Aula 9_Cálculos em subestações

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Subestação
Aula 9: Cálculos em subestações
Apresentação
Nesta aula, abordaremos os cálculos para determinar o tipo de entrada a ser solicitada na concessionária de energia local.
Esses cálculos valem para as entradas em média tensão, quando a potência demandada é superior a 76kVA. Caso
contrário, o fornecimento de energia será em baixa tensão.
Objetivos
Descrever as etapas para elaboração do cálculo da entrada de energia a ser solicitada na concessionária;
Diferenciar potência instalada e potência demandada;
Demonstrar cálculos de potência instalada e demandada.
Dimensionamento de uma subestação
Antes da montagem e funcionamento de uma subestação, há uma etapa importante que é o projeto. Para dimensionamento de
uma subestação, é preciso elaborar um termo de abertura do projeto com a participação do dono do projeto, ou de seu
representante, para delimitar todas as características e, no caso da subestação, a potência dos equipamentos que serão
instalados e seu fator de utilização simultâneo ou fator de demanda. Dessa forma, calcularemos uma potência efetivamente
demandada, que servirá de subsídio para determinação da potência do transformador da subestação.
Fornecimento da energia
elétrica
Para iniciar um projeto, primeiramente determinamos
o número de unidades consumidoras que estarão
ligadas naquele local, identi�cando se a entrada é
individual ou coletiva. No caso da subestação para
clientes residenciais, a entrada normalmente é
coletiva, exceto para clientes residenciais com grande
área construída.
Para clientes industriais, comerciais e mistos, a
entrada é individual. Para fornecimento da energia
com medição direta, a potência demandada deve ser
até 76kVA. Após esse valor, a medição é indireta, de
baixa ou média tensão.
 Fonte: Shutterstock
É praxe num projeto dividirmos as cargas por tipos para facilitar seu levantamento total. A metodologia apresentada a seguir é
baseada na técnica constante na NBR 5410 (Instalações Elétricas de Baixa Tensão), na NBR 14039 (Instalações Elétricas e
Média Tensão) e na regulamentação para fornecimento de energia da concessionária Light S. E. S. A. cuja área de
abrangência é parte do estado do Rio de Janeiro. Em áreas de outras concessionárias, deve ser feito um estudo de cada
regulamentação local.
Determinação da carga instalada
A carga instalada é a soma da potência elétrica de cada equipamento e dispositivo da instalação, incluindo iluminação,
tomadas e cargas de uso especí�co, que podem ser obtidos pela consulta à placa do equipamento ou ao manual do fabricante.
Os equipamentos titulados como reserva não devem ter sua potência computada com as demais potências instaladas.
 
As potências são agrupadas e somadas conforme as categorias abaixo:
CP1
Iluminação e tomadas de uso
comum
CP2
Aparelhos resistivos de
aquecimento
CP3
Aparelhos condicionadores
de ar
CP4
Centrais de condicionamento
de ar
CP5
Cargas indutivas de motores
elétricos (bombas, aparelhos
de solda etc.)
CP6
Aparelhos especiais odonto-
médicos (raio-x, tomógrafos
etc.)
CP7
Outros equipamentos não
citados
A carga total, então, é a soma de todas as cargas parciais:
𝐶𝐼 (𝑘𝑉𝐴) = 𝐶𝑃1 + 𝐶𝑃2 + 𝐶𝑃3 + 𝐶𝑃4 + 𝐶𝑃5 + 𝐶𝑃6 + 𝐶𝑃7s
Saiba mais
Para ajudar na determinação das potências, a concessionária LIGHT fornece tabela com valores médios.
Veja um exemplo para levantamento da potência instalada de uma unidade consumidora com as seguintes cargas.
Iluminação e Tomadas (CP1)
Carga (VA) Quant. Total (VA)
Lâmpada LED 10W 10 10 100
Lâmpada fluorescente 1x20W 20 5 100
Tomadas uso geral (TUG) 100 18 1800
Ventilador teto 3 80 240
Ferro de passar 1000 1 1000
TOTAL 3240
Aparelhos de aquecimento (CP2)
Carga (VA) Quant. Total (VA)
Chuveiro 4400 2 8800
Torneira 3250 1 3250
TOTAL 12050
Ar condicionado (CP3)
Carga (VA) Quant. Total (VA)
Ar 10000 BTU de janela 900 2 1800
Ar 12000 BTU de janela 1200 2 2400
TOTAL 4200
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Centrais de Ar condicionado (CP4)
Carga (VA) Quant. Total (VA)
Ar-condicionado central 21000 0 0
Cargas Indutivas
Carga (VA) Quant. Total (VA)
Elevador 12,5 CV 2 28,18
Bomba água recalque 2 CV 1 2,7
Bomba água recalque - reserva 2 CV 1 -
TOTAL 30,88
Aparelhos especiais odonto-médicos
Carga (VA) Quant. Total (VA)
Equipamento de raio-x 30000 2 60000
Aparelho de ressonância magnética 100000 1 100000
TOTAL 160000
Outros aparelhos não citados
Não há.
 
Carga total instalada
Em kVA:
𝐶𝐼(𝑘𝑉𝐴) =𝐶𝑃1 + 𝐶𝑃2 + 𝐶𝑃3 + 𝐶𝑃4 + 𝐶𝑃5 + 𝐶𝑃6 + 𝐶𝑃7
𝐶𝐼(𝑘𝑉𝐴)=3,24+12,05+4,2+0+30,88+160+0=210,37𝑘𝑉𝐴
Em kW, considerando o fator de potência como 0,92:
𝐶𝐼(𝑘𝑉𝐴)=210,37𝑘𝑉𝐴 𝑥 0,92= 193,54 𝑘𝑊
Determinação da demanda
A demanda pode ser determinada pela soma da carga total
instalada no consumidor e os acréscimos futuros,
porventura previstos. O cálculo da potência demandada é
feito com a estimativa de quanto da potência instalada será
utilizada ao mesmo tempo.
 
A análise veri�cara o funcionamento das cargas como um
todo, através de estudos médios de utilização simultânea
para clientes residenciais ou comerciais, em que a potência
demandada normalmente é inferior à potência instalada
porque as cargas não são todas utilizadas ao mesmo
tempo.
 Fonte: Shutterstock.
Nessa etapa, é fundamental fazer reuniões com o dono do projeto para alinhar quais cargas possuem funcionamento
simultâneo e seus regimes de funcionamento para evitar que se determine uma demanda superior à necessária, o que geraria
gastos desnecessários. Assim, será disponibilizado um estudo mais assertivo para a concessionária, sem a necessidade de
aumento de carga na rede de distribuição.
 
A metodologia apresentada a seguir é baseada na Regulamentação para fornecimento de energia da concessionária LIGHT
S. E. S. A., cuja área de abrangência é parte do estado do Rio de Janeiro.
 
Cumpre lembrar que esta metodologia é baseada em uma estimativa mais provável da utilização das diversas cargas de uma
instalação. O projetista deve avaliar as tabelas a seguir para determinar se, na sua instalação, o percentual de demanda nas
tabelas será compatível à utilização das cargas a �m de evitar erros. Nesses casos, em que existem percentuais diferentes de
demanda, o projetista deve fazer a indicação nos cálculos enviados para a concessionária para avaliação.
 
Um exemplo de percentuais diferentes de demanda é a iluminação de instituições de ensino, como na UNESA, que, nos
períodos de maior público e no horário noturno, apresenta uma demanda próxima aos 100%.
A Demanda Total (DT) é calculada pela soma das Demandas Parciais (DP) conforme as categorias já divididas anteriormente.
𝐷𝑇(𝑘𝑉𝐴) = 𝐷𝑃1 + 𝐷𝑃2 + 𝐷𝑃3 + 𝐷𝑃4 + 𝐷𝑃5 + 𝐷𝑃6 + 𝐷𝑃7
Para a demanda DP1, temos a seguinte tabela para determinação da simultaneidade do uso:
Tabela DP1: Carga mínima por área e fator de demanda para instalações de iluminação e tomadas de uso geral em residências
e comércios. Fonte: Light.
Descrição Carga mínima(kVA/ m²) Fator de demanda
Auditório, salões para exposições, salas de vídeo e
semelhantes
0,015 80
Bancos, postos de serviços públicos e semelhantes 0,050 80
Barbearias, salões de beleza e semelhantes 0,020 80
Clubes e semelhantes 0,020 80
Escolas e semelhantes 0,030 80 para os primeiros 12 kVA
50 para o que exceder de 12 kVA
Bancos, postos de serviços públicos e semelhantes 0,050 80
Escritórios 0,050 80 para os primeiros 20 kVA
60 para o que exceder de 20 kVA
Garagens, áreas de serviço e semelhantes 0,005 Residencial 80 para os primeiros 10 kVA
25 para o que exceder de 10 kVA
Não residencial 80 para os primeiros 30 kVA
60 para o que exceder de 30 até
100 kVA
40 para o que exceder de 100
kVA
Hospitais, centros de saúde e semelhantes 0,020 40 para os primeiros 50 kVA
20 para o que exceder de 50 kVA
Hotéis, motéis e semelhantes 0,020 50 para os primeiros 20 kVA
40 para os seguintes 80 kVA
30 para o que exceder de 100 kVA
Bancos, postos de serviços públicos e semelhantes 0,05080
Igrejas, salões religiosos e semelhantes 0,015 80
Bancos, postos de serviços públicos e semelhantes 0,050 80
Lojas e semelhantes 0,020 80
Unidades consumidoras residenciais (casas,
apartamentos etc.)
0,030 0 < P (kVA) ≤1
(80)
1 < P (kVA) ≤2
(75)
2 < P (kVA) ≤3
(65)
3 < P (kVA) ≤4
(60)
4 < P (kVA) ≤5
(50)
5 < P (kVA) ≤6
(45)
6 < P (kVA) ≤7 (40)
7 < P (kVA) ≤8 (35)
8 < P (kVA) ≤9 (30)
9 < P (kVA) ≤10 (27)
10 < P (kVA) →(24)
Restaurantes, bares, lanchonetes e semelhantes 0,020 80
Para a demanda parcial DP2, segue a tabela para determinação da demanda de aparelhos de aquecimento.
Nº de aparelhos Fator de demanda (%)
1 100
2 75
3 70
4 66
5 62
6 59
7 56
8 53
9 51
10 49
11 47
12 45
13 43
14 41
15 40
16 39
17 38
18 37
19 36
20 35
21 34
22 33
23 32
24 31
25 ou mais 30
Tabela DP2: Percentual de demanda para aparelhos de aquecimento. Fonte: Light.
Tabela DP3a: Percentual de demanda para aparelhos de ar condicionado, utilização residencial. Fonte: Light.
Tabela DP3b: Percentual de demanda para aparelhos de ar condicionado, utilização não residencial. Fonte: Light.
Para a demanda DP3, veja duas tabelas para aparelhos de ar-condicionado em utilização residencial e não residencial.
Nº de aparelhos Fator de demanda (%)
1 a 4 100
5 a 10 70
11 a 20 60
21 a 30 55
31 a 40 53
41 a 50 52
Acima de 50 50
Para a demanda DP3, veja duas tabelas para aparelhos de ar-condicionado em utilização residencial e não residencial.
Nº de aparelhos Fator de demanda (%)
1 a 10 100
11 a 20 75
21 a 30 70
31 a 40 65
41 a 50 60
51 a 80 55
Acima de 80 50
Para a demanda DP4, veja a tabela para aparelhos de ar condicionado Central e SELF.
Tabela DP4: Percentual de demanda para aparelhos de ar condicionado Central, Self contained e similares, utilização não
residencial. Fonte: Light.
Nº de aparelhos Fator de demanda (%)
1 a 10 100
11 a 20 75
21 a 30 70
31 a 40 65
41 a 50 60
51 a 80 55
Acima de 80 50
Para a demanda DP5, esta é a tabela para motores e máquinas de solda.
Nº total de motores Fator de demanda (%)
1 100,00
2 75,00
3 63,33
4 57,50
5 54,00
6 50,00
7 47,14
8 45,00
≥ 10 43,33
Tabela DP5: Percentual de demanda para motores e máquinas de solda. Fonte: Light.
Para este item, é importante frisar que, em situações onde a diferença de potência dos motores é bem elevada, o projetista
deve ter atenção quanto à demanda para evitar erro na demanda �nal.
Quando isto ocorrer, a seguinte condição deve ser veri�cada:
A demanda calculada não deve ser menor que a demanda do maior motor. Nestes casos, o projetista deve considerar a maior
demanda entre a calculada e a do maior motor.
𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 𝒄𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒂𝒅𝒂 ≥ 𝑸(𝒎𝒂𝒊𝒐𝒓 𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓)
Para a demanda parcial DP2, segue a tabela para determinação da demanda de aparelhos de aquecimento.
Potência do motor
CV kVA
1/4 0,66
1/3 0,77
1/2 0,87
3/4 1,26
1 1,52
1 1/2 2,17
2 2,70
3 4,04
4 5,03
5 6,02
7 1/2 8,65
10 11,54
12 1/2 14,09
15 16,65
20 22,10
25 25,83
30 30,52
40 39,74
50 48,73
60 58,15
75 72,28
100 95,56
125 117,05
150 141,29
200 190,18
A seguir, veja dois exemplos práticos para elucidar os cálculos desta demanda.
 Exemplos práticos
 Clique no botão acima.
Exemplos práticos
Calcule a demanda para cinco motores trifásicos de 4CV cada, dois motores trifásicos de 2CV cada, 1 motor trifásico
de 7 ½CV, um motor trifásico de 10CV, totalizando nove motores.
Solução:
Convertendo a potência dos motores em kVA, teremos:
4 CV= 5,03 kVA;
2 CV= 2,70 kVA;
7 ½ CV= 8,65 kVA;
10 CV= 11,54 kVA.
A demanda será:
>𝐷 = [ (5 𝑥 5,03) + (2 𝑥 2,70) + (1 𝑥 8,65) + (1 𝑥 11,54) ] 𝑥 0,4333 = 21,986𝑘𝑉𝐴
Calcule a demanda para um motor de 60CV e um motor de 5CV.
Solução:
Convertendo a potência dos motores em kVA, teremos:
5 CV= 6,02kVA;
60 CV= 58,15kVA.
𝐷=[(1𝑥58,15)+(1𝑥6,02)]𝑥 0,75=48,12 𝑘𝑉𝐴
Nesses casos, devemos observar a condição, pois, como a demanda calculada é menor que a demanda do maior motor,
consideramos a demanda do maior motor.
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 ≥𝑄(𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟)
48,12 ≥58,12→𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖çã𝑜 𝑓𝑎𝑙𝑠𝑎
 
Então, consideraremos como demanda 58,12 kVA.
Para a demanda DP6, segue tabela para máquinas de solda e
aparelhos odonto-médicos.
Tabela DP6: Percentual de demanda para aparelhos odonto-médicos e máquinas de solda. Fonte: Light.
Equipamento Quantidade de Equipamentos Fator de Demanda (%)
Máquina de Solda 1 100
2 a 3 70
4 a 7 60
Mais de 7 50
Aparelho de Raio-X
Tomógrafo
Mamógrafo
Ressonância magnética
Outros similares
1 100
2 a 5 60
6 a 10 50
Mais de 10 40
Atenção
Semelhante à demanda de motores, a demanda calculada não pode ser menor que a individual da maior
máquina. Se isto ocorrer, deve ser considerado a da maior máquina ao invés da calculada.
Para a demanda DP7, deve se considerar cada aparelho não citado e avaliado individualmente, com atenção à demanda.
Os equipamentos classi�cados como reserva não entram nos cálculos da
potência instalada e demandada para quaisquer demandas parciais.
Avaliação da demanda total
Para uma única unidade consumidora residencial, industrial ou comercial, como já vimos, a demanda total será a soma das
demandas dos diversos equipamentos.
 
Quando há unidades após o disjuntor geral, agrupamentos distintos de medidores, alimentadores distintos para grupos de
cargas, blocos de apartamentos residenciais e/ou salas comerciais distintas, circuitos de serviço em condomínios etc. devem
ser realizados os cálculos vistos anteriormente para determinar a demanda de cada agrupamento ou ramal alimentador
considerando sua natureza (residencial ou comercial) separadamente.
A demanda total pode ser para um único agrupamento de medidores ou mais:
Clique nos botões para ver as informações.
No caso da demanda do agrupamento de medidores (Dagr) e da demanda circuito de serviço do condomínio (Ds), deve-se
utilizar a seguinte expressão para a demanda total (Dt).
𝐷𝑡=(𝐷𝑎𝑔𝑟+𝐷𝑠) 𝑥 0.9
Semelhante às demandas anteriores, a demanda totat (Dt) calculada não pode ser menor que a demanda individual do
agrupamento ou serviço. Se isto ocorrer, deve ser considerada a demanda ao invés da demanda calculada.
Demanda total para um único agrupamento de medidores 
Se o local possuir consumidores residenciais e comerciais (mista), a demanda da proteção geral (Dpg) será:
𝐷𝑝𝑔=(𝐷𝑎𝑔𝑟+𝐷𝑎𝑔𝑟𝑛𝑟 𝑥 0.9
Dagr - Demanda de cada agrupamento de medidores residenciais;
Dagrnr - Demanda de cada agrupamento de medidores não residenciais.
 
Se a diferença de demanda total das cargas for expressiva, como no caso de lojas e escritórios, devemos considerar as
cargas individualmente.
𝐷𝑝𝑔=(𝐷𝑎𝑔𝑟+𝐷𝑎𝑔𝑟𝑛𝑟 𝑙𝑜𝑗𝑎𝑠+𝐷𝑎𝑔𝑟 𝑒𝑠𝑐𝑟𝑖𝑡ó𝑟𝑖𝑜𝑠) 𝑥 0.9
 
A demanda total será calculada pela soma das demandas da proteção geral (DPG), do serviço residencial (Dsr) e não
residencial (Dsnr) para o caso de condomínios quando for o caso, multiplicando o total por 0,90.
𝐷𝑝𝑔=(𝐷𝑝𝑔+𝐷𝑠𝑟+𝐷𝑠𝑛𝑟) 𝑥 0.9
Demanda total com mais de um agrupamento de medidores 
Atividades
1. Sobre o fornecimento de energia elétrica, analise as sentenças abaixo:
Para fornecimento da energia com medição direta, a potência demandada deve ser até 100kVA. Após esse valor, a medição é
indireta, baixa ou média tensão.
A carga instalada é a soma da potência elétrica de cada equipamento e dispositivo da instalação, incluindo iluminação, tomadas e
cargas de uso especí�co, que pode ser obtido pela consulta à placa do equipamento ou ao manual do fabricante.
Os equipamentos titulados como reserva devem ter sua potência computada com as demais potências instaladas.
 
Atribuindo V para verdadeiro e F para falso, assinale a alternativa com a sequência correta:
a) V, V, V.
b) V, F, V.
c) F, V, V.
d) V, V, F.
e) F, V, F.
2. Complete as lacunas das sentenças a seguir:
É praxe num projeto dividirmos as cargas por ________ para facilitar seu levantamento total.
A carga instalada é a soma da potência elétrica de cada equipamentoe dispositivo da instalação, incluindo _____________,
_____________ e cargas de uso especí�co, que pode ser obtida pela consulta à placa do equipamento ou manual do fabricante.
Os equipamentos titulados como ____________ não devem ter sua potência computada com as demais potências instaladas.
a) Tipos, iluminação, tomadas, reserva.
b) Potência, motores, exaustores, emergência.
c) Custo, capacitores, indutores, redundantes.
d) Classe, indutores, capacitores, principal.
e) Ordem, transformadores, motores, principal.
3. Sobre o cálculo de demanda, analise as sentenças abaixo:
O cálculo das demandas é realizado com a multiplicação do valor da potência total instalada pelo fator de demanda obtido nas
tabelas.
Em situações em que a diferença de potência dos motores é bem elevada, o projetista deve ter atenção à demanda para evitar
erro na demanda �nal. Nestes casos, o projetista deve considerar a maior demanda entre a calculada e a do maior motor
Nos cálculos de demanda total, em que há mais de um agrupamento de medidores seja residencial ou comercial, devemos somar
todas as potências demandadas de cada agrupamento e multiplicar o total por 0,80.
 
Atribuindo V para verdadeiro e F para falso, assinale a alternativa com a sequência correta:
a) V, V, V.
b) V, F, V.
c) F, V, V.
d) V, V, F.
e) F, V, F.
Notas
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Referências
MAMEDE, João Filho. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro: LTC, 2013. São Paulo: Prentice Hall, 2005.
LIGHT. Regulamentação para o Fornecimento de Energia Elétrica para os Consumidores Atendidos em Baixa Tensão
(Recon-BT). Disponível em: //www.light.com.br/para-residencias/Informacoes/normas-tecnicas.aspx. Acesso em: 12 set. 2019.
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