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INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA DISCIPLINA: PROJETOS ELÉTRICOS Professora: Viviane Catarina Sardá de Espindola Projeto Elétrico I Florianópolis, de 2016. Revisão 2016-1 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 2 Sumário 1 INTRODUÇÃO __________________________________________________________________ 4 2 PROJETO ______________________________________________________________________ 4 3 PREVISÃO DE CARGA __________________________________________________________ 6 3.1 PREVISÃO DA CARGA DE ILUMINAÇÃO ___________________________________________ 6 3.2 PREVISÃO DA CARGA DE TOMADAS _____________________________________________ 7 3.2.1 Número de pontos de tomadas de uso geral (TUG’s) _________________________ 7 3.2.2 Potência atribuível aos pontos de tomadas de uso geral (TUG’s) ______________ 7 3.2.3 Número de pontos de tomadas de uso específico geral (TUE’s) _______________ 8 4 QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO ____________________________________________________ 11 5 DIVISÃO DA INSTALAÇÃO ______________________________________________________ 12 6 DIMENSIONAMENTO DOS CIRCUITOS ___________________________________________ 14 6.1 SEÇÃO MÍNIMA ____________________________________________________________ 14 6.1.1 Condutor de fase_______________________________________________________ 14 6.1.2 Condutor neutro _______________________________________________________ 15 6.1.3 Condutor de proteção dos circuitos (PE) __________________________________ 16 6.1.4 Exemplo: _____________________________________________________________ 16 6.2 DIMENSIONAMENTO DOS CIRCUITOS UTILIZANDO O CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE ____________________________________________________________________ 17 6.2.1 Corrente de Projeto ____________________________________________________ 17 6.2.2 Corrente de Corrigida ___________________________________________________ 18 6.2.3 Exemplo: _____________________________________________________________ 24 6.3 DIMENSIONAMENTO DOS CIRCUITOS UTILIZANDO O CRITÉRIO DA MÁXIMA QUEDA DE TENSÃO ADMISSÍVEL ______________________________________________________________________ 25 6.3.1 Exemplo: _____________________________________________________________ 26 6.4 DIMENSIONAMENTO DOS CIRCUITOS UTILIZANDO O CRITÉRIO CONTRA SOBRE CARGA ____ 27 6.4.1 Exemplo ______________________________________________________________ 33 6.5 DIMENSIONAMENTO DOS CIRCUITOS UTILIZANDO O CRITÉRIO CONTRA CURTO-CIRCUITO __ 35 6.5.1 Exemplo: _____________________________________________________________ 40 6.6 DIMENSIONAMENTO DOS CIRCUITOS UTILIZANDO O CRITÉRIO CONTRA CHOQUES ELÉTRICOS POR CONTATOS DIRETOS E INDIRETOS_________________________________________________ 41 6.6.1 Princípio de funcionamneto do DR________________________________________ 43 6.6.2 Classificação do DR ____________________________________________________ 43 6.6.3 Locais onde utilizar o DR ________________________________________________ 44 6.6.4 Exemplo: _____________________________________________________________ 46 7 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTO (DPS) ___________________________ 47 7.1 CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS DE ACORDO COM A SUA SUPORTABILIDADE A IMPULSOS DE TENSÃO 48 7.2 CLASSIFICAÇÃO DO DPS DE ACORDO COM A APLICAÇÃO ___________________________ 49 7.3 SELEÇÃO DO DPS _________________________________________________________ 49 7.4 CONDUTORES DE CONEXÃO DO DPS __________________________________________ 52 8 ELETRODUTO _________________________________________________________________ 52 9 BALANCEAMENTO DE FASES __________________________________________________ 54 10 ENTRADA DE SERVIÇO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA UNIDADES CONSUMIDORAS COM CARGA TOTAL INSTALADA IGUAL A 75KW – PADRÃO CELESC ________________ 54 10.1 RAMAL DE LIGAÇÃO ________________________________________________________ 58 10.2 DEMANDA ________________________________________________________________ 59 10.3 QUADRO DE MEDIÇÃO PARA ATÉ TRÊS UNIDADES CONSUMIDORAS ___________________ 62 10.4 ATERRAMENTO ____________________________________________________________ 64 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 3 11 DIAGRAMA UNIFILAR __________________________________________________________ 66 12 MEMORIAL DESCRITIVO _______________________________________________________ 66 13 ESPECIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DE MATERIAL _____________________________ 68 14 REQUISITOS MÍNIMOS PARA ANÁLISE DE PROJETO ELÉTRICO __________________ 70 15 ENTRADA DE SERVIÇO DE ENERGIA ELÉTRICA A EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO EM TENSÃO SECUNDÁRIA DE DISTRIBUIÇÃO COM DEMANDA ATÉ 225KVA, INCLUSIVE – PADRÃO CELESC ________________________________________________________________ 71 15.1 FATOR DE DIVERSIDADE _____________________________________________________ 71 15.2 DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DE ENTRADA DE SERVIÇO DE ENERGIA ELÉTRICA DAS EDIFICAÇÕES DE USO COLETIVO – PADRÃO CELESC_________________________________ 71 15.3 EXEMPLO DO CÁLCULO DA DEMANDA E DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DE ENTRADA DE SERVIÇO DE ENERGIA ELÉTRICA DAS EDIFICAÇÕES DE USO COLETIVO – PADRÃO CELESC _______________________________________________________________________ 77 15.4 PRUMADA ________________________________________________________________ 81 15.5 DIAGRAMA UNIFILAR GERAL __________________________________________________ 83 15.6 QUADRO DE MEDIÇÃO ______________________________________________________ 84 16 ALIMENTAÇÃO DAS UNIDADES CONSUMIDORAS EM EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO _ _______________________________________________________________________________ 85 17 BIBLIOGRÁFICA CONSULTADA _________________________________________________ 86 18 ANEXO 1 ______________________________________________________________________ 87 19 ANEXO 2 ______________________________________________________________________ 88 20 ANEXO 3 ______________________________________________________________________ 89 21 ANEXO 4 ______________________________________________________________________ 90 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 4 1 Introdução O presente trabalho visa orientar o aluno na elaboração do projeto de uma instalação elétrica residencial, seja esta edificação uma casa ou edifício de uso coletivo. Para realizar tal projeto é necessário dividi-lo em etapas, que são desenvolvidas seguindo-se uma determinada rotina: análise da edificação, previsão de carga, divisão dos circuitos, dimensionamento dos circuitos e seleção dos dispositivos de proteção, dimensionamento dos eletrodutos, dimensionamento da entrada de energia, quantificação e especificação do material, desenhos (planta baixa, diagrama unifilar, caixa de inspeção de aterramento, caixa de passagem e detalhe de entrada), registro junto ao órgão competente (CREA) e aprovação junto à concessionária. O assunto de cada etapa será abordado detalhadamente no intuito de esclarecer e orientar o projetista sobre os passos que devem ser trilhados para a execução da mesma, seguindo as prescrições estabelecidas pelas normas técnicas. 2 Projeto Projetar uma instalação elétrica significa apresentar soluções técnicas a fim de atender as necessidades humanas. Estas soluções devem ser possíveis deexecução, sem deixar de atender as normas técnicas, além de levar em consideração os aspectos de segurança e de economia. Na maioria das vezes, a solução não é única, devendo o projetista analisá-las e eleger qual a melhor. Para o projeto constar do acervo técnico do profissional que o elaborou, é necessário o seu registro junto ao órgão competente, ou seja, junto ao CREA – Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia, através de documento intitulado ART – Anotação de Responsabilidade Técnica, ver formulário no Anexo 3. Este documento descreve o projeto, o qual, na forma da legislação em vigor, está sob a responsabilidade do técnico. A ART além de ser um documento de interesse do projetista, como citado acima, também é do interesse do cliente, pois é através deste documento que o cliente verifica se o profissional contratado tem habilitação para desenvolver tal atividade. A elaboração do projeto elétrico deve obedecer a NBR 5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão. Para definir o padrão de entrada de energia, devem-se consultar as normas de distribuição de energia da concessionária local. Aqui em Santa Catarina, a grande maioria das edificações é atendida pela CELESC, que disponibiliza as seguintes normas: • E-321.0001 – Padronização de Entrada de Energia Elétrica de Unidades Consumidoras de Baixa Tensão. • DPS/NT-03 – Fornecimento de Energia Elétrica a Edifícios de Uso Coletivo. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 5 A Fig. 2.1 apresenta um fluxograma de elaboração de um projeto, seja ele elétrico, arquitetônico,... O objetivo deste fluxograma é mostrar o caminho que deve ser percorrido para a elaboração do projeto elétrico. Fig. 2.1 - Fluxograma de elaboração de projeto (LimaFilho, Domingos L., 1997,p. 17) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 6 3 Previsão de carga Após a análise da edificação, deve-se fazer a previsão de carga, ou seja, prever todos os equipamentos de utilização a serem instalados, com suas respectivas potências nominais. Em seguida, representam-se esses pontos de consumo e caso necessário, seu respectivo comando, em planta baixa, utilizando a simbologia apresentada no Anexo I. 3.1 Previsão da carga de iluminação Em cada cômodo ou dependência deve ser previsto pelo menos um ponto de luz fixo no teto, comandado por um interruptor de parede. Notas: 1 – Nas acomodações de hotéis, motéis e similares pode-se substituir o ponto de luz no teto por tomada de corrente, com potência mínima de 100VA, comandada por interruptor de parede. 2 – Admiti-se que o ponto de luz fixo no teto seja substituído por ponto na parede em espaços sob escada, depósitos, despensas, lavabos e varandas, desde que de pequenas dimensões e onde a colocação do ponto no teto seja de difícil execução ou não conveniente. Na determinação das cargas de iluminação, como alternativa à aplicação da ABNT 5413, pode ser adotado o seguinte critério: Cômodos ou dependências com área inferior a 6m2: atribuir uma carga mínima de 100VA. Cômodos ou dependências com área superior a 6m2: atribuir uma carga mínima de 100VA para os primeiros 6m2, acrescida de 60VA a cada 4m2 inteiros. Nota: Os valores apurados correspondem à potência destinada à iluminação para efeito de dimensionamento dos circuitos, e não necessariamente à potência nominal das lâmpadas. Exemplo: Cômodo: quarto Área=20m2 Potência prevista:100+180=280W Cálculo: 20m2 -6m2→100W 14m2⁄4m2=3,5→4 (4m2 inteiros) 4x60W=240W OBS: Utilizar-se-a a potência em watt. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 7 3.2 Previsão da Carga de tomadas As tomadas de uso geral (TUG’s) são aquelas utilizadas para alimentação de eletrodomésticos portáteis, tais como televisores, aparelhos de som, enceradeiras, liquidificadores, ventiladores, aspiradores de pó, ferros de passar roupa, etc, como mostra a Fig.3.1. Fig. 3.1 – tomadas de uso geral (TUG’S) (http://www.br.prysmian.com/pt_BR/cs/index.html) 3.2.1 Número de pontos de tomadas de uso geral (TUG’s) O número de pontos de tomadas deve ser determinado em função da destinação do local e dos equipamentos elétricos que podem ser aí utilizados, observando-se no mínimo os seguintes critérios: Banheiros. pelo menos um ponto de tomada, próximo ao lavatório, distante 0,6m do limite do boxe. Cozinhas, copas-cozinhas, copas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos. no mínimo uma tomada a cada 3,5m, ou fração, de perímetro, sendo que acima da bancada da pia devem ser previsto no mínimo duas tomadas. Varandas. pelo menos uma tomada. Cômodo ou dependência com área igual ou inferior a 6m2. pelo menos um ponto de tomada. Cômodo ou dependência com área superior 6m2. No mínimo um ponto de tomada para cada 5m ou fração de perímetro. Halls de serviço, salas de manutenção e salas de equipamento, tais como casas de máquinas, salas de bombas, barriletes e locais análogos. pelo menos um ponto de tomada. 3.2.2 Potência atribuível aos pontos de tomadas de uso geral (TUG’s) A potência a ser atribuída a cada ponto de tomada é função dos equipamentos que ele poderá vir a alimentar e não deve ser inferior aos seguintes valores mínimos: Em banheiros, cozinha, copas, copas- cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais semelhantes atribuir no mínimo 600VA por ponto de tomadas, até três pontos e 100VA por ponto para os excedentes. Demais cômodos e dependências atribuir no mínimo, 100 VA por ponto de tomada. Em halls de serviço, salas de manutenção e salas de equipamento, tais como casas de máquinas, salas de bombas, barriletes e locais análogos aos circuitos terminais respectivos deve ser atribuída uma potência de no mínimo 1.000VA. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 8 Exemplo: Cômodo: quarto Área=20m2 Perímetro=14m Tug´s: 3 x 100 W Cálculo: 14m⁄5m=2,8→3 tug’s Cômodo: cozinha Área=9m2 Perímetro=12m Tug´s: 3 x 600 W+1 x 100W. Cálculo: 12m⁄3,5m=3,42→4 tug’s OBS:Utilizar-se-a a potência em watt. 3.2.3 Número de pontos de tomadas de uso específico geral (TUE’s) Considera-se tomada de uso específico (TUE’s) àquelas destinadas à ligação de equipamentos fixos ou estacionários, como chuveiros, microondas, condicionadores de ar, etc, como mostra a Fig. 3.2. Fig. 3.1 – tomadas de uso geral (TUG’S) (http://www.br.prysmian.com/pt_BR/cs/index.html) Quando um ponto de tomada for para uso específico, deve ser a ele atribuída uma potência igual à potência nominal do equipamento a ser alimentado. Os pontos de tomadas de uso específico devem ser localizados no máximo a 1,5m do ponto previsto para a localização do equipamento a ser alimentado. Exemplo 1: Cômodo: quarto Equipamento:Condicionador de ar 12000 BTU/h Potência prevista: 1.600 W Exemplo 2: Cômodo: BWC Equipamento:Chuveiro Potência prevista: 5.000 W OBS: Utilizar-se-a a potência em watt. VCSE DEPARTAMENTOACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 9 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 10 A Tabela 3.1 mostra a potência nominal típica de aparelhos eletrodomésticos Tabela 3.1 - Potências nominais típicas NT-03 - Tabela1,1997,p. 53) Após fazer a previsão de cargas, posiciona-se os pontos em planta baixa utilizando a simbologia apresentada no Anexo1. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 11 4 Quadro de distribuição É o equipamento que recebe e distribui a energia elétrica. Deve estar em conformidade com a norma ABNT NBR IEC 60439-3 Neste quadro ficam localizados os dispositivos de proteção e comando dos circuitos terminais. Deve ser alocado em lugar de fácil acesso, visível e seguro e que fique o mais próximo possível do ponto de entrada, no caso de residências isoladas, para evitar que o surto de tensão entre na residência. Jamais alocá-los em banheiros, interior de armários, acima ou abaixo de pontos de água, e em áreas externas. O centro do quadro deve ficar a 1,30m do piso acabado Serão previstos tantos quadros quantos forem necessários. Se a residência possui vários pavimentos, aloca-se um quadro em cada pavimento. Os dispositivos de proteção devem estar dispostos e identificados de forma que seja fácil reconhecer os respectivos circuitos protegidos. A Fig. 4.1 mostra o desenho esquemático do quadro de distribuição. Fig. 4.1 - Quadro de distribuição bifásico (www.prysmian.com.br) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 12 5 Divisão da instalação Uma instalação deve ser dividida, de acordo com suas necessidades, em vários circuitos, sendo que cada circuito deve ser concebido de forma a poder ser seccionado sem risco de alimentação inadivertida, através de outro circuito. A previsão de vários circuitos permite: • Limitar as conseqüências de uma falta, que provocará apenas o seccionamento do circuito atingido, sem prejuízo a outras partes da instalação; • Facilitar as verificações e os ensaios que se façam necessários; • Realizar manutenções e eventuais ampliações, sem afetar outras partes da instalação. A instalação deve ser dividida em diversas categorias de circuitos, cada uma com um ou mais circuitos terminais: 1. Circuito independente para pontos de utilização previstos para alimentar de modo exclusivo equipamentos com corrente nominal superior a 10A; 2. Circuitos exclusivamente destinados à alimentação de tomadas localizadas na cozinha, na copa, na copa-cozinha, nas áreas de serviço, nas lavanderias e locais semelhantes; 3. Circuitos de tomadas de corrente; 4. Circuitos de iluminação; Nota: Em locais de habitação admite-se que os pontos de tomadas, exceto os indicados em 2, e iluminação pertençam ao mesmo circuito, desde que as seguintes condições sejam simultaneamente atendidas: • A corrente do circuito não deve ser superior a 16A; • Todos os pontos de iluminação não podem pertencer ao um mesmo circuito, quando este circuito contiver pontos de iluminação e tomadas; • Todos os pontos de tomadas, exceto os indicados em 2, não podem pertencer ao um mesmo circuito, quando este circuito contiver pontos de iluminação e tomadas; Não existe, tecnicamente falando, qualquer limitação quanto ao número de pontos de utilização (equipamentos de utilização ou tomadas de corrente), deve-se apenas observar a compatibilidade entre seção dos condutores e as dimensões dos terminais de ligação dos equipamentos ou tomadas ali alimentados. No entanto, por razões práticas, é conveniente que não se tenha um número excessivo de pontos num circuito terminal. Sugestão: Circuitos de iluminação: até 1.400W Circuitos de tomadas: até 2.000W VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 13 Exemplo: A Tabela 5.1 mostra a divisão de uma determinada instalação elétrica em circuitos Tabela 5.1 - Divisão da instalação em circuitos terminais Nº do Circuito Potência (w) Cômodo Tipo PONTO TOTAL 1 4X100 3X160 880 quarto, sala, BWC e área de serviço iluminação 2 6X100 1x220 820 quarto, cozinha,circulação iluminação 3 1.400 1.400 quarto cond. de ar 10.500BTU/h 4 10X10 1.000 quarto, sala, circ. tug's 5 1X600 3X100 900 quarto, BWC tug's 6 2X600 1200 área de serv tug's 7 5000 5000 BWC chuveiro 8 1900 3X600 1X100 cozinha tug's+tue’s 9 4.000 cozinha aquecedor VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 14 6 Dimensionamento dos circuitos Dimensionar um circuito significa determinar a seção transversal do condutor e seu respectivo dispositivo de proteção. De acordo com a NBR 5410, existem seis critérios para dimensionamento dos circuitos: • Seção mínima; • Capacidade de condução de corrente; • Máxima queda de tensão admissível; • Proteção contra sobrecargas; • Proteção contra curtos-circuitos; • Proteção contra choques elétricos por contatos diretos e indiretos. 6.1 Seção mínima A seção dos condutores não pode ser inferior ao estabelecido pela NBR 5410. 6.1.1 Condutor de fase A seção dos condutores fase não deve ser inferior aos valores dados na Tabela 6.1. Tabela 6.1 - Seção mínima dos condutores (NBR 5410 – Tabela 47, 2004, p. 113) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 15 6.1.2 Condutor neutro O condutor neutro não pode ser comum a mais de um circuito. A NBR 5410 estabelece a cor azul-clara para identificação do condutor neutro. A seção deste condutor deve obedecer aos seguintes critérios: • Deve ter a mesma seção do condutor de fase em circuitos monofásicos; • Num circuito bifásico ou trifásico, quando a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos for superior a 15% e inferior a 33%, a seção do condutor neutro deve ser igual a do condutor de fase. • Quando a taxa de terceira harmônica for maior que 33%, consultar NBR 5410, podendo o condutor neutro ter seção maior que a da fase. • Num circuito trifásico com neutro e cujos condutores de fase tenham uma seção superior à 25mm2, a seção do condutor neutro pode ser inferior à dos condutores de fase, sem ser inferior aos valores indicados na Tabela 6.2, quando as três condições seguintes forem simultaneamente atendidas: 1. o circuito for presumivelmente equilibrado, em serviço normal; 2. a corrente das fases não contiver uma taxa de terceira harmônica e múltiplos superior a 15%; 3. o condutor neutro for protegido contra sobrecorrentes conforme item 5.3.2.2 da NBR 5410. Tabela 6.2 - Seção mínima do condutor de neutro (NBR 5410 – Tabela 48, 2004, p. 115) Nota: Essa tabela pode ser utilizada quando respeitadas as condições 1, 2 e 3 descritas acima, forem simultaneamente atendidas. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 16 6.1.3 Condutor de proteção dos circuitos (PE) A seção dos condutoresde proteção dos circuitos pode ser determinada através da Tabela 6.3. Essa tabela só é valida apenas se o condutor de proteção for constituído do mesmo metal que os condutores fase. Tabela 6.3 - Seção mínima do condutor de proteção (NBR 5410 – Tabela 58, 2004, p. 150) Bitola do condutor fase - S (mm2) Bitola do condutor de proteção SPE (mm2) S ≤ 16 S 16 < S ≤ 35 16 S > 35 S/2 A NBR 5410 estabelece a cor verde ou verde-amarela para identificação do condutor de proteção. 6.1.4 Exemplo: Preencher a Tabela 6.4, dimensionando a bitola mínima dos condutores (fase, neutro e de proteção) de acordo a NBR 5410. Tabela 6.4 – Seção mínima dos condutores de proteção dos circuitos Circuito Tipo S (mm2) SPE (mm2) 1 iluminação 1,5 1,5 2 iluminação 1,5 1,5 3 tomada 2,5 2,5 4 tomada 2,5 2,5 5 tomada 2,5 2,5 6 tomada 2,5 2,5 7 tomada 2,5 2,5 8 tomada 2,5 2,5 9 tomada 2,5 2,5 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 17 6.2 Dimensionamento dos circuitos utilizando o critério da capacidade de condução de corrente A capacidade de condução de corrente de um condutor é a corrente máxima que pode ser por ele conduzida continuamente, em condições específicas, sem que sua temperatura em regime permanente ultrapasse um valor determinado. Portanto, dimensionar um circuito utilizando o critério da capacidade de condução de corrente significa determinar a bitola mínima do condutor a fim de garantir que a temperatura nesse condutor não ultrapasse ao valor especificado pelo fabricante, quando percorrido pela corrente solicitada pelo circuito. Existem vários tipos de condutores e cada qual possui determinadas aplicações. Para se ter maiores informações a esse respeito, consulte o catálogo dos fabricantes. Para determinar a bitola do condutor utilizando este critério, adota-se os seguintes passos: a) calcular a corrente de projeto (I); b) calcular a corrente corrigida (I’); c) escolher o condutor, bem como, determinar sua maneira de instalar; d) determinar a bitola do condutor cuja capacidade de condução de corrente seja igual ou imediatamente superior a corrente corrigida. 6.2.1 Corrente de Projeto A corrente de projeto é a corrente prevista para ser transportada pelo circuito durante seu funcionamento normal. Para determinar o valor desta corrente utiliza-se a equação 6.1. I= P K×VN×FP×η (6.1) Onde: I - corrente de projeto (A); P - potência total do circuito (W); K: K=1 para circuitos monofásicos K= √3 para circuitos trifásicos a três condutores K=3 para circuitos trifásicos desequilibrados a quatro condutores VN - tensão nominal (nos circuitos trifásicos desequilibrados utilizar tensão de fase); FP - fator de potência; η - rendimento. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 18 6.2.2 Corrente de Corrigida Sabe-se que todo condutor quando percorrido por uma corrente elétrica se aquece e também que, todo material suporta temperaturas até um determinado valor, acima da qual começa a perder suas propriedades físicas, químicas, mecânicas, elétricas, etc. Portanto, quando a isolação dos cabos e fios é submetida a uma temperatura maior do que aquela para a qual foi projetada, inicia-se um processo de degradação, ou seja, perde suas características dielétricas. Por isso, os condutores providos de isolação são caracterizados por três temperaturas: • Temperatura em regime permanente: maior temperatura que a isolação pode atingir continuamente em serviço normal. É a principal característica para a determinação da capacidade de condução de corrente de um condutor; • Temperatura em regime de sobrecarga: temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de sobrecarga. Segundo as normas de fabricação, a duração deste regime não deve ser superior a 100h durante 12 meses consecutivos, nem superar 500h durante toda a vida do cabo. • Temperatura em regime de curto circuito: temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de curto-circuito. Segundo as normas de fabricação, a duração deste regime não deve ser superior a 5s durante toda a vida do cabo. A Tabela 6.5 indica as temperaturas características das isolações de PVC, EPR e XLPE. Tabela 6.5 - Temperaturas características das isolações (NBR 5410 – Tabela 35 , 2004, p. 100) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 19 Para condutores instalados em locais cuja temperatura ambiente seja diferente de 30oC (linhas não subterrâneas) e aqueles enterrados em solo cuja temperatura seja diferente de 20oC, deve-se aplicar o fator de correção de temperatura para o seu dimensionamento. A Tabela 6.6 indica os fatores de correção de temperatura. Tabela 6.6 – Fatores de correção de temperatura (NBR 5410 – Tabela 40, 2004, p. 106) A elevação da temperatura da isolação também é provocada pelo agrupamento de circuitos num mesmo eletroduto. Isto acontece porque aumenta a dificuldade na troca de calor entre o condutor e o ambiente que o circunda. Então, para dimensionar adequadamente os condutores, deve-se levar em consideração também o fator de correção para agrupamento dos circuitos. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 20 A Tabela 6.7 indica os fatores de correção para agrupamento de circuitos ou cabos multipolares. Tabela 6.7 - Fatores de correção para agrupamento (NBR 5410 – Tabela 42, 2004, p. 108) Determinado os fatores de correção, calcula-se então, a corrente corrigida utilizando-se a equação 6.2. = � � ×�� (6.2) Onde: I’ - corrente corrigida; I - corrente de projeto; f1 - fator de correção de temperatura; f2 - fator de correção para agrupamento. Tendo-se o valor da corrente corrigida, define-se então o tipo de condutor e o tipo de linha elétrica. Com esses dados, determina-se o método de instalação utilizando-se a Tabela 6.8. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 21 Tabela 6.8 – Métodos de Instalação (Pirelli,2003, p.47) Tipo de Linha Elétrica Método de Instalação (1) Condutor isolado Cabo unipolar Cabo multipolar Fio Pirastic Cabo Pirastic Cabo Pirastic Flex Cabo Sintenax Cabo Sintenax Flex Cabo Sintenax Cabo Sintenax Flex Afastado da Parede ou suspenso por cabo de suporte (2) 15/17 - F E Bandejas não perfuradas ou prateleiras 12 - C C Bandejas perfuradas (horizontal ou vertical) 13 - F E Canaleta fechada no piso, solo ou parede 33/34/72/72A/ 75/75A B1 B1 B2 Canaleta ventilada no piso ou solo 43 - B1 B1 Diretamente em espaço de construção - 1,5De V 5De (4) 21 - B2 B2 Diretamente em espaço de construção - 5De V 50De (4) 21 - B1 B1 Diretamente enterrado 62/63 - D D Eletrocalha 31/31A/32/32A/35/36 B1 B1 B2 Eletroduto aparente 3/4/5/6 B1 B1 B2 Eletroduto de seção não circular embutido em alvenaria 27 - B2 B2 Eletroduto de seção não circular embutido em alvenaria 1,5De V 5De (4) 26 B2 - - Eletroduto de seçãonão circular embutido em alvenaria 5De V 50De (4) 26 B1 - - Eletroduto em canaleta fechada - 1,5De V 20De (4) 41 B2 B2 - Eletroduto em canaleta fechada - V 20De (4) 41 B1 B1 - Eletroduto em canaleta ventilda no piso ou solo 42 B1 - - Eletroduto em espaço de construção 23/25 - B2 B2 Eletroduto em espaço de construção - 1,5De V 20De (4) 22/24 B2 - - Eletroduto em espaço de construção - V 20De (4) 22/24 B1 - - Eletroduto embutido em alvenaria 7/8 B1 B1 B2 Eletroduto embutido em caixilho de porta ou janela 73/74 A1 - - Eletroduto embutido em parede isolante 1/2 A1 A1 A1 Eletroduto enterrado no solo ou canaleta não ventilada no solo 61/61A - D D Embutimento direto em alvenaria 52/53 - C C Embutimento direto em caixilho de porta ou janela 73/74 - A1 A1 Embutimento direto em parede isolante 51 - - A1 Fixação direta à parede ou teto (3) 11/11A/11B - C C Forro falso ou piso elevado - 1,5De V 5De (4) 28 - B2 B2 Forro falso ou piso elevado - 5De V 50De (4) 28 - B1 B1 Leitos, suportes horizontais ou telas 14/16 - F E Moldura 71 A1 A1 - Sobre isoladores 18 G - - Método de instalação conforme a tabela 28 da NBR 5410/1997 Após obtido o método de instalação e o valor da corrente corrigida, determina-se a bitola do condutor utilizando a tabela 6.9a e 6.9b. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 22 Tabela 6.9a – Capacidade de Condução de Corrente (IZ) (http://www.prysmian.com.br/export/sites/prysmian- ptBR/energy/pdfs/Dimensionamento.pdf, 20130927) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 23 Tabela 6.9b – Capacidade de Condução de Corrente (IZ) (http://www.prysmian.com.br/export/sites/prysmian- ptBR/energy/pdfs/Dimensionamento.pdf, 20130927) Nota: Entende-se por condutor carregado aquele que é efetivamente percorrido pela corrente elétrica no funcionamento normal do circuito. • Circuito trifásico sem neutro: 3 condutores carregados; • Circuito trifásico desequilibrado com neutro ou presença componente harmônico superior a 15% (1): 4 condutores carregados; • Circuitos bifásicos (2F+N): 3 condutores carregados; • Circuitos bifásicos (F+F): 2 condutores carregados; • Circuitos monofásicos (F+N): 2 condutores carregados; • Circuitos monofásicos: 3 condutores carregados – ex.: circuitos alimentados de transformadores monofásicos com tap central no secundário; (1) Aplica-se a capacidade de corrente para três condutores carregados afetada do fator de correção devido ao carregamento do neutro, que em caráter geral é 0,86. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 24 6.2.3 Exemplo: Circuito 1: • P=960W • Fator de potência: 1 • V=220V • Rendimento: 100% Cálculo da corrente de projeto: I = P K × V N × FP× η = 960 1× 220× 1× 1 = 4,36A Cálculo da corrente corrigida: Para calcular a corrente corrigida é necessário obter as seguintes informações: • temperatura ambiente máxima: 35oC (fator de correção de temperatura é 0,94, como mostra a Tabela 6.6). • tipo de linha elétrica: em eletroduto embutido em alvenaria. • O condutor a ser utilizado: fio de cobre e isolação em PVC e tensão nominal 450/750V ( ref. fio pirastic super antiflam - Prysmian) • número de circuitos dentro de um mesmo eletroduto: 3 (fator de correção para agrupamento de acordo com a Tabela 6.7 é 0,7). I '= If 1× f 2 I 1' = 4,36 0,94× 0,7 = 6,62A Na Tabela 6.8 determina-se o método de instalação. Como já foi definido o método de instalação e calculado o valor da corrente corrigida, determina-se a bitola do condutor utilizando a Tabela 6.9: # 0,5mm2 Após os cálculos, preencher a Tabela 6.10: Tabela 6.10 – Bitola dos condutores de acordo com o critério da capacidade de condução de corrente No Circ. Potência (W) Tensão (V) Fator de Potência Corrente (A) F1 F2 Corrente Corrigida (A) Bitola (mm2) 1 960 220 1 4,36 0,94 0,7 6,62 0,5 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 25 6.3 Dimensionamento dos circuitos utilizando o critério da máxima queda de tensão admissível Os equipamentos elétricos são projetados para trabalharem num determinado valor de tensão, admitindo-se sempre uma pequena variação. Tensões muito abaixo do limite prejudicam o desempenho do equipamento, podendo inclusive, reduzir a vida útil ou até impedir seu funcionamento. A queda de tensão deve ser calculada durante o projeto, sendo o dimensionamento dos circuitos feito de modo a mantê-la dentro dos valores máximos fixados pela NBR 5410, como mostra a Tabela 6.11. Tabela 6.11 – Limites de Queda de Tensão (NBR 5410 , 2004, p. 115) Situação Queda de tensão A Calculados a partir dos terminais secundários do transformador MT/BT, no caso do transformador de propriedade da(s) unidade(s) consumidora(s). 7% B Calculados a partir dos terminais secundários do transformador MT/BT da empresa distribuidora de eletricidade, quando o ponto de entrega for aí localizado. 7% C Calculados a partir do ponto de entrega, nos demais casos de ponto de entrega com fornecimento em tensão secundária de distribuição. 5% D Calculados a partir dos terminais de saída do gerador, no caso de grupo gerador próprio. 7% Notas 1. Em nenhum caso a queda de tensão nos circuitos terminais pode ser superior a 4%; 2. O dimensionamento dos condutores que alimentam motores deve ser tal que, durante a partida do motor, a queda de tensão nos terminais do dispositivo de partida não ultrapasse a 10% da respectiva tensão nominal, observados os limites da tabela 6.11. 3. Para cálculo da queda de tensão, o fator de potência do motor com rotor bloqueado pode ser considerado igual a 0,3. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 26 Para determinar a bitola dos condutores respeitando a máxima queda de tensão admissível, aplica-se expressão 6.3: � = �×�×�×� ∆�×�� (6.3) Onde: S - bitola do condutor ( mm2 ); k - k=2 para circuitos monofásicos; k=√3 para circuitos trifásicos; ρ - resistividade ( Ωmm2/m) - ρCU=0,0172Ωmm2/m, ρAL=0,028Ωmm2/m; I - corrente de projeto (A);. L - comprimento do circuito (m); ∆V- queda de tensão percentual; VN - tensão nominal do circuito (V). OBS: De acordo com a NBR 5410, em instalações em baixa tensão, a queda de tensão máxima a partir da medição até os circuitos terminais é de 5%.Adotar-se-á, portanto, queda de tensão máxima igual a 2,5% nos circuitos terminais. A Tabela 6.12 mostra o valor comercial das seções nominais dos condutores elétricos. Tabela 6.12 – Seção nominal dos condutores Seção Nominal dos Condutores 0,5 2,5 16 70 185 500 0,75 4 25 95 240 630 1 6 35 120 300 800 1,5 10 50 150 400 1000 6.3.1 Exemplo: Circuito 1: • Corrente de projeto: 4,36A; • Circuito monofásico; • Comprimento máximo do circuito: 17m; • Tensão nominal: 220V • Condutor de cobre; • Baixa tensão;S= 2× 0,0172× 4,36× 170,025× 220 = 0,47mm 2 Portanto, a bitola mínima que o circuito 1 deve ter para respeitar a máxima queda de tensão admissível é 0,5mm2, pois 0,47mm2 não é um valor encontrado comercialmente. Após os cálculos, preencher Tabela 6.13 Tabela 6.13 – Bitola dos condutores de acordo com o critério da máxima queda de tensão admissível No do Circ. Corrente (A) Comprimento (m) ∆∆∆∆V Tensão (V) Bitola (mm2) Bitola comercial (mm2) 1 4,36 17 0,025 220 0,47 0,5 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 27 6.4 Dimensionamento dos circuitos utilizando o critério contra sobre carga A NBR 5410/2004 estabelece que os condutores vivos devem ser protegidos por um ou mais dispositivos de seccionamento automático contra sobrecargas e curto-circuitos. Para cumprir essa exigência, em instalações residenciais e prediais de baixa tensão, utiliza-se disjuntor termomagnético em caixa moldada . Antes de falarmos a respeito da proteção, definiremos sobrecarga e curto- circuito: Sobrecarga é uma corrente elétrica maior do que a suportável pelos fios e cabos, causada pela ligação de muitos aparelhos simultaneamente. Provoca aquecimento elevado danificando a isolação dos fios. A Fig. 6.1 mostra um exemplo de sobrecarga. Fig. 6.1 – Sobrecarga (Guia Prático de Proteção Pial Legrand, p.5) Curto-circuito é uma corrente elétrica que atinge valores altíssimos, muito superiores ao suportável pelos fios e cabos. É causada pela união de condutores como, por exemplo, fase-terra ou fase-neutro ou fase-fase, criando um caminho sem resistência. Provoca aquecimento elevado danificando a isolação dos condutores. A Fig. 6.2 mostra um exemplo de curto-circuito. Fig. 6.2 – Curto-circuito (Guia Prático de Proteção Pial Legrand, p.5) De acordo com a NBR 5410:04, a normalização dos disjuntores de baixa tensão (até 1.000VCA e 1.500VCC) no Brasil é feita pelas seguintes normas: • ABNT NBR 5361 – Disjuntores de baixa tensão – Cancelamento sem substituição em 21/07/2006 (http://www.abnt.org.br/ Cancelamento/NBR5361-Canc.pdf). • ABNT NBR IEC 60947-2:98 – Dispositivos de manobra e comando de baixa tensão – Parte 2: Disjuntores. (disjuntores para serem manipulados por pessoas qualificadas, ou seja, com formação técnica, e para sofrerem ajustes e manutenção (normalmente instalações industriais ou similares)). VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 28 • ABNT NBR NM 60898:04 – Disjuntores para proteção de sobrecorrentes para instalações domésticas e similares. (disjuntores especialmente projetados para serem manipulados por usuários leigos, ou seja, para uso por pessoas não qualificadas e para não sofrerem manutenção (normalmente instalações residenciais ou similares)) Os disjuntores mais tradicionais, para uso geral, são equipados com disparador térmico (atua no caso de sobrecarga) e disparador magnético (atua no caso de curto-circuito). Outros disjuntores mais sofisticados utilizam disparador eletrônico. O disparador térmico é constituído por uma lâmina bimetálica que se curva sob a ação do calor produzido pela passagem da corrente. Esta deformação temporária da lâmina, devido às diferentes dilatações dos dois metais que a compõe, atua sobre uma alavanca (alavanca de engate) que via acoplamento mecânico, provocando a abertura do disjuntor. O disparador magnético é constituído por uma bobina que atraí uma alavanca (alavanca de engate), quando a corrente atinge determinado valor. Esse deslocamento via acoplamento mecânico, também provoca a abertura do disjuntor. A característica tempo-corrente típica de atuação do disparador térmico é de tempo inverso e a de atuação do disparador magnético é instantânea, como é mostrado na Fig. 6.3. Fig. 6.3 – Curva termomagnética VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 29 Cada curva de atuação do disparador magnético é indicada para um tipo de carga, conforme as Fig. (6.4), (6.5) e (6.6). Fig. 6.4 – Curva B (www.ge.com.br) Fig. 6.5 – Curva C (www.ge.com.br) Fig. 6.6 – Curva D (www.ge.com.br) A Tabela 6.14 estabelece a diferença entre as normas utilizadas para definir as características dos disjuntores BT. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 30 Tabela 6.14 – Características dos disjuntores BT de acordo com a NBR NM 60898 e com a NBR IEC 60947-2. Características dos disjuntores BT Norma NBR NM 60898 NBR IEC 60947-2 Capacidade de interrupção (Icu). 6 a 10kA 10 a 50kA Temperatura ambiente de referência para calibrar o disparador térmico. 30oC 40oC Atuação do disparador térmico. Corrente convencional de não-atuação(Itn). 1,13xIN 1,05 xIN Corrente convencional de atuação(I2). 1,45 xIN 1,30 xIN Tempo convencional para atuação: IN≤63A IN>63A 1h 2h 1h 2h Atuação do disparador magnético. Curva B (3xIN a 5xIN) Curva C(5xIN a 10xIN) Curva D(10xIN a 20xIN) ±20% em torno do valor ajustado/calibrado Para a especificar um disjuntor é necessário definir as seguintes características: • Corrente nominal (IN); • Corrente de interrupção (ICU); • Número de pólos; • Tensão nominal (UN); • Curva de atuação do disparador magnético; • Freqüência nominal. A determinação da corrente nominal do disjuntor deve obedecer à condição estabelecida pela expressão (6.4): � ≥ (6.4) Onde: I - corrente de projeto (A). IN – corrente nominal do disjunto (A). OBS: a corrente nominal do disjuntor pode sofrer correção se a temperatura ambiente for diferente da temperatura de calibração do disparador térmico disjuntor. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 31 Após a determinação da corrente nominal do disjuntor, faz-se então a verificação utilizando as expressões 6.5 e 6.6. ≤ � ≤ � (6.5) � ≤ 1,45 × # (6.6) No caso da NBR NM 60898: I 2= 1,45× I N (6.7) Substituindo (6.7) na expressão (6.6), tem-se: 1,45× I N≤ 1,45× I Z I N ≤ I Z (6.8) No caso da NBR IEC 60947-2 I 2= 1,30× I N (6.9) Substituindo (6.9) na expressão (6.6), tem-se: 1,30× I N ≤ 1,45× I Z I N ≤ 1,11× I Z (6.10) A condição imposta pela expressão 6.6 só pode ser aplicada quando for possível assumir que a temperatura limite de sobrecarga dos condutores não seja mantida por um tempo superior a 100h durante 12 meses consecutivos ou por 500h durante toda a vida útil do condutor. Quando isto não ocorrer, deve-se aplicar a condição imposta pela expressão (6.11). � ≤ # (6.11) Onde: IN - corrente nominal do disjuntor(A); I - corrente de projeto (A); Iz - corrente nominal do condutor(A); I2 -corrente que assegura a efetivamente a atuação do dispositivo de proteção (A). VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 32 A seguir, tem-se as características dos disjuntores termomagnéticos UNIC DIN da Legrand, que são apresentadas nas Tabelas (6.15) e (6.16) e Fig (6.7). Tabela 6.15– Características elétricas. (http://www.legrand.com.br/) Tabela 6.16 - Correntes nominais dos disjuntores em função da temperatura ambiente ( IN e IN’). (http://www.legrand.com.br/) 35 oC Unipolar Multipolar 9,78 9,78 15,83 15,83 19,77 19,77 24,72 24,72 32 32 40 40 50 50 63 63 OBS:Valores das correntes nominais obtidos via gráfico para temperatura ambiente de 35 oC. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 33 Fig 6.7 – Curva de atuação (http://www.legrand.com.br/) 6.4.1 Exemplo Circuito 1: • I=4,36A; • UN=220V; • Aplicação residencial→ NBR NM 60898: Curva C; • Monofásico→ disjuntor unipolar; • Temperatura ambiente: 35 oC; • Maior bitola do condutor determinada até o momento:#1,5mm2 – Na Tabela 6.8, considerando maneira de instalar B1 e dois condutores carregados, a capacidade de condução de corrente (IZ) deste condutor é 17,5A. Mas não podemos esquecer que a capacidade de condução de corrente é afetada pela temperatura ambiente e pelo agrupamento de condutores, logo: IZ’=IZxf1xf2 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 34 IZ’=17,5x0,94x0,7 IZ’=11,51A Escolhe-se, então, o disjuntor com corrente nominal superior a corrente de projeto e inferior a capacidade de condução do condutor: 11,51A. Corrente nominal do disjuntor: IN=10A @ 30o (Tabela 6.15) Mas como a temperatura ambiente é igual a 35 oC, a corrente nominal do disjuntor sofre alteração, como mostra a Tabela 6.16: IN’=9,78A. Para comprovar a correta escolha da corrente nominal aplica-se a expressão (6.12): I ≤ IN’ ≤ IZ’ (6.12) 4,36 ≤ 9,78 ≤ 11,51 Onde: I - corrente de projeto (A) IN’ – corrente nominal do disjuntor referida à temperatura ambiente (A) IZ’ – capacidade de condução de corrente do condutor levando-se em consideração a temperatura ambiente e o fator de agrupamento dos condutores. Se uma das condições não fechar, deve-se aumentar a bitola do condutor. Após os cálculos, preencher a Tabela 6.17. Tabela 6.17 - Bitola do condutor de acordo com o critério de sobre carga. No do Circuito IN (@30oC) (A) Bitola Final (mm2) I (A) IN’(@35º C) (A) IZ’ (A) IZ (A) F1 F2 1 10 1,5 4,36 9,8 11,51 17,5 0,94 0,7 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 35 6.5 Dimensionamento dos circuitos utilizando o critério contra curto- circuito A proteção contra curtos-circuitos consiste em garantir que seja atendida a exigência de coordenação entre o dispositivo de proteção e os condutores do circuito a ser protegido. É importante ressaltar que a seleção do dispositivo de proteção utilizado neste critério é um mero prolongamento de um estudo que começou com a aplicação dos critérios referentes à proteção contra sobrecargas. Quando dimensionar um dispositivo de proteção contra correntes de curto-circuito, deve-se obedecer as seguintes recomendações: a) A capacidade de interrupção do dispositivo de proteção não deve ser inferior a corrente de curto-circuito presumida no ponto em que será instalado, devendo atender à expressão (6.12). $ ≥ %& (6.12) Onde: IR – corrente de ruptura (capacidade de interrupção) do dispositivo de proteção. ICS – corrente de curto-circuito presumida no ponto de instalação do dispositivo. b) A atuação do dispositivo de proteção deverá ser rápida o suficiente para que os condutores não ultrapassem a temperatura limite, devendo atender à expressão (6.13). '(( ≤ ) (6.13) Onde: • Tdd – tempo de’ disparo do dispositivo de proteção para o valor de ICS. • t – tempo limite de atuação do dispositivo de proteção. Portanto, a integral de Joule (energia) que o dispositivo de proteção deixa passar deve ser inferior ou igual à integral de Joule (energia) necessária para aquecer o condutor desde a temperatura máxima para serviço contínuo até a temperatura limite de curto-circuito, o que pode ser indicado pela expressão (6.14). * +,- �. / 0) ≤ 1�2� (6.14) Onde: • ∫ 0 t i cs 2 dt - integral de Joule que o dispositivo de proteção deixa passar. • k 2 s2 - integral de Joule necessária para aquecer o condutor desde a temperatura máxima para serviço contínuo até a temperatura limite de curto-circuito. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 36 Para curtos-circuitos de qualquer duração em que a assimetria da corrente não seja significativa, e para curtos-circuitos assimétricos de duração 0,1s≤ t ≤5s, pode-se escrever a expressão (6.15): 22 2cs skti ≤ (6.15) Onde: • ICS – corrente de curto-circuito presumida no ponto de instalação do dispositivo (A). • t – duração do curto-circuito (s), • k – constante relacionada ao material do condutor e da isolação do condutor. ver Tabela 6.18. • s – seção do condutor (mm2). Os valores de K são apresentados na Tabela 6.18. Tabela 6.18 – Valores de k para condutores com isolação de PVC, EPR ou XLPE (NBR 5410 , 2004, p. 68) A Tabela 6.19 mostra os valores práticos da corrente de curto-circuito da IEC 60947-4 para escolha da coordenação de proteção ao invés da corrente máxima de curto-circuito. Tabela 6.19 – Corrente de curto-circuito prática. (http://mediaibox.siemens.com.br/upfiles/1744.pdf) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 37 A Tabela 6.20 mostra os valores aproximados das correntes de curto- circuito no secundário dos transformadores. Tabela 6.20 – Valores aproximados de correntes de curto-circuito no secundário dos transformadores. (Guia EM da NBR 5410,2001 p.165) A CELESC adota, para disjuntores termomagnéticos unipolares localizados no quadro de medição, capacidade de interrupção igual 2kA (220V) e para disjuntores bipolares e tripolares, 5kA (380V). VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 38 A corrente de curto-circuito máxima para alguns fios e cabos da Prysmian é dada pelo gráfico apresentado na Fig. 6.8a e 6.8b. Fig. 6.8a - Correntes de curto-circuito máximas. (http://www.br.prysmian.com) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 39 Fig. 6.8a - Correntes de curto-circuito máximas. (http://www.br.prysmian.com)VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 40 6.5.1 Exemplo: Circuito 1 Características do disjuntor selecionado: .Disjuntor termomagnético Unic DIN- Pial Legrand; .Unipolar; .Corrente nominal: 10A; .Limiar de atuação magnético: 5 a 10 IN; .Capacidade de interrupção:3kA Características do condutor selecionado: .Fio pirastic (fio de cobre c/ isolação de PVC) .Bitola: 1,5mm2 Considera-se que a corrente de curto-circuito numa residência atinja 1KA. A capacidade de interrupção do dispositivo de proteção deve ser maior que a corrente de curto-circuito presumida no ponto em que será instalado, devendo atender à expressão (6.12). Logo: I R≥ I CS 3kA≥ 1kA A atuação do dispositivo de proteção deverá ser rápida o suficiente para que os condutores não ultrapassem a temperatura limite. Da relação I I N = 1000 10 = 100 , deve-se ir até a Fig. 6.7, curva de atuação do disjuntor para determinar o tempo de atuação do dispositivo:Tdd ≤ 20ms. Após coletar os dados, determina-se o tempo limite de atuação do disjuntor, utilizando a equação 6.15: i cs 2 t≤ k 2 s 2 t≤ k 2 s2 i cs 2 t≤ 1152× 1,52 10002 t≤ 29,7ms Como: tdd≤ t 20ms≤ 29,7ms Portanto, a condição foi atendida, logo o condutor está adequadamente protegido contra curto-circuito, pois o disjuntor atuará antes que haja comprometimento da isolação do condutor. Pode-se também fazer esta verificação analisando-se a curva da Fig.6.8, onde o condutor de 1,5mm2 suporta uma corrente de curto-circuito igual a 1000A durante um tempo aproximado de 1,8 ciclo da rede (30ms). VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 41 6.6 Dimensionamento dos circuitos utilizando o critério contra choques elétricos por contatos diretos e indiretos Dimensionar um circuito utilizando o critério contra choques elétricos por contatos diretos e indiretos significa proteger as pessoas contra choques elétricos provocados pelo contato com parte condutora viva ou com equipamento composto de parte condutora que está indevidamente energizada. A Fig. 6.9 define e mostra exemplos de contatos diretos e indiretos. Fig. 6.9 - Contatos diretos e indiretos (CESP/Pirelli - Caderno 2 , 1992, p. 33) A NBR 5410 estabelece a equipotencialização de proteção de todas as massas (partes condutivas acessíveis), através da ligação das mesmas ao condutor de proteção, conforme ilustra a Fig. 6.10. Fig. 6.10 - Utlilização do condutor de proteção (CESP/Pirelli - Caderno 2 , 1992, p. 42) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 42 Após cumpridos todos os requisitos da equipotencialização de proteção, deve-se atender as exigências de seccionamento automático utilizando dispositivos diferenciais residuais (DR’s). Os DR’s são dispositivos que detectam correntes de fuga geradas por contato direto ou indireto. Sua atuação ocorre quando esta corrente de fuga atingir o limiar de disparo do dispositivo (sensibilidade do dispositivo), interrompendo o circuito. Os DR’s de alta sensibilidade são os que atuam quando a corrente diferencial residual nominal for menor ou igual a 30mA (I∆N≤ 30mA). A Fig.6.11 ilustra duas situações onde o equipamento (máquina de lavar roupas) é protegido por um DR. Na primeira situação, o DR não deve atuar pois não há corrente de fuga, já na segunda situação, o DR deve desligar o circuito quando o valor da corrente de fuga atingir a sensibilidade do dispositivo. Situação 1 Situação 2 Fig. 6.11 - DR Protegendo Equipamento (Guia Prático de Proteção Pial Legrand, p.8) Os dispositivos DR’s são divididos em: a) DDR – disjuntor diferencial residual – atua quando ocorre sobrecarga, curto-circuito e corrente de fuga, simultaneamente ou não. b) IDR – interruptor diferencial residual – atua quando ocorre somente corrente de fuga, não protegendo o circuito conta sobrecarga ou curto-circuito. Há necessidade de utilização conjunta de disjuntor termomagnético para proteção do condutor. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 43 6.6.1 Princípio de funcionamneto do DR Analisando-se a fig. 6.12, fica fácil entender como o DR funciona. Princípio de Funcionamento Quando o valor da corrente I1 for diferente da corrente I2, surgirá um fluxo magnético resultante no toróide, que por sua vez induzirá uma f.e.m. nos terminais da bobina ligada ao um relé. Quando o relé detectar esta tensão, abrirá os contatos do disjuntor, desligando o circuito. Fig. 6.12 – DR (Projeto de Inst. Elétricas Prediais,1997, p.205) 6.6.2 Classificação do DR Os dispositivos DR’s são classificados conforme a IEC 61008 e IEC 61009 em três tipos, como mostra a Tabela 6.21. Tabela 6.21 – Tipos de DR’s Tipo Aplicação A São utilizados em circuitos onde a corrente de falta é alternada com componente contínua ou correntes de faltas senoidais. AC São utilizados em circuitos onde a corrente de falta é senoidal. B São utilizados em circuitos onde a corrente de falta é contínua, lisas e pulsantes, além das correntes de faltas senoidais. A norma recomenda que sejam protegidos por dispositivo DR de alta imunidade (tipo A) os pontos previstos para a alimentação do congelador, evitando assim, conseqüências sanitárias relevantes. Os DR’s de alta imunidade suportam surtos de corrente de 1 a 3kA, enquanto que os ditos “normais” (tipo AC), suportam de 200 a 250A. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 44 A Fig. 6.13 mostra as características técnicas do DR tipo AC da Siemens. Fig. 6.13 – DR tipo AC (http://www.siemens.com.br/templates/produto.aspx?channel=250&produto=6013) Para especificar um dispositivo diferencial residual, devem-se definir as características técnicas listadas na Tabela 6.22. Tabela 6.22 – Características técnicas Tipo A, AC, B Números de módulos 2 e 4 Corrente Nominal (In) 25, 40, 63, 80 e 100, 125A Sensibilidade 30, 100, 300 e 500mA Tensão Máxima 240 Vca -Bipolar / 415Vca-Tetrapolar Frequência 50/60Hz Fixação Trilho Din 35mm 6.6.3 Locais onde utilizar o DR De acordo com a NBR 5410, deve-se utilizar o dispositivo DR com corrente diferencial-residual nominal igual ou inferior a 30mA em: a) circuitos que sirvam a pontos situados em locais contendo banheira ou chuveiro; b) circuitos que alimentem tomadas de corrente situadas em áreas externas à edificação; c) circuitos de tomadas de corrente situadas em áreas internas que possam vir a alimentar equipamentos no exterior; d) circuitos que, em locais de habitação, sirvam a pontos de utilização situados na cozinha, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 45 garagens e no geral, de todo local interno molhado em uso normal ou sujeito a lavagens. e) circuitos que, em edificações não residenciais, sirvam a pontos de tomadas de corrente situados na cozinha, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e no geral, de todo local interno molhado em uso normal ousujeito a lavagens. Nota: 1. No que se refere a tomadas de corrente, a exigência de proteção adicional por DR de alta sensibilidade se aplica às tomadas com corrente nominal de até 32A. 2. Podem ser excluídos do item d, os circuitos que alimentem aparelhos de iluminação posicionados a uma altura igual ou superior a 2,5m. 3. A proteção dos circuitos pode ser realizada individualmente, por ponto de utilização ou por circuito ou por grupos de circuitos. A Tabela 6.23 mostra como determinar a corrente nominal do IDR após definida a corrente nominal do disjuntor termomagnétido (DTM). Tabela 6.23 - DR e DTM IDR DTM DTM - DIN 25 10 10 15 16 20 20 25 25 40 30 32 35 40 40 63 50 50 60 63 Como a proteção dos circuitos pode ser realizada individualmente ou por grupos de circuitos, deve-se observar o balanceamento de fases visando este possível agrupamento. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 46 A Fig.6.14 mostra o esquema elétrico de uma instalação residencial de acordo com a NBR 5410, onde podemos ver o uso do DR. Fig. 7.12 - Uso do DR (Catálogo Pial Legrand, 2002,p. 179) 6.6.4 Exemplo: A tabela 6.24 mostra a proteção diferencial residual por circuito. Lembre- se que o agrupamento adequado de circuitos num mesmo IDR diminui custos. Tabela 6.24 – Proteção Diferencial Residual Circuito Tipo DTM (A) IDR (A) 1 iluminação 10 25 2 iluminação 10 25 3 tomada 16 25 4 tomada 16 25 5 tomada 20 25 6 tomada 20 25 7 tomada 32 40 8 tomada 32 40 9 tomada 16 25 VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 47 7 Dispositivos de proteção contra surto (DPS) Os DPS são dispositivos destinados a prover proteção contra sobretensões transitórias nas instalações da edificação, cobrindo tanto as linhas de energia quanto as linhas de sinal e devem atender à IEC 61643-1. Quando o objetivo for a proteção contra sobretensões de origem atmosféricas transmitidas pela linha externa de alimentação, bem como a proteção contra sobretensões de manobra, os DPS devem ser instalados junto ao ponto de entrada da linha na edificação ou no quadro de distribuição principal, localizado o mais próximo possível da entrada e dispostos conforme Fig. 7.1. Fig. 7.1 – Esquemas de conexão dos DPS no ponto de entrada da linha de energia ou no quadro de distribuição principal da edificação. (NBR 5410 , 2004, p. 131) No quadro de medição em BT, conforme norma técnica N-321.0001 da CELESC, deve-se especificar o DPS da seguinte forma: 1- Para edificação sem Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA), o DPS deverá ser classe II, com corrente nominal de descarga mínima de 5 kA, condutor de ligação mínimo de 4mm² e tensão máxima de operação de 275V, instalado conforme NBR5410. 2-Para edificação com Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA), o DPS deverá ser classe I, com corrente nominalde descarga mínima de 12,5KA, condutor de ligação mínimo de 16mm² e tensão máxima de operação de 275V, instalado conforme NBR541. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 48 7.1 Classificação dos produtos de acordo com a sua suportabilidade a impulsos de tensão Os produtos são classificados de acordo com sua suportabilidade a impulsos de tensão, como mostra a Fig. 7.2. Fig. 7.2 – Classificação dos produtos de acordo com sua suportabilidade a impulsos de tensão. (Souza, J. R. Alves de, 2007, p. 53) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 49 7.2 Classificação do DPS de acordo com a aplicação O DPS é classificado através de ensaios de impulso, em: • Classe I (impulso de corrente 10/350µs): protegem a instalação contra efeitos provenientes de descarga atmosférica direta sobre a edificação, no caso de edificações dotadas de SPDA (Sistema de proteção contra descargas atmosféricas) ou em suas proximidades e deve ser instalado no ponto de entrada. • Classe II (impulso de corrente de 8/20µ): protege a instalação contra efeitos provenientes de descargas indiretas. Deve-se instalar no quadro de distribuição principal. • Classe III (impulso de tensão 1,2/50µs em circuito aberto e impulso de corrente 8/20µs em curto circuito): protegem equipamentos específicos, mais sensíveis e que exigem maior nível de confiabilidade, sendo instalados no local onde encontra-se o equipamento, através de adaptadores adequados. 7.3 Seleção do DPS O DPS deve ser selecionado com base no mínimo nas seguintes características: 1. Nível de proteção (UP) – deve ser compatível com a categoria II de suportabilidade a impulsos indicada na Tabela 7.1. Quer dizer que numa instalação com tensão nominal 220/380V, o nível de proteção do DPS não deve ser superior a 2,5kV. Tabela 7.1 – Suportabilidade a impulsos exigíveis dos componentes da instalação (NBR 5410 , 2004, p. 71) 2. Máxima tensão de operação contínua (UC) – a tensão máxima de operação contínua do DPS deve ser igual ou superior aos valores indicados na Tabela 7.2. Tabela 7.2 – Valor mínimo da Uc exigível do DPS, em função do esquema de aterramento VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 50 (NBR 5410 , 2004, p. 133) 3. Suportabilidade a sobretensões temporárias – o DPS deve atender aos ensaios pertinentes especificados na IEC 61643-1, ou seja, que suporte as sobretensões temporárias decorrentes de faltas na instalação BT e que os DPS conectados ao PE não ofereçam nenhum risco à segurança em caso de destruição provocada por sobretensões temporárias devidas a faltas na média tensão ou por perda de neutro. 4. Corrente nominal de descarga (In) e corrente de impulso(Iimp) Quando o DPS for destinado à proteção contra sobretensões de origem atmosféricas transmitidas pela linha externa de alimentação e contra sobretensões de manobra, sua corrente nominal de descarga (In) não deve ser inferior a 5kA (8/20µs) para cada modo de operação. Quando o esquema de conexão for o 3, apresentado na Fig. 7.1, consultar NBR 5410. Quando o DPS for destinado à proteção contra sobretensões provocadas por descargas atmosféricas diretas sobre a edificação ou em suas proximidades, sua corrente de impulso(Iimp) deve ser determinada com base na IEC 61312-1; se o valor da corrente de impulso não puder ser determinado, este não dever ser inferior a 12,5kA para cada modo de proteção. Quando o esquema de conexão for o 3, apresentado na Fig. 7.1, consultar NBR 5410. Quando o DPS for destinado, simultaneamente, à proteção contra todas as sobretensões relacionadas nas duas situações anteriores, os valores de In e Iimp do DPS devem ser determinados, individualmente, como especificado acima. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 51 A forma de onda da corrente de descarga que o DPS deve suportar é apresentada na Fig. 7.3 Fig.7.3 – Característica da corrente de descarga (http://www.clamper.com.br/produtos_linhas.asp?linha=&tipo=3&titulo=VCL%20(DP)S) De acordo com pesquisas realizadaspelo fabricante Clamper, o valor mediano das correntes de surto que atingem as unidades consumidoras de baixa tensão é da ordem de 1,2kA, sendo que em apenas 15% as correntes excedem 5kA. Esse fabricante recomenda usar DPS com corrente de descarga nominal de 10kA para zonas urbanas e 20kA para zonas rurais. 5. Suportabilidade à corrente de curto-circuito – deve ser no mínimo igual a corrente de curto-circuito presumida no ponto a que vier ser instalado A tabela 7.3 mostra as características do DPS da Clamper que utiliza a tecnologia de varistor de óxido de zinco. Há também os que utilizam a tecnologia Silicon Avalanche Diode, consulte os fabricantes. Tabela 7.3 – DPS (VCL Slim da Clamper) (http://www.clamper.com.br/produtos_linhas.asp?linha=&tipo=3&titulo=VCL%20(DPS)) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 52 7.4 Condutores de conexão do DPS O comprimento dos condutores destinados a conectar o DPS deve ser o mais curto possível, se curvas ou laços. De preferência, o comprimento total não deve exceder aos 50cm. 8 ELETRODUTO É a canalização destinada a conter os condutores elétricos. Dimensionar um eletroduto é determinar o diâmetro nominal do mesmo em cada trecho da instalação. De acordo com a NBR 5410, a taxa de ocupação da área útil da seção transversal do eletroduto não deve ser superior a: • 53% no caso de um condutor; • 31% no caso de dois condutores; • 40% no caso de três condutores ou mais condutores, como mostra a Fig.8.1. Fig. 8.1 - Ocupação máxima do eletroduto. (http://www.br.prysmian.com/pt_BR/cs/index.html) Os trechos contínuos de tubulação, sem interposição de caixas ou equipamentos, não devem exceder 15m de comprimento para linhas internas às edificações e 30m para linhas em áreas externas às edificações, se os trechos forem retilíneos. Se os trechos incluírem curvas, o limite de 15m e o de 30m devem ser reduzidos em 3m para cada curva de 90o. Quando não for possível evitar a passagem da linha por locais que impeçam, por algum motivo, a colocação de caixa intermediária, o comprimento do trecho contínuo pode ser aumentado, desde que seja utilizado um eletroduto de tamanho nominal imediatamente superior para cada 6m, ou fração, de aumento de distância máxima calculada segundo os critérios acima apresentados. Em cada trecho de tubulação delimitado podem ser instaladas no máximo três curvas de 90o ou seu equivalente até no máximo 270o. Em nenhuma hipótese deve ser instalada curvas com deflexão superior a 90o. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 53 A Tabela 8.1 fornece o diâmetro do eletroduto em função do número de condutores que passam por ele. Tabela 9.1 Diâmetro do eletrodutos. (http://www.br.prysmian.com/pt_BR/cs/index.html) A Tabela 8.2 mostra a conversão do diâmetro dos condutores de mm para polegadas. Tabela 8.2 Conversão (Ademaro Cotrim, 1992,p. 348) Exemplo: Vamos supor que num eletroduto estejam passando 6 condutores. Três deles possuem bitola de 2,5mm2e os demais (3) de 4,0mm2. Então, vamos supor que neste eletroduto passam 6 fios de 4,0 mm2, portanto, levando estes dados na Tabela 8.1, o diâmetro do eletroduto será de 20mm. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 54 9 Balanceamento de fases O balanceamento de fases visa uma melhor distribuição da potência entre as fases e sempre deve ser feita quando a instalação for polifásica. Para saber o tipo de fornecimento que a edificação se encaixa, deve-se analisar a Tabela 01, anexo 2. 10 Entrada de serviço de energia elétrica para unidades consumidoras com carga total instalada igual a 75kW – Padrão CELESC É o conjunto constituído pelos equipamentos, condutores e acessórios instalados desde o ponto de derivação da rede secundária de distribuição da CELESC até a medição, inclusive. A CELESC alterou o padrão de entrada para caixa de medição embutida, obrigatoriamente, os quais devem ser comercializados em forma de Kit completo (contendo poste, caixa de medição, fiação, DPS, disjuntor etc, a partir de 1o de julho de 2015. As Fig. 10.1 e Fig.10.2 ilustram as entradas de serviço aérea e subterrânea padrão CELESC. VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 55 Fig. 10.1 – Entrada de serviço aérea (E-321.0001/CELESC, 2015, p. 32) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 56 Fig. 10.2 – Entrada de serviço subterrânea (E-321.0001/CELESC, 2015, p. 33) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 57 Os condutores do ramal de ligação aéreo e os respectivos acessórios de conexão, bem como os equipamentos de medição, serão fornecidos pela CELESC. Os demais materiais da entrada de serviço serão fornecidos e instalados pelo consumidor. Quando o atendimento for efetuado através de ramal de entrada subterrâneo, a CELESC fornecerá apenas os equipamentos de medição. Os cabos subterrâneos deverão ser de cobre, sem emendas, com isolamento mínimo de 1.000V e características próprias para instalação em locais não abrigados e sujeitos à umidade. O condutor neutro deve ser identificado pela cor de sua isolação: azul-clara. As caixas de passagem deverão ser construídas em concreto ou alvenaria, apresentar sistema de drenagem, possuir tampa de concreto armado com duas alças retráteis, ou de ferro fundido padrão CELESC. Junto ao poste somente será aceito tampa de ferro fundido. Serão instaladas preferencialmente no passeio, a 50cm do poste de derivação da CELESC e em todos os pontos de mudança de direção dos eletrodutos e a cada 15m do ramal subterrâneo. Nos casos de entrada subterrânea, quando a localização da medição fic ar a uma distância de até 5m do poste do mesmo lado da rua, poderá ser dispensada a caixa de passagem localizada na entrada junto ao medidor. A Fig. 10.3 apresenta as dimensões padronizadas da caixa de passagem subterrânea. Fig. 10.3 – Caixa de passagem subterrânea (E-321.0001/CELESC, 2007, p. 58) VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 58 10.1 Ramal de ligação Não é permitida a existência de mais de um ramal de ligação para uma mesma unidade consumidora ou para uma mesma edificação. A Fig. 10.4 mostra maiores detalhes sobre o ramal de ligação. Fig. 10.4 – Condições gerais para o ramal de ligação VCSE DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA 59 (E-321.0001/CELESC, 2007, p. 58) Os condutores deverão ser instalados de forma a permitir as seguintes distâncias mínimas, medidas na vertical, entre o condutor inferior e o solo: Zona urbana Zona rural • Travessia de rodovias e ferrovias: 6m. • Travessia de ruas e
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