidade pela conservação dos selos de segurança. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 87 Assuntos Complementares MÓDULO 11 – DISPOSITIVOS DE CONTROLE DE CIRCUITOS 1. Minuteria Em edifícios residenciais é usual o emprego de um interruptor que desliga automaticamente o circuito de serviço visando maior economia para o condomínio. Quando diminui o movimento de pessoas no edifício, não há necessidade de muitas lâmpadas ficarem acesas, basta que esta acenda no momento em que chegue uma pessoa apagando automaticamente pouco depois. Como permanecem ligadas por aproximadamente um minuto, são conhecidas por minuteria. Baseiam-se em contatos de mercúrio e em mecanismo de relógio. R- Chave de reversão: na posição a representa o uso antes das 22 horas; na posição b representa a ligação da minuteria, ou seja, após as 22 horas. K- Mecanismo de relógio: desliga o circuito elétrico passado aproximadamente um minuto depois de ligado. A-B-C- Contatos externos da minuteria. 1-2- Contatos dentro do mercúrio na posição desligada. 3- Contato fora do mercúrio na posição desligada. Funcionamento: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 88 Suponhamos que estamos no 4° pavimento e ligamos o botão 4. Acompanhando as setas vemos que o circuito elétrico ficou fechado. Assim a bobina, que é um eletroímã, atrai a barra puxando-a para cima por ter maior força que a mola M. Desta maneira o contato 3 mergulha no mercúrio e o contato 1 sai do mesmo. Pode-se tirar o dedo do botão que as luzes continuam acesas. Note-se que acendem e apagam simultaneamente. Note-se que todas as lâmpadas ligadas a minuteria. Acompanhando-se as setas, constata-se que o circuito se fecha através do mercúrio pelos contatos 2 e 3 e assim todas as lâmpadas permanecem acesas enquanto o mecanismo de relógio K mantiver presa a cuba de mercúrio. Passado o minuto, solta-se a cuba e a mola M puxa a barra para cima, restabelecendo-se a posição inicial. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 89 2. Chave-Bóia É um dispositivode controle usado no acionamento de bombas de água ou de outro líquido qualquer. Nas instalações usuais para fornecimento de água a edifícios, dispomos de dois reservatórios; o inferior (cisterna) e o superior. A chave-bóia possibilita a ligação do motor da bomba de água quando o reservatório superior está cheio e o reservatório inferior está cheio. Sob qualquer alternativa diferente desta, o motor permanece desligado. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 90 MÓDULO 12- TUBULAÇÕES TELEFÔNICAS EM EDIFÍCIOS CABOS TELEFÔNICOS 1. REQUISITOS DE ISOLAMENTO: 1.1. Características Elétricas: A) Capacitância mútua B) Resistência de isolamento C) Rigidez dielétrica D) Resistência do condutor E) Desequilíbrio resistivo e capacitivo F) Condutância G) Diafonia H) Proteção contra interferências elétricas (blindagem). 1.2. Características da Capa: A) Impermeabilidade B) Flexibilidade C) Dureza D) Resistência a intempéries E) Resistência a agentes químicos F) Resistência à abrasão (desgaste). Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 91 2. CONSTRUÇÃO DE CABOS PARA REDE URBANA A) Bitola dos condutores: B) Reunião dos grupos em pares e estes em coroas concêntricas formando grupos. C) Código de cores adequado para identificação dos pares. 3. CAPACITÂNCIA A) Capacitância - C 50 nF/Km. B) Resistência de isolamento: Alta, limitar a perda de sinal. C) Rigidez dielétrica: Embora operem com baixas tensões, não haver descargas. D) Baixo peso e dimensões pequenas: Facilidade de manuseio e instalação. E) Resistência mecânica e flexibilidade: Fios são dobrados varias vezes. F) Estabilidade de temperatura: Variações climáticas. G) Estabilidade dimensional: Com o envelhecimento. H) Resistência a ataques químicos: Óleos, solventes, detergentes, etc. I) Colorabilidade permanente, consistente e nítida: Emenda de cabos velhos, condições de trabalho adversas. J) Estabilidade em presença de água. K) Longa vida: Previsão de 30 anos. 4. ALGUMAS DEFINIÇÕES: Caixa de entrada do edifício: Caixa subterrânea, situada em frente ao edifício, junto ao alinhamento predial, destinada a permitir a entrada do cabo subterrâneo da rede externa da concessionária. Caixa de distribuição: Caixa pertencente à tubulação primária, destinada a dar passagem aos cabos e fios telefônicos e abrigar os blocos terminais. Bloco Terminal: Bloco de material isolante, destinado a permitir a conexão de cabos e fios telefônicos. Caixa de distribuição geral: Caixa na qual são terminados e interligados os cabos da rede externa da concessionária e os cabos internos do edifício. Tubulação primária: Parte da tubulação que abrange a caixa de distribuição geral, as caixas de distribuição e as tubulações que as interligam. Tubulação secundária: Parte da tubulação que abrange as caixas de saída e as tubulações que as interligam às caixas de distribuição. Caixa de passagem: Caixa destinada a limitar o comprimento da tubulação, eliminar curvas e facilitar o puxamento de cabos e fios telefônicos. AWG 19 22 24 26 mm 0,91 0,64 0,51 0,405 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 92 Caixa subterrânea: Caixa de Alvenaria ou concreto, instalada sob o solo, com dimensões suficientes para permitir a instalação de emendas de cabos e fios telefônicos subterrâneos. Caixa de saída: Caixa destinada a dar passagem ou permitir a saída de fios de distribuição, conectados aos aparelhos telefônicos. Cubículo: Tipo especial de caixa de grande porte, que pode servir como caixa de passagem, caixa de distribuição geral ou caixa de distribuição. Malha de piso: Sistema de distribuição em que os pontos telefônicos são atendidos por um conjunto de tubulações ou canaletas interligadas a uma caixa de distribuição. Poço de elevação: Tipo especial de prumada, de seção retangular, que possibilita a instalação de cabos de grande capacidade. Ponto telefônico: Previsão de demanda de um telefone principal ou qualquer serviço que utilize pares físicos dentro de um edifício. Prumada: Tubulação vertical que se constitui na espinha dorsal da tubulação telefônica do edifício e que corresponde, usualmente, à tubulação primária do mesmo. Sala do distribuidor geral: Compartimento apropriado, reservado para uso exclusivo da concessionária, que substitui a caixa de distribuição geral em alguns casos. Tubulação de entrada: Parte da tubulação que permite a entrada do cabo da rede externa da concessionária e que termina na caixa de distribuição geral. Quando subterrânea, abrange também a caixa de entrada do edifício. As previsões dos números de pontos telefônicos são fixadas em função dos tipos de edificações e do uso a que se destinam, ou seja: A) Residências ou apartamentos: * de até 2 quartos: 1 ponto telefônico * de 3 quartos: 2 pontos telefônicos * de 4 ou mais quartos: 3 pontos telefônicos. B) Lojas: * 1 ponto telefônico / 50 m². D) Indústria: * Área de escritórios: 1 ponto telefônico / 10 m². * Área de produção: Estudos especiais a critério do proprietário. E) Cinemas, Teatros, Supermercados, Depósitos, Armazéns, Hotéis, e outros: Estudos especiais com a concessionária. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 93 Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 94 ESQUEMA DE LOCALIZAÇÃO DAS CAIXAS DE DISTRIBUIÇÃO Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 95 Dimensionamento das tubulações primária e secundária: Dimensionamento das tubulações primárias e secundárias: Dimensionamento das caixas internas: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 96 nsões padronizadas das caixas de entrada: Dimensionamento da tubulação de entrada do edifício: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 97 Dimensionamento da caixa de entrada do edifício: Alturas mínimas para entrada de cabos aéreos: A entrada será subterrânea quando: * O edifício possuir mais de 20 pontos telefônico. * A rede da concessionária for subterrânea no local. * O construtor preferir, por razões estéticas. A entrada será aérea quando: * O edifício possuir 20 pontos telefônicos ou menos. * As condições da rede da concessionária no local o permitirem. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 98Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 99 Simbologia padronizada para desenho: Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 100 Exemplo de planta de tubulação secundária em edifício: Exemplo de corte esquemático das tubulações de entrada e primária Pedido de vistoria Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 101 (localidade, dia/mês/ano) A (nome da Concessionária) (rua, n°, cidade) Assunto: PEDIDO DE VISTORIA DE TUBULAÇÃO TELEFÔNICA Prezados Senhores, Solicitamos que a (nome da Concessionária) proceda à vistoria da tubulação telefônica do edifício (nome e endereço). A referente tubulação foi executada de acordo com o projeto aprovado por esta Empresa, sob n°________, em (dia, mês, ano), e os materiais e métodos de construção obedecem às determinações da NORMA ELETROBRÁS 224-3115-01, TUBULAÇÕES TELEFÔNICAS EM EDIFÍCIOS. Atenciosamente: ___________________ construtor Contato: (nome, endereço e telefone da pessoa para contato). Assunto: PEDIDO DE APROVAÇÃO DE PROJETO DE TUBULAÇÃO TELEFÔNICA Prezados Senhores, Anexos a esta, seguem dois (2) jogos de cópias do projeto de tubulação telefônica do Edifício (nome, se houver) a ser construído (rua, n°, bairro, cidade) que foi elaborado de acordo com a NORMA ELETROBRÁS 224-3115-01, TUBULAÇÕES TELEFÔNICAS EM EDIFÍCIOS. Solicitamos que a concessionária analise o projeto e nos devolva um dos jogos de cópias devidamente aprovado, para que possamos dar continuidade à referida construção. Atenciosamente: ___________________ construtor Contato: (nome, endereço e telefone da pessoa para contato). Exercício: Indicar os pontos, tubulações e dimensões das caixas de passagens no seu projeto telefônico para o edifício em estudo. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 102 Bibliografia: Instalações Elétricas. Niskier / Macintyre. Tabelas: 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6, 7.7. Figura: 7.3. AULA 13 – ELETROTÉCNICA - PROJETO ELÉTRICO O ROTEIRO PARA UM PROJETO ELÉTRICO DEVE OBEDECER ÀS SEGUINTES ETAPAS: 1) 1) Análise Inicial 2) Elementos Necessários: - projeto de arquitetura; - contato com cliente; - dados dos outros sistemas do prédio. Determinar: - uso de todas as áreas; - locais ou setores com condições especiais de instalação; - estimativas de potência e demanda máxima. 2) Quantificação do Sistema Elementos Necessários: - dados obtidos na etapa (1) Determinar - localização (em planta) e caracterização de todos os pontos de utilização; - setores e subsetores da instalação; - centros de carga (setores e subsetores); - potências instaladas dos setores, subsetores e global; - demandas máximas parciais e globais. 3) Fornecimento de Energia Elementos Necessários: - dados obtidos nas etapas (1) e (2); - ponto preferencial de entrega de energia; - fator de potência estimado; - tensões preferenciais; - maiores cargas; - cronograma da obra; - características especiais; - setores que necessitam de energia; - de substituição. Determinar: Com a Concessionária: - tensões disponíveis; - ponto de entrega; - tipo de demanda; - dados da subestação (da concessionária); - medição; - condições de curto circuito no ponto de entrega; - tipo de aterramento do sistema (da concessionária); - exigências de coordenação da proteção (com o sistema da concessionária); Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 103 - confiabilidade do sistema (da concessionária). - do tipo de energia de substituição; - localização e características do(s) gerador(es). 4) Escolha das Tensões Elementos necessários: - tensões da concessionária; - tensões nominais dos equipamentos de utilização; - cargas especiais; - distância entre os pontos de entrega e os centros de cargas principais e entre estes e os centros de cargas secundários. Determinar: - tensão de distribuição; - tensões de utilização. 5) Determinação do Diagrama Básico da Instalação Elementos Necessários - dados obtidos nas etapas (2) e (4). Determinar: - sistema de distribuição; - diagrama unifilar inicial (componentes principais e interligações fundamentais). 6) Dimensionamento dos componentes do Sistema Elementos Necessários: - dados obtidos nas etapas (2), (3), (4) e (5). Determinar: - localização das fontes de energia; - localização, dimensionamento e alimentação das subestações; - localização, dimensionamento e alimentação dos quadros de distribuição; - localização, dimensionamento e alimentação dos quadros terminais; - dimensionamento dos circuitos terminais. 7) Desenho do Sistema Elementos Necessários - dados obtidos nas etapas (1), (2), (3), (4), (5) e (6). Determinar: - plantas; - diagrama unifilar completo; - detalhes da instalação. 8) Memorial Descritivo Elementos Necessários: - dados obtidos nas etapas (1), (2), (3), (4), (5), (6) e (7). Determinar: - características fundamentais da instalação; - cálculos principais; - justificativas; - especificações. Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 104 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRAFIA BÁSICA: 1. ADEMARO, A. M. - Instalações Elétricas. 2ªdição; Ed. McGraw-Hill do Brasil, R.J. 1982. 2. HÉLIO, C. - Instalações Elétricas. 7ª edição, Livros Técnicos e Científicos, Editora S. A. MEC, 1974. 3. FILHO, J.M. - Instalações Elétricas Industriais. 3ª edição, Editora LTC, 1989. 4. NISKIER, J. & MACINTYRE, A. J. - Instalações Elétricas. Editora Guanabara Dois, 1985. 5. ADEMARO A.M.B. COTRIM - Instalações Elétricas. 4ª Edição; Ed. Prentice Hall, SP. 2003. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR: 1. COTRIN, A. - Manual de Instalações Elétricas. 2ª edição, Editora McGraw-Hill, 1985. 2. NORMAS CEMIG. Grandezas do SI – MKS- Fundamentais GRANDEZA NOME SÍMBOLO Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Corrente Elétrica Ampère A Temperatura Kelvin K Quantidade de substância mol Intensidade Luminosa candela cd Grandezas do SI - Derivadas Frequência Hertz Hz s -1 Força Newton Nm.kg/s² Pressão Pascal Pa N/m² Energia, Trabalho, quantidade de calor Joule J N.m Potência, Fluxo radiante Watt W J/s Quantidade de Carga Elétrica Coulomb C A.s Potencial Elétrico, Diferença de Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 105 Potencial, Força Eletromotriz Volt V W/A Capacitância Farad F C/V Resistência Elétrica Ohm Ω V/A Condutância Siemens S A/V Fluxo Magnético Weber Wb V.s Campo Magnético Tesla T Wb/m² Indutância Henry H Wb/A Outras Grandezas – Complementares. Grandezas e outros Letra que a representa Valor Ångstron Å 10-10 m Área A Calor Específico c 1 cal/g °C (água) Campo Elétrico E Campo Gravitacional g 9,8 m/s² Campo Magnético B Capacitância C Carga Elétrica Q ou q Coeficiente de Temperatura Comprimento l Condutância G Constante de proporcionalidade Eletrostática de Coulomb K 9.10 9 N.m²/C² ( vácuo) Corrente Elétrica i Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 106 Densidade d 10³L/m³ ou 1g/cm³ (água) Densidade Linear de cargas elétricas Densidade Superficial de cargas elétricas Distância d Energia Elétrica el Fluxo Magnético Força Eletromotriz E Força Eletrostática F Frequência f Indutância L Linhas de Força L.F. Linhas de Indução L.I. Massa m Permeabilidade Magnética do Meio µ 4..10 -7 T.m/A (vácuo) Permissividade Absoluta do Meio ou Constante Dielétrica 8,854.10 -12 F/m (vácuo) Potência Elétrica P Potencial Eletrostático V Pressão P Quantidade de Calor Q Resistência Elétrica R Resistividade Elétrica Tempo t Instalações Elétricas 2 - 1º Semestre - 2014 107 Tensão Elétrica ou ddp U Trabalho W ou Unidade elementar de carga elétrica e 1,6.10 -19 C Variação de Temperatura Velocidade v Volume V 1 cm = 10 - ²m 1 N = 10 5 dina 1kgf = 9,81 N 1 min = 60 s 1h = 3600 s 1 kwh = 3,6.10 6 J m-mili = 10 -3 µ-micro = 10 -6 n-nano = 10 -9 p-pico = 10 -12 k-quilo = 10 3 M-mega = 10 6 G-giga = 10 9 T= terá = 10 12 Obs: Esta apostila foi confeccionada com a finalidade única de facilitar para o aluno o acompanhamento dos assuntos em sala de aula. Não tem fins lucrativos e não pode ser comercializada. FIM
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