Aula 02 - Elementos de Projeto_parte2

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Instalações Elétricas IIProf. Ruan Moreira Ferraz 1
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca
Campus Angra dos Reis 
Curso de graduação em Engenharia Elétrica
E-mail: ruan.ferraz@cefet-rj.br
Instalações Elétricas II
Prof. Ruan Moreira Ferraz
Aula 02 – Elementos de Projeto
Instalações Elétricas IIProf. Ruan Moreira Ferraz 2 
Conteúdo Programático
❑ Elementos de projeto
❑ Iluminação industrial 
❑ Determinação dos condutores
❑ Determinação e correção do FP
❑ Determinação das correntes de curto-circuito 
❑ Determinação dos valores de partida dos motores e fornos elétricos 
❑ Determinação dos dispositivos de proteção e comando
❑ Subestações industriais de média tensão
❑ Cálculo da malha de terra
❑ Proteção contra descarga atmosférica
❑ Desenvolvimento do projeto elétrico industrial
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Formulação de um Projeto Elétrico
❑ O projetista deve planejar suas ações cuidadosamente para evitar retrabalho 
e desperdício de tempo e dinheiro. Orientações técnicas e didáticas serão 
formuladas para o desenvolvimento racional do projeto. São elas:
❑ Fatores de projeto
❑ Determinação de demanda de potência
❑ Formação das curvas de carga
❑ Tensão de fornecimento de energia
❑ Sistema tarifário brasileiro
❑ Conceito de tarifa média
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Fatores de Projeto: Fator de Demanda
❑ Fator de demanda:
𝐹𝑑 =
𝐷𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡
𝐷𝑚𝑎𝑥 é a demanda máxima, 
em kW ou kVA;
𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 é a potência instalada, 
em kW ou kVA;
❑ 𝐹𝑑 para agrupamento 
de motores:
Exemplo de uma curva de carga.
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Fatores de Projeto: Fator de Carga
❑ Fator de carga refere-se ao período de carga diária, semanal, mensal e anual;
❑ Fator de carga diário: 𝐹𝑐𝑑 =
𝐷𝑚𝑒𝑑
𝐷𝑚𝑎𝑥
 Fator de carga mensal: 𝐹𝑐𝑚 =
𝐶𝑘𝑊ℎ
730 𝐷𝑚𝑎𝑥
❑ Elevado fator de carga significa:
❑ Otimização dos investimentos da instalação elétrica;
❑ Aproveitamento racional da energia consumida pela instalação;
❑ Redução do valor da demanda pico;
𝐹𝑐𝑑 =
350
680
 = 0,51
𝐹𝑐𝑚 =
232800
730 ∙ 680
 = 0,47
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Fatores de Projeto: Fator de Carga
Economia de energia através da melhoria do fator de carga:
❑ Conservar o consumo e reduzir a demanda.
❑ Conservar a demanda e aumentar o consumo.
Reduzir a demanda:
❑ Controle automático da demanda (ar condicionado, estufas, fornos, câmaras 
frigoríficas)
❑ Reprogramação da operação das cargas (horários de operação de certas máquinas).
❑ 𝐹𝑑 para agrupamento 
de motores:Exemplo de uma curva de carga.
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Fatores de Projeto: Fator de Simultaneidade
❑ Fator de Simultaneidade é a relação entre a demanda máxima do grupo de 
aparelhos e a soma das demandas individuais dos aparelhos do mesmo grupo, 
num intervalo de tempo considerado.
❑ Fator de Simultaneidade: 𝐹𝑠 =
𝐷𝑚𝑎𝑥
σ𝑖=1
𝑛 𝐷𝑚𝑎𝑥
𝑖 Fator de Diversidade: 𝐹𝑑𝑣 =
1
𝐹𝑠
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Fatores de Projeto: Fator de Utilização
❑ Fator de Utilização é o fator pelo qual deve ser multiplicada a potência 
nominal do aparelho para se obter a potência média absorvida por ele, nas 
condições de utilização. 
Na falta de dados mais 
precisos, pode ser adotado: 
• 0,75 para motores, 
• 1 para aparelhos de 
iluminação, ar condicionado 
e aquecimento.
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Determinação de demanda de potência
❑ Cabe ao projetista a decisão sobre a previsão da demanda da instalação, a 
qual deve ser tomada em função das características da carga e do tipo de 
operação da indústria.
❑ A carga prevista em um determinado projeto deve resultar da composição das 
cargas dos setores industriais e das instalações administrativas. 
Condições gerais:
a) Iluminação: A carga de iluminação deve ser determinada 
pelos critérios da NBR 5413.
b) Pontos de tomadas: Em salas de manutenção e salas de 
equipamentos, tais como casas de máquinas, salas de 
bombas, barriletes e locais similares, deve ser previsto, no 
mínimo, um ponto de tomada de uso geral com potência 
≥1.000 VA
Cargas em locais usados como habitação
Cargas em locais usados como escritório e comércio
200VA p/ tomadas
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Determinação de demanda de potência
❑ Cabe ao projetista a decisão sobre a previsão da demanda da instalação, a 
qual deve ser tomada em função das características da carga e do tipo de 
operação da indústria.
❑ A carga prevista em um determinado projeto deve resultar da composição das 
cargas dos setores industriais e das instalações administrativas. 
Condições gerais:
a) Iluminação: A carga de iluminação deve ser determinada 
pelos critérios da NBR 5413.
b) Pontos de tomadas: Em salas de manutenção e salas de 
equipamentos, tais como casas de máquinas, salas de 
bombas, barriletes e locais similares, deve ser previsto, no 
mínimo, um ponto de tomada de uso geral com potência 
≥1.000 VA
Cargas em locais usados como habitação
Cargas em locais usados como escritório e comércio
200VA p/ tomadas
Consultar os detalhes nas 
seções 1.8.2.1, 1.8.2.2, 
1.8.2.3, principalmente, 
com relação a:
• Potencia mínima de 
iluminação;
• o número mínimo de 
tomadas;
• Potência mínima para 
as tomadas.
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Determinação de demanda de potência
❑ Conhecer a carga instalada (Tabelas 1.4 e 1.5);
❑ Aplicar os fatores de demanda indicados (Tabelas 1.6);
❑ Aplicar equações correspondentes;
Como regra geral, a determinação da demanda pode ser assim obtida:
a) Demanda dos aparelhos gerais (uso comum)
b) Demanda dos Quadros de Distribuição Parcial (QDL e CCM)
c) Demanda do Quadro de Distribuição Geral (QDG)
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Determinação de demanda de potência
a) Demanda dos aparelhos gerais (uso comum): para cada aparelho, multiplica-se 
a sua potência nominal pelo fator de utilização e/ou rendimento. 
Motor elétrico (demanda solicitada da rede por motor):
𝐷𝑚 =
𝑃𝑒𝑖𝑚 ∙ 0,736
𝜂 ∙ 𝐹𝑃
𝑃𝑒𝑖𝑚 = 𝑃𝑛 ∙ 𝐹𝑢𝑚
𝑃𝑛: Potência nominal do motor (cv)
𝑃𝑒𝑖𝑚: Potência no eixo do motor (cv)
𝐹𝑢𝑚: Fator de utilização do motor
𝜂 : Rendimento do motor
FP : Fator de Potência
(kVA)
(cv)
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Determinação de demanda de potência
Iluminação:
- Utilizando lâmpadas à descarga, é conveniente admitir um fator de multiplicação sobre a potência 
nominal das lâmpadas, a fim de compensar as perdas próprias do reator e as correntes harmônicas 
resultantes. Tipicamente 1,8 (ou especificação do
fabricante).
- Alternativamente, pode-se determinar a potência absorvida pelo conjunto lâmpada-reator com 
rendimento médio de 0,85:
𝑃𝑎𝑏𝑙𝑟 =
𝑃𝑛𝑙 + 𝑃𝑜𝑟
0,85
2
+ 𝑃𝑜𝑟 ∙ tan 𝛼 2
𝑃𝑛𝑙: Potência nominal da 
lâmpada (W)
𝑃𝑜𝑟: Perda ôhmica do reator 
(W)
𝛼: Ângulo do fator de potência 
do reator.
(VA)
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Determinação de demanda de potência
Iluminação:
- Utilizando lâmpadas à descarga, é conveniente admitir um fator de multiplicação sobre a potência 
nominal das lâmpadas, a fim de compensar as perdas próprias do reator e as correntes harmônicas 
resultantes. Tipicamente 1,8 (ou especificação do
fabricante).
- Alternativamente, pode-se determinar a potência absorvida pelo conjunto lâmpada-reator com 
rendimento médio de 0,85:
𝑃𝑎𝑏𝑙𝑟 =
𝑃𝑛𝑙 + 𝑃𝑜𝑟
0,85
2
+ 𝑃𝑜𝑟 ∙ tan 𝛼 2
𝑃𝑛𝑙: Potência nominal da 
lâmpada (W)
𝑃𝑜𝑟: Perda ôhmica do reator 
(W)
𝛼: Ângulo do fator de potência 
do reator.
(VA)
𝛼 = 66° - reatores eletromagnéticos não compensados: FP= 0,40 
𝛼 = 23° - reatores eletromagnéticos compensados: FP= 0,92; 
𝛼 = 60° - reatores eletrônicoscom fator de potência natural: FP= 0,50 
𝛼 = 14° - reatores eletrônicos com alto fator de potência: FP = 0,97.
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Determinação de demanda de potência
Iluminação:
- Utilizando o conceito geral:
𝑃𝑎𝑏𝑙𝑟 =
𝑃𝑛𝑙 + 𝑃𝑛𝑟
𝜂 ∙ 𝐹𝑃
Outras cargas:
- Considerar as particularidades das referidas cargas, tais como fornos a arco, 
máquinas de solda, câmaras frigoríficas etc. 
- De modo geral, para cargas normais:
𝑃𝑎𝑏 =
𝑃𝑛
𝜂 ∙ 𝐹𝑃
𝑃𝑛𝑙: Potência nominal da lâmpada (W)
𝑃𝑛𝑟: Perda nominal do reator (W)
𝜂 : Eficiência do conjunto
FP : Fator de Potência do conjunto
(VA)
(VA)
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Determinação de demanda de potência
Tomadas Trifásicas:
𝑃𝑎𝑏𝑡𝑜 = 𝑁𝑡𝑜 ∙ 𝑃𝑡𝑜 ∙ 𝐹𝑑
Tomadas Monofásicas:
𝑃𝑎𝑏𝑡𝑜 =
𝑁𝑡𝑜 ∙ 𝑃𝑡𝑜
3
 ∙ 𝐹𝑑
𝑃𝑎𝑏𝑡𝑜: Potência absorvida do conjunto de tomadas (VA)
𝑃𝑡𝑜: Potência atribuída para cada tomada (VA)
𝑁𝑡𝑜: Número de tomadas
𝐹𝑑: Fator de demanda
(VA)
(VA)
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Determinação de demanda de potência
b) Demanda dos Quadros de Distribuição Parcial (QDL e CCM): somar as 
demandas individuais dos aparelhos e multiplicar o resultado pelo respectivo 
fator de simultaneidade entre os aparelhos considerados.
Demanda do CCM (conjunto de Motores elétricos)
𝐷𝐶𝐶𝑀 = 𝑁𝑚 ∙ 𝐷𝑚 ∙ 𝐹𝑠
𝑁𝑚: Quantidade de motores
𝐷𝑚: Demanda de cada motor (kVA)
𝐹𝑠: Fator de simultaneidade
(kVA)
*Para motores de 
mesma potência
*
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Determinação de demanda de potência
b) Demanda dos Quadros de Distribuição Parcial (QDL e CCM): somar as 
demandas individuais dos aparelhos e multiplicar o resultado pelo respectivo 
fator de simultaneidade entre os aparelhos considerados.
Demanda do CCM (conjunto de Motores elétricos)
𝐷𝐶𝐶𝑀 = 𝑁𝑚 ∙ 𝐷𝑚 ∙ 𝐹𝑠
Demanda do QDL (iluminação e tomada)
𝐷𝑄𝐷𝐿 =
σ 𝑁𝑙 ∙ 𝑃𝑎𝑏𝑙𝑟 + σ 𝑃𝑎𝑏𝑡𝑜 
1000
𝑁𝑚: Quantidade de motores
𝐷𝑚: Demanda de cada motor (kVA)
𝐹𝑠: Fator de simultaneidade
(kVA)
*Para motores de 
mesma potência
*
𝑁𝑙: Quantidade de cada tipo de lâmpada;
𝑃𝑎𝑏𝑙𝑟: Potência absorvida por tipo de lâmpada-reator (VA)
𝑃𝑎𝑏𝑡𝑜: Potência absorvida pelas tomadas (VA)
(kVA)
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Determinação de demanda de potência
c) Demanda do Quadro de Distribuição Geral (QDG): É obtida somando-se as 
demandas concentradas nos Quadros de Distribuição Parcial e Centro de 
Controle de Motores.
𝐷𝑄𝐷𝐺 = 𝐷𝑚𝑎𝑥 = ෍ 𝐷𝐶𝐶𝑀𝑖 + ෍ 𝐷𝑄𝐷𝐿𝑖 
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Exemplo 1
Para uma indústria representada na Figura, determine as demandas dos CCM1, CCM2, QDL e 
QGF, a potência necessária do transformador da subestação e o fator de demanda. Considere:
▪ os motores (1) de 75 cv, (2) de 30 
cv e (3) de 50 cv; 
▪ Todos os motores são de indução, 
rotor em gaiola e de IV polos; 
▪ Considerar a carga de iluminação 
administrativa e industrial 
indicada na planta; 
▪ Foram utilizados reatores 
eletrônicos com fator de potência 
natural e perda ôhmica de 8 W 
para as lâmpadas de 32 W. 
▪ Para as lâmpadas de 400 W, 
vapor metálico, foram utilizados 
reatores eletromagnéticos comp. 
com perda de 26 W.
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Exemplo 1
Tabela de motores assíncronos trifásicos com rotor em curto-circuito
* Tabelas “cortadas”
*
*
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Exemplo 1
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Formação das curvas de carga
❑ Para determinar a curva de carga de uma instalação em operação, utilizam-se 
Medidores Digitais, como o SAGA 4000. 
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Formação das curvas de carga
Curva de Carga Residencial Curva de Carga Comercial
Curva de Carga Industrial
Variação devido a 
coordenação das 
atividades dos setores 
e o período de 
funcionamento diário.
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Formação das curvas de carga
❑ É possível idealizar a curva de demanda com base no ciclo de operação dos 
setores de produção para dimensionar os componentes elétricos. 
❑ Pra cada setor, conhecer as cargas e o tempo de operação.
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Exemplo 2
Um especialista em projeto de produção da indústria do Exemplo 1 forneceu os 
prováveis intervalos de utilização. Elaborar a curva de carga horária da instalação.
Setor/ carga kVA kW Período de funcionamento (h)
Motores (1) 7-22
Motores (2) 9-22
Motores (3) 7-14 / 16-22
Ilum. Adm. 7-19
Tom. Adm. 7-19
Ilum. Ind. 0-24
Tom. Ind. 9-24
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Determinação de demanda de potência
Dois procedimentos para obtenção da DEMANDA em KVA. Qual utilizar?
1- Método com uso do fator de demanda (𝐹𝑑) ou com o 𝐹𝑠 mais 𝐹𝑢
➢ O problema está relacionado com os possíveis erros introduzidos pelo uso de 
Fatores que não levam em conta particularidades da indústria em estudo. 
➢ Necessidade de utilizar fatores obtidos de indústrias do mesmo ramo de 
atividades que a indústria em estudo.
2- Método da Formação da Curva de Carga
➢ O problema que pode aparecer é a falta ou pouca informação sobre os horários 
de operação de todos os setores da indústria. 
➢ Porém se este dado estiver disponível este é o procedimento recomendado.
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Tensão de fornecimento de energia
A distribuidora de energia local é responsável por informar a tensão de fornecimento, com 
base nos seguintes requisitos:
❑ Fornecimento em tensão secundária (rede aérea): Quando a carga instalada for igual 
ou inferior a 75 kW.
❑ Fornecimento em tensão primária de distribuição inferior a 69 kV: Quando a carga 
instalada for superior a 75 kW e a demanda contratada for igual ou inferior a 2.500 
kW.
❑ Fornecimento em tensão primária de distribuição igual ou superior a 69 kV: Quando 
a demanda contratada for superior a 2500 kW.
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Tensão de fornecimento de energia
A distribuidora de energia local é responsável por informar a tensão de fornecimento, com 
base nos seguintes requisitos:
❑ Fornecimento em tensão secundária (rede aérea): Quando a carga instalada for igual 
ou inferior a 75 kW.
❑ Fornecimento em tensão primária de distribuição inferior a 69 kV: Quando a carga 
instalada for superior a 75 kW e a demanda contratada for igual ou inferior a 2.500 
kW.
❑ Fornecimento em tensão primária de distribuição igual ou superior a 69 kV: Quando 
a demanda contratada for superior a 2500 kW.
A distribuidora pode alterar a tensão de fornecimento em duas situações:
❑ Se a unidade consumidora operar equipamentos que prejudiquem a qualidade do 
fornecimento a outros consumidores.
❑ Por conveniência técnica e econômica para o subsistema da distribuidora, com a 
anuência do consumidor.
	Slide 1: Instalações Elétricas II
	Slide 2: Conteúdo Programático
	Slide 3: Formulação de um Projeto Elétrico
	Slide 4: Fatores de Projeto: Fator de Demanda
	Slide 5: Fatores de Projeto: Fator de Carga
	Slide 6: Fatores de Projeto: Fator de Carga
	Slide 7: Fatores de Projeto: Fator de Simultaneidade
	Slide 8: Fatores de Projeto: Fator de Utilização
	Slide 9: Determinação de demanda de potência
	Slide 10: Determinação de demanda de potência
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13: Determinação de demanda de potência
	Slide 14: Determinação de demanda de potência
	Slide 15: Determinação de demanda de potência
	Slide 16: Determinação de demanda de potência
	Slide 17: Determinação de demanda de potência
	Slide 18: Determinação de demanda de potência
	Slide 19: Determinação de demanda de potência
	Slide 20: Determinação de demanda de potência
	Slide 21: Determinação de demanda de potência
	Slide 22: Exemplo 1
	Slide 23: Exemplo 1
	Slide 24: Exemplo 1
	Slide 25: Formação das curvas de carga
	Slide 26: Formaçãodas curvas de carga
	Slide 27: Formação das curvas de carga
	Slide 28: Exemplo 2
	Slide 29: Determinação de demanda de potência
	Slide 30: Tensão de fornecimento de energia
	Slide 31: Tensão de fornecimento de energia