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1 1.INTRODUÇÃO 2.GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 2 3.PRINCIPAIS GRANDEZAS ELÉTRICAS GRANDEZAS GRANDEZA UNIDADE NOME SÍMBOLO NOME SÍMBOLO Tensão U Volt V Corrente I Ampère A Resistência R Ohm Reatância X Impedância Z Potência Ativa P Watt Cavalo HP W CV HP Potência Reativa Q Volt-ampère reativo VAr Potência Aparente S Volt-ampère VA Energia E Joule Watt-hora J Wh FATORES DE CONVERSÃO 1 CV = 736 W 1 HP = 746 W 4.CÁLCULOS BÁSICOS 4.1.Fórmulas das Leis de OHM e JOULE OHM JOULE I U R IRU . R U I 2.IRP R U P 2 IUP . 3 Todas essas expressões são diretamente aplicáveis a qualquer circuito resistivo, a qualquer trecho resistivo de um circuito, a qualquer circuito CC e a qualquer circuito CA ( ou trecho de circuito) com fator de potência unitário. 4.2.Resistência dos Materiais Cada material tem sua resistência específica própria. A resistência em função dos dados relativos a um condutor é: A l R onde: R = resistência em ohms (); = resistividade do material ohms.mm 2 /m; l = comprimento em m; A= área da seção reta em mm 2 . Para o cobre temos = 0,0178 .mm2 a 15 ºC Para o alumínio = 0,028 .mm2 a 15 ºC A resistência varia com a temperatura de acordo com a expressão. R t = Ro [1+ (t2 – t1)] Onde: R t = a resistência na temperatura t em ; Ro = a resistência a 0 ºC em ; = coeficiente de temperatura em C -1 ; t2 e t1 = temperaturas final e inicial em ºC. Para o cobre, temos = 0,0039 C -1 a 0 ºC = 0,004 C -1 a 20 ºC 4 4.3.Fórmulas de Potência em Circuitos de Corrente Alternada 4.3.1.Em circuito monofásicos S = U. IL P = U.IL.cos Q = U. IL.sen 4.3.2.Em circuitos trifásicos S = 3 .UL. IL P = 3 . UL.IL.cos Q = 3 . UL. IL.sen *Triângulo de Potências Do triângulo de potências temos: y x S P Q 5 S 2 = P 2 + Q 2 P = S cos = S P Q = S sen tan P Q 5.O MOTOR ELÉTRICO 5.1.A Escolha do Motor Para uma escolha adequada de um motor elétrico, devem ser observados os seguintes itens: MARCA – Devemos escolher a marca que oferece um determinado tempo de garantia, substituindo gratuitamente peças e enrolamentos avariados sob utilização do motor durante um determinado período de tempo. POTÊNCIA – Esta de ser adequada para acionar a máquina, ferramenta ou aparelho a ser instalado. INSTALAÇÃO – O motor deverá apresentar condições de alimentação compatível com o sistema elétrico instalado. ROTAÇÃO – O motor deverá ter as rotações por minuto, em concordância com as condições de transmissão da máquina a ser acionada. REGIME DE FUNCIONAMENTO – Contínuo sem parar durante muitas horas ou intermitente funcionando em curtos momentos com intervalos de repouso. Fator de potência cos 6 LOCAL ONDE SERÁ INSTALADO – - SECOS - ÚMIDOS - JATOS DE ÁGUA LOCAIS - LIMPOS - PÓ FINO - PÓ GROSSO - SEM PÓ - ABRASIVO - OLEOSOS MOTORES -ABERTO -FECHADO - FECHADO -VENTILAÇÃO -VENTILAÇÀO - SEM VENTILAÇÃO INTERNA -EXTERNA 5.2.A Placa de Identificação MARCA – Maneira pela qual identificamos os motores em relação a outros. FAB – Fabricante – Nome do fabricante. MARCA FAB END MOD cv F V A Hz RPM CAT FS ISOL CL REG PROT. IP COD CARC TEMP VENT 7 END – Endereço – Endereço do mesmo. Mod – Modelo – Identificar o motor em relação aos outros do mesmo fabricante. cv – Cavalo vapor – Potência nominal, desenvolvida no eixo. F – Fases – Indica o sistema de alimentação do motor (monofásico, bifásico ou trifásico). V – Volts – Tensão nominal de serviço. A – Ampères – Intensidade de corrente para funcionamento a plena carga. Hz – Hertz – Ciclos po segundo – A ciclagem oficial é de 60 Hz. RPM – Rotação por minuto – Indica a nº de rotações por minuto de um motor, em condições normais de funcionamento. Depende da freqüência de alimentação do motor. CAT – Categoria – Indica o conjunto ao qual pertence o motor. Estes conjuntos se constituem a partir de motores com mesma característica de conjugado ou torque e mesma característica de corrente de partida. MOTORES TRIFÁSICOS CAT CONJUGADO DE PARTIDA CORRENTE DE PARTIDA A NORMAL ALTA B NORMAL NORMAL C ALTO NORMAL D ALTO NORMAL F BAIXO BAIXA MOTORES MONOFÁSICOS CAT CORRENTE DE PARTIDA BAIXA N NORMAL POTÊNCIA O ALTA MÉDIA L ALTA POTÊNCIA M NORMAL - Rendimento – A relação entre a potência mecânica disponível no eixo do motor e a potência elétrica absorvida da rede é chamada de rendimento. Indica a eficiência da máquina na transformação de energia. 8 P (potência elétrica absorvida da rede) Pmec (potência mecânica disponível no eixo) PP (potência perdida, por atrito, Calor, etc) = P Pmec ou % = 100 P Pmec cos - Fator de potência – Indica a quantidade de potência ativa contida na potência aparente cos = S P FS – Fator de serviço – É o fator que aplicado à potência nominal, indicará a sobre carga com a qual o motor poderá funcionar, sem se queimar. EX FS MOTOR 3 cv 1,2 x 3 = 3,6 cv ISOL CL – Classe de isolamento – é definida em função do limite de temperatura que o conjunto de materiais que formam o isolamento, pode suportar continuamente sem que a vida útil seja afetada. CLASSE T(ºC) A * 105 E * 120 B * 130 F 155 H 180 1,2 9 REG – Regime de serviço.Regime Contínuo – O motor funciona por tempo indeterminado Regime limitado – O motor funciona por tempo limitado, sendo que os períodos normalizados são de 10, 15, 30, 50 e 60 minutos. O motor será religado depois de voltar à temperatura ambiente. Regime intermitente – o motor funciona, com ciclos periódicos de 10 minutos no máximo. O funcionamento intermitente pode ser com motor desligado ou funcionando sem carga. PROT. IP – Proteção física – o grau de proteção é indicado pela letras IP seguidas de dois algarismos. EX: IP 22 - motores para trabalhos limpos e secos IP 44 - para trabalhos de poeiras moderadas, locais úmidos, ambientes gordurosos. COD - Código – é a indicação padronizada, por meio de uma letra código que dá a relação dos kVA consumidos por cv, quando o motor estiver com o “rotor bloqueado”. LETRA CÓDIGO kVA/cv COM ROTOR BLOQUEADO A 0 A 3,14 B 3,15 A 3,54 C 3,55 A 3,99 D 4,00 A 4,49 ... ... V 22,4 E SUPERIORES CAR – Carcaça – indica por meio de código, as dimensões do motor. T – Elevação de temperatura – permitida em relação a ambiente máximo de 40ºC. Este aumento de temperatura está relacionado com a classe de isolamento. V – Ventilação – temos 4 tipos de motores: 10 1 – abertos e semi fechados com ventilação interna 2 – abertos sem ventilação 3 – blindados sem ventilação externa 4 – blindados com ventilação 5.3.Corrente Nominal Do Motor A corrente nominal do motor, em ampères, pode ser obtida das seguintes expressões: Motores Monofásicos IL = cosU Pmec Motores Trifásicos IL= cos3 L mec U P 5.4.Esquemas de Ligação de Motores 5.4.1.Esquemas de motores trifásicos Na caixa de ligação de motores, terá um “chicote de fios numerados”. Ex: Motor trifásico – 6 fios V Caixa de Ligação 220/380 2 3 6 5 4 1 11 Ligando-se o motor em delta ou triângulo () este estará pronto para ser ligado em uma rede 220 V. Ligando-se o motor em estrela (Y), este estará pronto para ser ligado em uma rede 380 V 1 6 4 3 2 5 R S T 220 V 220 V 220 V Rede Trifásica Caixa de Ligação Motor R S T Rede Trifásica Caixa de Ligação Motor 380 V V 380 V 380 V 1 4 2 5 6 3 12 Na placa colocada sobre a carcaça dos motores, os fabricantes indicam as ligações externas dos enrolamentos, por meio de números ou por meio de letras. Para mudar o sentido de rotação de um motor trifásico é só inverter duas fases. LIGAÇÕES Y 4 2 3 5 1 6 2 3 1 4 5 6 A C B A C B Linha de 220 V Linha de 380 V ou Linha de 220 V Linha de 380 V U Y X Z U V W Y X Z W V R S T R S T DELTA ESTRELA 13 5.4.2.Esquemas de motores monofásicos Na caixa de ligação de motores, terá um “chicote” de fios numerados Ex: Motor monofásico - 6 fios V * Ligações de motores Monofásicos 110/220 2 3 6 5 4 1 Fios dos Circuito de Partida Caixa de Ligação 2 1 5 6 4 3 1 5 4 2 6 3 Tensão 110 V Tensão 110 V 14 5.5.Métodos de Partida 5.5.1.Partida direta Os motores de menor potência, poderão ser ligados à rede sem dispositivo redutor de tensão. Com partida direta, serão instalados os seguintes motores: Monofásicos até 5,5 cv – 110 V ou 220V Trifásicos até 3 cv- 220 V 5.5.2.Partida indireta No momento do arranque (partida) o motor consome 6 a 8 ou mais vezes a sua corrente nominal de plena carga. Portanto, a partir de certa potência, o surto de uma intensidade momentânea grande é um sério inconveniente para o funcionamento normal de uma rede alimentadora de energia elétrica. Serão ligados com dispositivos de partida indireta os seguintes motores: Monofásicos acima 5,5 cv – 110 V ou 220V Trifásicos acima 3 cv- 220 V 2 1 5 6 4 3 1 5 4 2 6 3 Tensão 220 V Tensão 220 V 15 5.5.2.1.Chave Y- Esta chave de partida indireta é utilizada: Motores trifásicos Motores até 30 cv Este sistema é aconselhável para partida de motores a vazio a)Primeiro a ligação é feita em estrela: IL = IF UF = 3 LU Após o motor atingir a rotação de sincronismo e mantê-la fixa a liga passa para: R S T 220 V 220 V = UL 220 V 1 4 2 5 6 3 127 V 127 V UF = 127 V I L I F 16 b)Triângulo Passando os enrolamentos a funcionarem a plena tensão. UL = UF IF = 3 LI PPY II 3 1 PPY CC 3 1 5.5.2.2.Chave compensadora A partida do motor é feita por meio de um auto-trafo, reduzindo a tensão de partida. Normalmente a redução é de 65 %. Limitações para 50 % e 80 %, também são utilizadas. Esta chave de partida indireta é utilizada: Motores trifásicos e monofásicos Motores com carga 1 6 4 3 2 5 R S T 220 V 220 V = U L 220 V I L I F U F 17 C0,5 = 0,25 CP C0,65 = 0,425 CP C0,8 = 0,64 CP R E D E T R I F Á S I C A M 0,5 0,8 0,65 AUTO –TRAFO TAPS: (0,5; 0,65; 0,8) 18 6.DIMENSIONAMENTO DE CIRCUITOS 6.1.Quedas de Tensão Admissíveis (NBR 5410) A queda de tensão entre a origem de uma instalação e qualquer ponto de utilização não deve ser superior aos valores da Tabela 1. Tabela 1. Limites de queda de tensão Instalações Iluminação Outros usos A - Alimentadas diretamente por um ramal de baixa tensão, a partir de uma rede de distribuição rural de baixa tensão 4% 4% B - Alimentadas diretamente por um transformador, a partir de uma instalação de alta tensão 7% 7% C - Que possuam fonte própria 7% 7% 6.2.Dimensionamento dos Condutores 6.2.1.Cálculo pelo critério da máxima corrente. TABELA 1 – Capacidade de condução de corrente, em ampères, para condutores isolados ou cabos unipolares (PVC 70 ºC – NBR 5410). COBRE ALUMÍNIO SEÇÕES NOMINAIS (mm2) AMPERES SEÇÕES NOMINAIS (mm2) AMPERES 1,5 15,5 16 732,5 21 25 99 4 28 35 124 6 36 50 152 10 50 70 196 16 68 95 241 25 89 120 282 35 110 150 327 50 134 185 376 70 171 95 207 120 239 150 275 19 6.2.2.Cálculo pelo critério da máxima queda de tensão. *Para circuitos monofásicos: lI S 2 *Para circuitos trifásicos lI S 3 onde: S Seção em mm 2 ; Resistividade do cobre = 56 1 m mmohm 2. ; I = corrente aparente; Queda de tensão absoluta; l = Comprimento em metros. 7.ATERRAMENTO Aterramento de uma instalação ou de um equipamento consiste na ligação de parte ou partes da instalação ou do equipamento a terra. Existem dois tipos de aterramento. - aterramento de um dos condutores da instalação (neutro); - aterramento das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação. massa – parte metálica da instalação ou do equipamento, não destinado a conduzir corrente (em condições normais) – carcaças metálicas, invólucros metálicos, etc. elementos condutores estranhos à instalação – canalizações metálicas (por exemplo, de água), estruturas metálicas. 7.1.Elementos do Sistema de Aterramento de uma Instalação 20 Em qualquer instalação deve ser previsto um terminal (barra) de aterramento principal: 7.1.1.Eletrodo de Aterramento Eletrodo de aterramento é o termo que indica um corpo metálico colocado em contato com o solo, com a finalidade de dispersar corrente elétricas. O eletrodo de aterramento mais usado é do tipo haste de aço revestida de cobre com diâmetro de 15 mm com 2,00 m ou 2,40 m de comprimento 7.1.2.Condutor de Aterramento Condutor que faz a ligação entre o terminal de aterramento e o eletrodo de aterramento. O condutor de aterramento deve ser dimensionado de acordo com a Tabela 1 e sua seção mínima deve ser de 16 mm 2 (cobre). Condutor de Proteção Principal Condutor Neutro Eventualmente Condutor de Aterramento Condutores de Equipotencialidade Eletrodo de Aterramento Terminal de Aterramento Principal 21 7.1.3.Condutor de Proteção Condutor que liga as massas ao terminal de aterramento. A seção do condutor de proteção pose ser determinada por meio da Tabela 1 Tabela 1. Seção mínima do condutor de proteção Seção dos condutores de fase da instalação S (mm 2 ) Seção mínima do condutor de proteção correspondente Sp (mm 2 ) S 16 S 16 < S 35 16 S > 35 S/2 7.1.4.Condutor de Equipotencialidade Condutor que liga elementos condutores estranhos à instalação ao terminal de aterramento. Os condutores de equipotencialidade devem possuir seções que não sejam inferiores à metade da seção do condutor de proteção de maior seção da instalação, com um mínimo de 6 mm 2 . - Instalação dos eletrodos de aterramento Hastes Verticais T.A.P 1 m 2,4 m 2,4 m 2,4 m 2,4 m 2,4 m eletrodo conduite 22 Obs: - Eletrodos 50 cm de profundidade -Caixa de inspeção 30x30x30 cm (1º eletrodo) Anel circundando o perímetro da edificação Obs: - Anel 60 cm de profundidade - Caixa de inspeção 30x30x30 cm T.A.P 1 m Contorno da Edificação 23 8.SISTEMA EXTERNO DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (NBR 5419) 8.1. Classificação de Estruturas e Níveis de Proteção Tabela 1. Classificação de Estruturas e Níveis de Proteção Classificação da estrutura Nível de proteção Estruturas com danos as demais estruturas I Estruturas com número elevado de pessoas, conteúdo de valor elevado II Estruturas de uso normal III Estruturas com conteúdos sem risco de inflamações com poucas pessoas no seu interior IV 8.2. Estrutura Agrícola Na NBR 5419 as estruturas utilizadas para fins agrícolas têm a seguinte classificação: CLASSIFICAÇÃO TIPO DA NÍVEIS DE ESTRUTURA PROTEÇÃO ESTRUTURAS FAZENDAS, - Estruturas de madeira III COMUNS ESTABELECIMENTOS -Estruturas de alvenaria IV AGROPECUÁRIOS -Estruturas contendo produtos agrícolas potencialmente combustíveis (pós de grãos) I 24 8.3. Subsistema de Captores Os captores podem ser constituídos por uma combinação qualquer dos seguintes elementos: a) hastes; b) cabos esticados; c) condutores em malha; d) elementos naturais No projeto dos captores, pode-se utilizar os seguintes métodos, conforme o caso: a) ângulo de proteção (método Franklin); b) Esfera rolante ou fictícia (modelo eletrogeométrico); c) Condutores em malha ou gaiola (método Faraday) Para o correto posicionamento dos captores, devem ser observados os seguintes requisitos da Tabela 2 Tabela 2. Posicionamento de captores conforme o nível de proteção. Nível de proteção h (m) R (m) 0 – 20 m 21 m – 30 m Largura do módulo de malha (m) I 20 25º 5x5 II 30 35º 10x10 III 45 45º 15x15 IV 60 55º 20x20 25 8.4.Subsistema de Condutores de Descida Tabela 3. Espaçamento médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de proteção Nível de proteção Espaçamento médio (m) I 10 II 10 III 15 IV 20 8.5.Subsistema de aterramento Os seguintes tipos de eletrodo de aterramento podem se utilizados: a) aterramento natural pelas fundações, em geral as armaduras de aço das fundações; b) condutores em anel; c) hastes verticais ou inclinadas; d) condutores horizontais radiais. Tabela 4. Seções mínimas dos materiais do SPDA Material Captores e anéis intermediários mm2 Descidas (para estruturas de altura até 20 m) mm2 Descidas (para estruturas de altura superior a 20 m) mm2 Eletrodo de aterramento mm2 Cobre 35 16 35 50 Alumínio 70 25 70 - Aço galvanizado a quente ou embutido em concreto 50 50 50 80 26 9.PREVENÇÃO DE ACIDENTES 9.1.Periculosidade da Corrente Elétrica 9.2.Prevenção de Acidentes em Linhas Energizadas. 9.3. Prevenção de Acidentes Contra Descargas Atmosféricas. 9.3.1.Tipos de raios - Exposivos São de curta duração e elevado valor de corrente - Incendiários São de longa duração e tem uma corrente de baixa intensidade 9.3.2.Modos dos seres vivos serem atingidos (raios)U descarga direta tensão de toque descarga lateral 27 U U’ X tensão de passo 9.3.3.Como se proteger deles - Seres Humanos - Animais Pela experiência dos proprietários rurais, sabe-se que quando de uma queda de raios aparecem animais mortos sendo mais comuns os seguintes casos: a)Junto às cercas de arame b)Próximo às arvores isoladas c)Dentro das cocheiras ou estábulos