Prévia do material em texto
Bloco I – Sistema Elétrico Brasileiro Aula 1 – Sistema Elétrico ________________________________________________________ Sistema Elétrico A eletricidade está presente no cotidiano das pessoas como um recurso de primeira necessidade. Além da sua aplicação, os cuidados e as regras de implementação de circuitos também devem ser conhecidos. Há diversas normas que padronizam os inúmeros setores do Sistema Elétrico. E como existem normas, há fiscalização. O esquema, a seguir, ilustra as partes componentes do sistema elétrico desde a geração até o consumo da energia elétrica. Ao longo da malha do setor elétrico, há diferentes categorias de consumidores e níveis distintos de tarifas. A figura seguinte, representa a relação entre os agentes e consumidores. Sendo: TUST - Tarifas de Uso do Sistema de Transmissão TUSD - Tarifas de Uso do Sistema de Distribuição O Sistema Elétrico de Potência (SEP) é composto por diversos equipamentos e interligações entre eles, formando uma rede energética, que se divide em três subsistemas: • Geração; • Transmissão; • Distribuição. Deve ser garantido o padrão em geração, transmissão e distribuição da energia. Também a flexibilidade de atender, sem qualquer alteração em sua configuração, a cargas: • Monofásicas; • Bifásicas; • Trifásicas. A documentação mínima para uma instalação elétrica deve incluir: • Planta elétrica; • Esquema unifilar; • Detalhes de montagem; • Memorial descritivo da instalação; • Especificação dos componentes; • Parâmetros de projeto (correntes de curto-circuito, queda de tensão, fatores de demanda considerados, temperatura ambiente etc). Depois de implementada a instalação, deve-se revisar e atualizar a documentação, para que haja uma fiel correspondência. Essa documentação final é denominada as built. Outro documento importante é o manual da instalação, para orientar sobre os detalhes relevantes, principalmente em caso de não haver equipe permanente de operação, supervisão e/ou manutenção. Deve-se utilizar linguagem para leigos e conter: a) esquema do quadro de distribuição com indicação dos circuitos e respectivas finalidades; b) potência máxima que pode ser ligada em cada circuito; c) recomendação explícita para que não se troquem os dispositivos de proteção por tipos diferentes. A instalação elétrica é dividida em diversos circuitos. Cada circuito deve ser projetado para que, ao ser seccionado, não haja risco de realimentação através de outro circuito. A seguir, a figura ilustra um quadro de disjuntores, onde se identifica e pode-se manobrar separadamente os circuitos. Para se estabelecer uma instalação elétrica funcional, eficiente e segura, há diversas exigências a serem seguidas: a) Segurança (Ex: garantir o abastecimento, evitando que a falha em um circuito prive de alimentação toda uma área); b) Conservação de energia (Ex: cargas de iluminação e/ou de climatização acionadas na justa medida das necessidades); c) Funcionalidade (Ex: viabilizar criação de diferentes ambientes); d) Produção (Ex: minimizar paralisações resultantes de uma ocorrência); e) Manutenção (Ex: Facilitar ou possibilitar ações de inspeção e de reparo). Recomenda-se dimensionar condutos e quadros de distribuição prevendo expansões. Os circuitos devem ser definidos conforme função dos equipamentos que serão alimentados por eles. A iluminação deve ter circuitos individualizados e os pontos de tomada devem ser distribuídos entre as fases, de maneira a obter o maior equilíbrio possível. Partindo dos órgãos mais poderosos do país (Presidência e Ministérios) até os agentes institucionais, define-se a Estrutura Institucional do Setor Elétrico, conforme esquematizado a seguir: Atlas de Energia Elétrica do Brasil Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, 2008 Bloco I – Sistema Elétrico Brasileiro Aula 2 – Regulamentação e Normas ________________________________________________________ Regulamentação e Normas A energia elétrica tem um papel fundamental na vida das pessoas. A estrutura organizacional e os agentes do setor elétrico tem a responsabilidade de garantir o recurso a todos, com qualidade e sustentabilidade. A estrutura tradicional de uma rede de energia elétrica conta com uma ou mais usinas, diversas subestações e pontos de distribuição. Ao longo do Sistema Elétrico, são praticados diferentes níveis de tensão, conforme a classificação seguinte: • Acima de 765 kV (UAT) • 230 kV< V ≤ 765 kV (EAT) • 35 kV< V ≤ 230 kV (AT) • 1 kV< V ≤ 35 kV (MT) • V ≤ 1000 V (BT) • As normas do setor elétrico foram criadas visando os principais objetivos: economia, comunicação, segurança, proteção do consumidor e eliminação de barreiras técnicas e comerciais. O Regulamento é um documento que contém regras de caráter obrigatório e que é adotado por uma autoridade (ABNT ISSO/IEC GUIA 2), ditando “o que fazer”, enquanto a norma estabelece “como fazer”. A Normalização Técnica estabelece, em relação a problemas existentes ou potenciais, prescrições destinadas à utilização comum e repetitiva com vistas à obtenção do grau ótimo de ordem em um dado contexto. Exemplo 1: NR-10 em 10.1.2: “Esta NR se aplica às fases de geração, transmissão, distribuição e consumo, incluindo as etapas de projeto, construção, montagem, operação, manutenção das instalações elétricas e quaisquer trabalhos realizados nas suas proximidades, observando-se as normas técnicas oficiais estabelecidas pelos órgãos competentes e, na ausência ou omissão destas, as normas internacionais cabíveis”. Exemplo 2: Portaria n° 456/00 - ANEEL/MME: “Art. 30 – I a) Efetivado o pedido de fornecimento à concessionária, esta cientificará o interessado quanto à obrigatoriedade de observância, nas instalações elétricas da unidade consumidora, das normas (...) Oficiais(...) da Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT e das normas e padrões da concessionária, postos à disposição do interessado”. Exemplo 3: NBR 13 531 - Elaboração de projetos de edificações: Refere-se às atividades técnicas de projeto e à terminologia apresentada para a designação dos documentos técnicos. Assim, serão evitadas expressões do tipo “projetinho”, “projeto simples”, “croqui” etc. Embora a norma esteja mais direcionada a projetos de arquitetura, há elementos interessantes para serem aplicados nos projetos de energia elétrica. Exemplo 4: NBR 5410 (Instalações elétricas de baixa tensão): Esta norma estabelece as condições a que devem satisfazer as instalações elétricas de baixa tensão, a fim de garantir a segurança de pessoas e animais, o funcionamento adequado da instalação e a conservação dos bens. É dedicada a instalações novas e a reformas em instalações existentes. Aplica-se, principalmente, às instalações elétricas de edificações, qualquer que seja seu uso (residencial, comercial, público, industrial, de serviços, agropecuário, hortigranjeiro, etc.), incluindo as pré-fabricadas. Também se aplica a áreas descobertas das propriedades, externas às edificações, reboques de acampamento (trailers), locais de acampamento (campings), marinas e instalações Análogas, canteiros de obra, feiras, exposições e outras instalações temporárias. Não é aplicável a instalações de tração elétrica, instalações elétricas de veículos automotores, embarcações, aeronaves, nem a equipamentos para supressão de perturbações radioelétricas,na medida em que não comprometam a segurança das instalações. Também não se aplica a instalações de iluminação pública, redes públicas de distribuição de energia elétrica, instalações em minas, instalações de cercas eletrificadas (ver IEC 60335-2-76) e instalações de proteção contra quedas diretas de raios. Mas esta norma considera as consequências dos fenômenos atmosféricos sobre as instalações (por exemplo: seleção dos dispositivos de proteção contra sobretensões). Exemplo 5: Norma Técnica: NR10: Trata de procedimentos regulamentares de: segurança, saúde e condições gerais. Para atuação com energia elétrica em todos os ambientes, abrangendo desde construção civil, atividades comerciais, industriais, rurais e até mesmo domésticas. Prevê equipamentos de proteção individual (exemplos na figura seguinte) e em grupo. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), regularmente, emite e publica no Diário Oficial da União resoluções voltadas às atividades do setor de energia elétrica. Pode-se consultar pelo site a Biblioteca Virtual em www.aneel.gov.br. Normas técnicas a serem consultadas na elaboração de um projeto elétrico: • ABNT (NBR 5410/97, NBR 5419 aterramento); • Normas da concessionária elétrica local; • Normas específicas aplicáveis. A Legislação referente à área elétrica também deve ser conhecida pelo profissional que desenvolve, implementa, avalia ou trabalha em qualquer das etapas envolvidas numa instalação, pois este pode enfrentar processos judiciais muitas vezes por falta de conhecimento do que consta nas leis Existem responsabilidades, pelas quais o profissional da área elétrica responde: • TÉCNICA: em relação ao trabalho que realizam (ART); • CIVIL: indenização por dano causado no exercício de sua atividade (contratual, solidez e segurança da construção, especif. materiais); • PENAL/CRIMINAL: decorre de fatos considerados crimes (ex. incêndio provocado por sobrecarga elétrica por erro na especificação e dimensionamento dos componentes); • ADMINISTRATIVA: restrições impostas pelos órgãos públicos, através do Código de Obras, Código de Água e Esgoto, Normas Técnicas, Regulamento Profissional; • ÉTICA: Resulta de faltas éticas que contrariam a.conduta moral na execução da atividade profissional - Código de Ética Profissional - estabelecido na Resolucão no 205. de 30/09/71, do CONFEA. Outro compromisso atribuído ao profissional consiste nas garantias: • Contratual (escrito); e • Legal (ART — Anotação de Responsabilidade técnica): instrumento indispensável para garantir a qualidade do serviço prestado e a segurança, não apenas para quem contrata, mas por toda a sociedade. Instituída pela Lei Federal 6.496/77 e regulamentada pelas resoluções 317/86, 394/95, decisão Normativa 064/99 entre outros. As atribuições profissionais definem o limite de cada categoria no desenvolvimento de suas atividades. Toda atribuição é determinada a partir da formação técnico - científica, prevista de forma genérica na lei e de forma específica nas resoluções do Conselho Federal. Exemplo1: ENGENHEIRO ELETRICISTA: Decreto Federal N° 23.569/3 3; Art.32 (engenheiro mecânico eletricista), 33 (engenheiro eletricista); Lei Fed. N° 5.194/66; Resolução CONFEA N° 26/43; Resolução CONFEA N° 218/73. Exemplo 2: Lei Federal n° 5194/66, regula o exercício das prof issões de engenheiro, arquiteto e engenheiro agrônomo. Artigo 6: trata do exercício ilegal da profissão: • Não possuir registro no CREA; • Exercer atividades estranhas ás atribuições discriminadas em seu registro; • Emprestar seu nome a pessoas, firmas ou empresas executantes de obras/serviços sem sua real participação; • Executar a atividade profissional estando dela suspenso. Artigo 13: trata do valor jurídico de um trabalho de engenharia: estudos, plantas, projetos, laudos ou qualquer outro trabalho de engenharia somente podem ser submetidos ao julgamento das autoridades competentes e só tem valor jurídico quando seus autores forem profissionais habilitados de acordo com a própria lei; Artigo 16: tratada obrigação da colocação de placas em qualquer tipo de serviço técnico; Artigo 18: diz que somente o autor de um projeto poderá modificá-lo; Artigo 22: assegura ao autor de um projeto o direito de acompanhar a execução da obra; Artigo 71: trata das penalidades: advertência reservada, censura pública, multa, suspensão temporária, cancelamento do registro. Exemplo 3: Decreto federal n° 90922/85, que dispõe sobre o exe rcício da profissão de técnico industrial (2° grau). “Entre outras providências, fixam-se as atribuições dos técnicos, principalmente as relativas ao projeto, apresentando algumas limitações.” Exemplo 4: Resolução do Confea nº 218/73 (a ser substituída pela no 1010) Discrimina as atividades técnicas e as atribuições das diversas modalidades profissionais. Esclarece principalmente que a atividade de projeto de instalações elétricas é exclusiva dos profissionais da área elétrica. Exemplo 5: Código de Ética Profissional (06/11/2002) Este trata, entre outras coisas, da postura e da conduta do profissional perante os demais profissionais e a sociedade, da conferência desleal da intervenção em trabalhos de outros profissionais, dos direitos/deveres. O cumprimento das normas técnicas podem ser diferencial jurídico que dá ganho ou perda de causa a uma empresa ou prestador de serviços, em casos de processos envolvendo acidentes ou danos materiais, por exemplo. Bloco I – Sistema Elétrico Brasileiro Aula 3 – Proteção e Segurança ________________________________________________________ Proteção e segurança Os sistemas elétricos não são imunes a falhas. Requerem proteção com o objetivo de isolar a área que apresenta o defeito e manter o restante do sistema em funcionamento. Certos parâmetros identificam a qualidade e a eficiência da proteção, tais como rapidez para extinção da falha e sensibilidade. Uma corrente de curto-circuito elevada, que se mantém por um longo período de tempo, pode provocar inúmeros danos ao sistema elétrico ou até colapso na rede. Por isso a eliminação do defeito deve ocorrer no menor tempo possível, minimizando danos e custos, aumentando a segurança (material e pessoal) e garantindo a coordenação e certa seletividade no sistema como um todo (restringindo a interrupção ao menor trecho possível). Norma de Segurança- NR10 “Dispõe sobre as diretrizes básicas para a implementação de medidas de controle e sistemas preventivos, destinados a garantir a segurança e a saúde dos trabalhadores que direta ou indiretamente interajam em instalações elétricas e serviços com eletricidade nas fases de geração, transmissão, distribuição e consumo, incluindo as etapas de projeto, construção, montagem, operação, manutenção das instalações elétricas, e quaisquer trabalhos realizados nas suas proximidades”. Equipamento de Proteção Individual – EPI É todo dispositivo de uso individual destinado a proteger a integridade física do empregado. Exemplo: Capacete, óculos, botas de segurança, luvas isolantes de borracha, luvas de cobertura e outros. Equipamento de Proteção Coletiva - EPC Conjunto de Aterramento: equipamento destinado a execução de aterramento temporário. Visa equipotencializar as partes sujeitas a energização à terra, para proteção pessoal contra a energização indevida. Não dispensamos EPI's. Tapetes de Borracha Isolante: utilizado principalmente em subestações. Aplicado na execução de isolação contra contatos indiretos. Minimiza as conseqüências porfalhas de isolação de equipamentos. Devem ser mantidos limpos e testados periodicamente. Cones e Bandeiras de Sinalização: anteparos destinados a isolar uma área onde estejam sendo executadas intervenções. Placas de Sinalização: visa à proteção das pessoas que estão trabalhando em circuitos. São utilizadas para sinalização de perigos, intervenções ou condições dos equipamentos. Protetores de Borracha Isolante: anteparos destinados a proteção contra contatos acidentais em redes aéreas. Utilizados na execução de trabalhos próximos ou em redes energizadas. Devem ser inspecionados e testados periodicamente. Mangas e Mantas Isolantes: anteparos destinados a proteção contra contatos acidentais em redes aéreas. Utilizados na execução de trabalhos próximos ou em redes energizadas. Devem ser inspecionados e testados periodicamente. Impedimento e Energização: impede qualquer acesso ao ponto energizado. Aspectos Legais CLT – Consolidação das Leis do Trabalho Capítulo V - Seção I Disposições Gerais Art. 157. Cabe às empresas: I - cumprir e fazer cumprir as normas de segurança e medicina do trabalho; II- Instruir os empregados, através de ordens de serviço, quanto às precauções a tomar no sentido de evitar acidentes do trabalho ou doenças profissionais; Art. 158 Cabe aos empregados: I - Observar as normas de segurança e medicina do trabalho, inclusive as instruções de que trata o item II do artigo anterior; II - colaborar com a empresa na aplicação dos dispositivos deste capítulo; Parágrafo Único: Constitui ato faltoso do empregado a recusa injustificada: a) à inobservância das instruções expedidas pelo empregador, na forma do item II do artigo anterior; b) ao uso dos equipamentos de proteção individual fornecidos pela empresa. Tomadas Padronizadas na NR10 Consoante a NBR 5410, todas as tomadas de corrente fixas das instalações devem ser do tipo com contato de aterramento. Eliminação de risco de contatos acidentais. Quadro de Distribuição Disjuntor e Fusível: elementos de Proteção que devem atender as normas NBR IEC60898 e 60947-2 e NBRs 11840 a 11849, respectivamente. • Fusível - queima, necessitando substituição; • Disjuntor - desarma, bastando rearmá-lo. Exemplo: Disjuntores A imagem seguinte mostra o interior de dois modelos de disjuntores Advertências • Quando um disjuntor ou fusível atua, pode ser uma sobrecarga ou um curto-circuito; • Desligamentos frequentes sinalizam sobrecarga; • Nunca troque seus disjuntores ou fusíveis por outros de maior corrente sem adequar a fiação correspondente; • Nunca desative ou remova a chave automática de proteção contra choques elétricos (DR), mesmo em caso de desligamentos sem causa aparente; • Desligamentos frequentes e tentativas de religar sem sucesso indicam que a instalação elétrica tem anomalias internas, que só podem ser identificadas e corrigidas por profissionais qualificados; • A desativação ou remoção da chave significa a eliminação de medida protetora contra choques elétricos e risco de morte para os usuários da intalação. Dispositivos de Proteção A escolha do componente adequado e sua instalação devem obedecer às medidas de proteção, bem como garantir um funcionamento adequado da instalação. Proteção diferencial contra correntes de fuga A corrente diferencial residual de um circuito sem defeito de isolamento, seja na carga, seja nos condutores, é nula. Este valor é ideal, pois a imperfeição dos materiais isolantes usados na fabricação dos condutores e isolações básicas das cargas gera uma pequena corrente diferencial residual natural. Correntes de um Circuito Manual da GE sobre proteção diferencial Dispositivo Diferencial Residual - DR O DR interrompe a alimentação da carga ou circuito quando a corrente diferencial residual ultrapassa um determinado valor. DR de corrente nominal residual até 30 mA, são destinados a proteção de pessoas, acima deste valor, são apropriados a proteção de instalações elétricas. DR do tipo AC são aplicados em circuitos de corrente alternada, sendo resistentes a sobretensões transitórias. Normalmente usados em instalações elétricas prediais e industriais de características similares. Dispositivos DDR - Disjuntores com proteção diferencial, onde já estão incorporados em um único produto as funções do DR (Interruptor Diferencial) e o Mini-Disjuntor Termomagnético. Fornece proteção diferencial contra contatos diretos e indiretos e proteção contra sobrecarga e curto-circuito. Tem a função tanto de proteger as pessoas dos efeitos maléficos de um choque elétrico quanto proteger os equipamentos (patrimônio) contra curto-circuito e sobrecarga, evitando incêndios. Dispositivo de Proteção Contra Surtos - DPS Destinado a prover proteção contra sobretensões transitórias nas instalações de edificações, cobrindo tanto as linhas de energia quanto as linhas de sinal. Deve ser eletricamente conectado depois da medição e do disjuntor de proteção geral da entrada Instalação de torneiras e chuveiros elétricos • Devem ser aterrados; • Instalar corretamente o fio terra, conforme orientação do fabricante; • Pequenos choques, fios derretidos e cheiro de queimado indicam problemas a serem resolvidos imediatamente; • Não mudar a chave da temperatura com o equipamento ligado; • Nunca diminuir o tamanho da resistência para aquecer mais a água; • É possível a substituição do equipamento por outro mais potente, desde que adequado à fiação existente; • Não reaproveitar resistências queimadas. Instalação de antenas • Instalar a antena de TV longe da rede elétrica; • Há risco de choque elétrico, caso a antena toque nos fios durante a instalação. Troca de lâmpadas • Desligar o interruptor e o disjuntor do circuito antes de trocar a lâmpada; • Não tocar na parte metálica do bocal, nem na rosca, enquanto estiver fazendo a troca; • Segurar a lâmpada pelo vidro (bulbo); • Não exagere na força ao rosqueá • Use escadas adequadas. • Tomadas e equipamentos • Colocar protetores nas tomadas • Evitar colocar campainhas e luminárias perto de cortina • Não trabalhar com os pés descalços ao trocar o disjuntor • Não passar fios por baixo de tapetes, pois pode causar incêndios Instalar a antena de TV longe da rede elétrica; Há risco de choque elétrico, caso a antena toque nos fios durante a instalação. Desligar o interruptor e o disjuntor do circuito antes de trocar a lâmpada; tocar na parte metálica do bocal, nem na rosca, enquanto estiver fazendo a Segurar a lâmpada pelo vidro (bulbo); exagere na força ao rosqueá-la; Use escadas adequadas. Colocar protetores nas tomadas; campainhas e luminárias perto de cortina; Não trabalhar com os pés descalços ao trocar o disjuntor; Não passar fios por baixo de tapetes, pois pode causar incêndios. Há risco de choque elétrico, caso a antena toque nos fios durante a instalação. Desligar o interruptor e o disjuntor do circuito antes de trocar a lâmpada; tocar na parte metálica do bocal, nem na rosca, enquanto estiver fazendo a Cuidados para executar ou manipular uma instalação • Ler as instruções da embalagem d • Utilizar ferramentas com cabo de material isolante; • Nunca trabalhar com as mãos ou os pés • Utilizar capacete deproteção sempre que • Não usar jóias ou objetos metálicos, tais durante a intervenção; • Usar sapatos com solado de borracha • Nunca usar chinelo ou calçado semelhante, pois aumentam o risco de contato do corpo com a terra. Instalação de Pontos Específicos Ponto de Tomada em Banheira O risco de choque elétrico é grande, devido à redução da resistência do corpo humano e ao contato com o potencial da terra. Uma instalação elétrica mal executada, não instalação de dispositivo DR e falta de aterramento podem causar choque. Aparelhos de iluminação não podem estar localizados sobre de altura e nem dentro de uma área circundante limitada por uma superfície vertical distante 60 cm da banheira. Cuidados para executar ou manipular uma instalação Ler as instruções da embalagem do produto a ser instalado; Utilizar ferramentas com cabo de material isolante; Nunca trabalhar com as mãos ou os pés molhados; Utilizar capacete de proteção sempre que for executar serviços em obras Não usar jóias ou objetos metálicos, tais como: relógios, pulseiras e correntes, Usar sapatos com solado de borracha; Nunca usar chinelo ou calçado semelhante, pois aumentam o risco de contato do Instalação de Pontos Específicos Ponto de Tomada em Banheira ou Chuveiro O risco de choque elétrico é grande, devido à redução da resistência do corpo humano e ao contato com o potencial da terra. Uma instalação elétrica mal executada, não instalação de dispositivo DR e falta de aterramento podem causar choque. arelhos de iluminação não podem estar localizados sobre a banheira a menos de 2,25 m de altura e nem dentro de uma área circundante limitada por uma superfície vertical distante for executar serviços em obras; relógios, pulseiras e correntes, Nunca usar chinelo ou calçado semelhante, pois aumentam o risco de contato do O risco de choque elétrico é grande, devido à redução da resistência do corpo humano e ao contato com o potencial da terra. Uma instalação elétrica mal executada, não instalação de a banheira a menos de 2,25 m de altura e nem dentro de uma área circundante limitada por uma superfície vertical distante Todos os elementos metálicos (tais como corrimãos, janelas, portas) situados nas proximidades da banheira devem ser interligados entre si (ligação equipotencial) e aterrados. Interruptores, tomadas de força e caixas de passagem devem ser situados fora de uma superfície vertical distante 60 cm da banheira. Se estiverem localizados a menos de 3 m da banheira, suas linhas elétricas devem estar protegidas por dispositivo DR de alta sensibilidade. Não ligue os disjuntores do quadro geral de distribuição, nem o interruptor bipolar e nem o dispositivo DR antes da instalação ter sido totalmente concluída. Cuidados para executar ou manipular uma instalação • Antes da intervenção, desligar a chave geral ou disjuntor; • Testar sempre o circuito antes de trabalhar com ele; • Desconecte os plugues para realizar a manutenção de equipamentos. Como proceder em caso de incêndio • Aparelhos elétricos energizados ou líquidos inflamáveis (óleos, graxas, vernizes, gases): combater com extintores de CO2 (gás carbônico) ou pó químico; • • Materiais de fácil combustão, como madeira, pano, papel, lixo: combater com extintores de água. Bloco I – Sistema Elétrico Brasileiro Aula 4 – Instalações de Alta Tensão ________________________________________________________ Instalações de alta tensão Transmissão O Sistema Brasileiro é formado por mais de 90 mil quilômetros de linhas (ANEEL, 2008). A grande extensão da rede é explicada pela configuração do segmento de geração, constituído na maior parte, de usinas hidrelétricas instaladas em localidades distantes dos centros consumidores. Dois grandes blocos constituem o sistema: • Sistema Integrado Nacional (SIN) e • Sistemas Isolados Os sistemas isolados são abastecidos por usinas térmicas movidas a óleo diesel e óleo combustível. Não estão interligados ao SIN e não permitirem o intercâmbio de energia elétrica com outras regiões, em função das peculiaridades geográficas da região em que estão instalados. Atendem a uma área de 45% do território brasileiro e cerca de 3% da população nacional. A interligação entre sistemas traz muitos benefícios, dentre os quais podem-se citar: ajuda mútua em emergências, aproveitamento energético da diversidade hidrológica entre bacias distintas e aumento geral no nível de confiabilidade. Por outro lado, permite que distúrbios em uma região sejam transferidos para outra. Apenas 3,4% da capacidade de produção de eletricidade do país encontra-se fora do SIN, região amazônica. Sistema Integrado Nacional Os níveis de tensão praticados na Transmissão em AC são: • 230 kV - Alta Tensão • 345 kV - Extra Alta Tensão • 440 kV - Extra Alta Tensão • 500 kV - Extra Alta Tensão • 750 kV - Extra Alta Tensão Em CC: • 600 kV – Alta Tensão No Brasil, 50% da potência gerada pela Itaipu é transmitida para o Sudeste em CC (600 kV) e distância de 900 km. Condutores em linhas aéreas de transmissão devem apresentar alta condutividade elétrica, boa resistência mecânica, resistir bem às intempéries, baixo peso específico e custo não elevado. Dois condutores usados nessas linhas são: • Alumínio: dominam o mercado nas aplicações de redes e linhas aéreas de distribuição e transmissão não localizadas nas proximidades da orla marítima; • Cobre: dominam praticamente o mercado nas aplicações de instalações elétricas, sejam prediais ou industriais e nas redes aéreas localizadas no litoral. Quanto à estrutura, os cabos podem ser feitos com fios encordoados, formando um condutor sólido ou fios de alumínio dispostos em camadas, com ou sem alma de aço. Condutor TIPO CA Esse tipo de cabo possui somente fios de alumínio encordoados. É muito utilizado em linhas de transmissão e distribuição com vãos longos, necessitando de um reforço mecânico adicional. Segue a regra de Formação: N = 3 · n · (n+1) + 1, onde: N = número total de fios componentes e n = número de camadas ou coroas. Cabos Nus de Alumínio - CA Condutor TIPO CAA Esse condutor é um cabo de alumínio reforçado por núcleo, ou alma de aço, ACSR, (Aluminium Conductor Steel Reinforced, ou CAA, cabo de alumínio com alma de aço). Para distribuição primária e secundária, com vãos curtos, onde não precisa de alta resistência mecânica. Também são usadas ligas de alumínio, como o alumínio liga 6201, que promove versatilidade e redução de perdas, com boa resistência à corrosão e acessórios mais simples. Exemplos de cabos com essa característica: • CAL: Cabos 100% de liga de alumínio são denominados; • ACAR: Cabos de alumínio com alma de liga de alumínio. Isoladores rígidos são usados nas conexões de alta tensão e podem ser do tipo: bastão, pilar, pino e roldana. Também são usados, nas linhas de alta tensão, isoladores suspensos, como os de campânula simples. Na imagem a seguir, podem-se observar isoladores suspensos em V e em armação. Para compor a estrutura que dá sustentação às linhas de transmissão, empregam-se suportes, porcas, parafusos, hastes, mão francesa, amarração secundária e diversos outros elementos mecânicos. As torres de transmissão podem sermontadas de diversas maneiras. Dentre os tipos usados no Sistema Elétrico Brasileiro, estão: estrutura autoportante tipo delta e tipo pirâmide e estrutura tipo estaiada em V. Influência no transporte de energia elétrica Resistência Depende do tipo e da bitola do condutor, pequenas variações com a temperatura do condutor e a freqüência. Para 60 Hz, Rac é cerca de 2% maior do que Rcc. 2 condutor nodissipada potência efi R = A LRcc ⋅= ρ 1 2 12 TT TTRR + + = Ief – corrente eficaz ρ- resistividade do material L – comprimento do condutor A – área transversal do condutor T - temperatura Indutância Depende exclusivamente da geometria da linha e do meio no qual se encontram os condutores. Pode-se dizer que é o parâmetro mais importante da linha, uma vez que é sempre levado em conta em estudo de linhas, obviamente, em CA. (H/m) ln102 7 ⋅= − x x RMG DMGL DMG – Distância média geométrica entre condutores RMG – Raio médio geométrico Capacitância Assume importância no estudo de desempenho de linhas quando se verificam tensões superiores a 34,5 kV e comprimentos superiores a 80 km. Pode-se desprezar este parâmetro para linha com níveis de tensões e comprimentos inferiores. [F/m] ln 2 = r D C eq N piε Deq– Distância média geométrica entre condutores r – raio ε = ε0 = 8,85 x 10-9 F/m (permissividade do meio) A resistência, indutância e capacitância ao longo das linhas, podem ser representadas num circuito equivalente. A seguir, estão modelos usados conforme a distância de transmissão: Efeitos que surgem nas Linhas de Transmissão Efeito Peculiar da Corrente ou Skin: surge devido à indução de campos magnéticos, pela passagem da corrente, e aos campos elétricos induzidos, cujos sentidos tendem a opor-se ao movimento de elétrons no centro do condutor e reforçá-lo na periferia. Eleva a resistência do condutor e a aumenta com frequências maiores. Densidade de corrente x Frequência Efeito Corona: conforme aumenta a tensão, o ar que envolve o condutor torna-se ionizado, devido à força elétrica na superfície deste. Pode acarretar uma série de consequências, tais como: gerar ondas eletromagnéticas de baixa frequência; provoca ruídos audíveis, perdas de energia, geração de gases (ozônio) e vibrações mecânicas. Radio Interferência (RI): distúrbio não desejado na faixa de radio frequência, cerca de 500 kHz a 1.600kHz (faixa AM). Pode ser causado pelo Efeito Corona, por irregularidades na superfície do condutor ou por partículas sólidas aderentes aos cabos. Alguns fatores podem influenciar nesse efeito: configuração dos condutores, resistividade do solo e condições ambientais (vento, umidade e precipitação). Ruído Audível (RA) - influenciado pelo tamanho e número de subcondutores, pela intensidade da chuva e por condições superficiais do condutor (envelhecimento). Campos Eletrostáticos - podem provocar sensações desagradáveis e alterações de natureza fisiológicas no organismo em exposição prolongada a esse campo, próximos às linhas de transmissão, Correntes elétricas de toque - provenientes do contato do corpo humano com objetos situados próximos às linhas de transmissão (veículos, antenas, cercas etc). Perigo de explosões em veículos que estejam se reabastecendo em locais próximos às linhas de transmissão. Acessórios de Distribuição Pára Raios de Carboneto de Silício É um equipamento mais antigo e que ainda oferece o risco de estilhaçar a armadura de porcelana quanto este já está danificado e for percorrido por uma corrente muito alta. Pára Raios de Óxido de Zinco Extingue a corrente subsequente, tem maior absorção de energia, maior isolamento intrínseco e curva de atuação sem transitórios. Chaves Amplamente usadas em qualquer tipo de subestação, independente da tensão e potência envolvida. Protege o circuito e permite controle através do seccionamento. Chave Fusível Geralmente instalada nas derivações de ramais e na entrada de circuitos. Chave seccionadora Não possui fusível, é utilizada apenas para isolar equipamentos. Condutores Além do nível de tensão com que devem trabalhar, os condutores tem outras propriedades que os diferem, como ilustra a figura a seguir, com dois exemplos: Muflas São usadas para manter as condições de isolamento elétrico nas conexões entre cabos isolados e condutores nus, barramentos ou cabos. Transformadores Equipamentos usados desde a fase da geração até a distribuição e consumo. Transformador de Força O transformador de potência é trifásico, e esse modelo é frequentemente utilizado em subestações para elevação ou abaixamento. As buchas (de alta e de baixa) são para conexão dos cabos. O tanque é o compartimento onde se encontram os enrolamentos e é preenchido com um fluido dielétrico, geralmente, óleo mineral. O sistema de refrigeração é devido ao aquecimento dos enrolamentos. Assim, os enrolamentos são envolvidos em óleo, que além de contribuir para a isolação, permite a troca de calor com o ambiente, através dos radiadores. O óleo aquecido ocupa a parte superior do tanque entrando na tubulação que leva ao radiador. Uma ventilação forçada eleva a eficiência de refrigeração. Como o óleo deve preencher totalmente o tanque, é preciso compensar a variação do volume nas variações da temperatura do equipamento. Esta é a função do tanque de expansão, propiciar um espaço para comportar essas variações. Transformador de Potência Principal e mais caro componente de uma subestação. Para média tensão tem seus valores nominais padronizados, somente variando a potência e as tensões de entrada e saída. Já os de alta, são componentes mais complexos, feitos sob encomenda, com valores de impedância definidos pelos compradores e, principalmente, agregam mais proteções para este equipamento. Transformador de Distribuição: usado por concessionárias, cooperativas e outros consumidores de grande porte. Sua potência nominal fica em torno de 15 a 300 kVA, com corrente de 3 a 75 kVA monofásicos e classe de tensão: 15, 24,2 e 36,2 kV. Transformador de Industrial Semelhantes aos de distribuição, porém com maior potência nominal (500 kVA a 5 MVA) e mais itens de proteção, como relés, termostatos entre outros. Devido ao seu tamanho, estes não são instalados em postes, mas em plataformas. Transformador Seco Usado em ambientes que exigem segurança na instalação como indústria química e petroquímica, shopping, edifício comercial, hospital, aeroporto, embarcação marítima entre outros. Esse tipo de equipamento exige pouca manutenção, ocupa menor espaço na instalação, não há vazamentos de óleo e não há riscos de explosão. Entretanto, é 40 a 50% mais caro que o transformador a óleo e sua potência não passa de 15 MVA. Transformador de força Usado na geração e transmissão de energia elétrica. Trata grandes potências, geralmente dezenas de MVA, com tensões nominais acima de 69 kV. t3.gstatic.com Transformador de Corrente Para proteção de sistemas. Reduz o nível de corrente para o valor nominal do instrumento de medição e proteção (5 A ou 1 A). Apresenta poucas espiras no primário e secundário com grande número de espiras. AutotransformadorEnrolamentos primários e secundários em contato entre si, com várias derivações. Pode ser menor, mais leve e mais barato do que um transformador de enrolamento duplo padrão. Não fornece isolamento elétrico e são muito usados na faixa de 110 V, 220 V. Bloco II – Instalações Elétricas Aula 1 – Projeto de Instalação Elétrica ________________________________________________________ Projeto de Instalação Elétrica O projeto é a representação escrita da instalação. Nele constam as plantas, os esquemas, detalhes de montagem, memorial descritivo e de cálculo e ART (Anotação de Responsabilidade Técnica). Os primeiros passos para se elaborar um projeto de instalação elétrica são: • Quantificar, classificar e localizar os pontos de utilização; • Dimensionar, definir tipo e encaminhamento de condutores; • Dimensionar, definir tipo e determinar localização de dispositivos de proteção, comando, medição de energia e demais acessórios. Para elaboração e registro dos detalhes de projeto, são usados termos técnicos, como os que seguem. • Unidade consumidora: qualquer residência, apartamento, escritório, loja, sala, dependência comercial, depósito, indústria, galpão etc., individualizado pela respectiva medição; • Ponto de entrega de energia: ponto de conexão do sistema elétrico público com as instalações de utilização do consumidor; • Entrada de serviço: Conjunto de equipamentos, condutores e acessórios instalados desde o ponto de derivação da rede pública até a medição; • Potência instalada: Soma das potências nominais dos aparelhos, equipamentos e dispositivos a serem utilizados na instalação consumidora. As normas técnicas são fundamentais e dão embasamento aos projetos. São elas: • ABNT (NBR 5410/97, NBR 5419 aterramento); • Normas da concessionária elétrica local; • Normas específicas aplicáveis. Há regras para todos os itens de uma instalação. A seguir serão apresentadas as normas da ABNT: • NBR 5361 - Disjuntor de baixa tensão; • NBR 5410 Instalações elétricas de baixa tensão; • NBR 5419 Proteção de estrutura contra descargas atmosféricas; • NBR 5597 Eletroduto rígido de aço-carbono, com revestimento protetor, com rosca ANSI/ASME; • NBR 5598 Eletroduto rígido de aço-carbono, com revestimento protetor, com rosca NBR 6414; • NBR 5624 Eletroduto rígido de aço-carbono, com costura, com revestimento protetor e rosca NBR 8133; • NBR 6148 Fios e cabos com isolação sólida estruturada de cloreto de polivinila para tensões até 750 V sem cobertura; • NBR 6150 Eletroduto de PVC rígido; • NBR 6231 Poste de madeira - Resistência à flexão; • NBR 6232 Poste de madeira - Penetração e retenção de preservativo; • NBR 6248 Isoladores de porcelana tipo castanha, dimensões e características NBR 6249 Isoladores de porcelana ou vidro tipo roldana, dimensões e características; • NBR 6323 Aço ou ferro fundido - Revestimento de zinco por imersão a quente; • NBR 6591 Tubos de aço-carbono com estrutura de secção circular; • NBR 6880 Condutores de cobre para cabos isolados; • NBR 7285 Cabos de potência com isolação sólida estrutura de polietileno termofixo para tensões até 0,6 / 1 kV sem cobertura; • NBR 7286 Cabos de potência isolação sólida estrutura de borracha etileno - propileno (EPR) para tensões de 1 a 35 kV; • NBR 7287 Cabos de potência com isolação sólida extrudada e polietileno reticulado (XLPE) para tensões de 1 a 35 kV; • NBR 7288 Cabos de potência com isolação sólida extrudada de cloreto de polivinila (PVC) para tensões de 1 a 20 kV; • NBR 8159 Ferragens eletrotécnicas para redes aéreas urbanas e rurais de distribuição de energia elétrica, formatos, dimensões e tolerâncias; • NBR 8451 Postes de concreto armado para redes de distribuição de energia elétrica; • NBR 8456 Postes de eucalipto preservado para redes de distribuição de energia elétrica; • NBR 8457 Postes de eucalipto preservado para redes de distribuição de energia elétrica; • NBR 14306 Proteção elétrica e compatibilidade eletromagnética em redes internas de telecomunicações em edificações; • NBR IEC 60050 Instalações elétricas em edificações. Outras normas ou regulamentos: • Regulamento de Instalações Consumidoras com Fornecimento em Tensão Secundária (RIC BT); • Regulamento de Instalações Consumidoras com Fornecimento em Tensão Primária de Distribuição (RIC MT); • Regulamentação da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) - Condições gerais de fornecimento de energia elétrica em vigência. Diversos critérios devem ser aplicados na elaboração de um projeto. É o caso de acessibilidade, flexibilidade prevendo pequenas alterações, reserva de carga para acréscimos de cargas futuras e confiabilidade na obediência a normas. O projeto é dividido em etapas. Inicialmente devem abordadas as informações preliminares, como: plantas de situação, projeto arquitetônico, projetos complementares e informações obtidas do proprietário. Após esse descritivo, é necessário fazer o levantamento quantitativo do sistema, através da previsão de cargas (quantidade e potência nominal dos pontos de utilização). Com os detalhes definidos, parte-se para o desenho das plantas elétricas, indicando: pontos de utilização, quadros de distribuição, divisão das cargas em circuitos terminais, tubulações de circuitos terminais, caixas de passagem, quadro geral de baixa tensão, centros de medidores, caixa seccionadora, ramal alimentador e ponto de entrada. Nas plantas devem constar as tubulações dos circuitos alimentadores, o esquema vertical (prumada) e o traçado da fiação dos circuitos alimentadores. Memorial descritivo faz uma descrição breve do projeto, incluindo dados e documentação do projeto. No memorial de cálculo, encontram-se os principais cálculos e dimensionamentos, previsões de cargas, determinação da demanda provável, dimensionamento de condutores, eletrodutos e dispositivos de proteção. Outros documentos que devem constar no pacote do projeto são: as especificações técnicas, lista de materiais, ART junto ao CREA local, análise e aprovação da concessionária (possíveis revisões). A divisão do circuito deve separar as tomadas de uso geral das específicas. A iluminação deve ter um circuito individualizado e o circuito de dados de ficar a parte do circuito de força. As tomadas de uso geral devem ser bem distribuídas. Geralmente mais de uma tomada por cada compartimento. Há algumas recomendações para instalações residenciais, como: a localização de tomada, em dormitórios, depende da provável localização da cama, podendo haver uma ou duas junto à cabeceira; na sala de estar, deve-se prever tomadas para som, TV, abajur, recarga de celular. Por norma, pelo menos uma tomada para cada 5 m de perímetro em cômodos grandes, espaçadas uniformemente. A distribuição de tomadas é diferente para ambientes como copa e cozinha. Nesses espaços deve-se atribuir tomadas para: geladeira, freezer, batedeiras, torradeiras, forno elétrico, micro-ondas, fogão, torneira elétrica (esta de uso específico) e outros aparelhos. Por norma, deve haver o mínimo de uma tomada para cada 3.5 m de perímetro. O banheiro precisa de, no mínimo, uma tomada média para aparelho de barbear ou secador de cabelo e uma tomada alta para luminária do espelho. As tomadas do chuveiro e da torneira elétrica são de uso especifico. Dependências com mais de uma saída, recomenda-se instalar um interruptor junto a cada porta. Os Eletrodutos exercem não apenas proteção mecânica aos condutores, mas contra ataques químicos da atmosfera ou ambientes agressivos e também do meio, contra os perigosde incêndio resultantes de eventuais superaquecimentos dos condutores ou arcos voltaicos. Em alguns casos, recomenda-se proporcionar aos condutores um envoltório metálico aterrado (no caso de eletrodutos metálicos) para evitar perigos de choque elétrico. Esses elementos da instalação podem ser não metálicos ou metálicos, encontrados em diferentes materiais: PVC (rígido e flexível corrugado), plástico com fibra de vidro, polipropileno, polietileno, fibrocimento, aço carbono galvanizado ou esmaltado, alumínio e flexíveis de cobre espiralado. Em instalações aparentes, o PVC rígido roscável é o mais utilizado, com as braçadeiras espaçadas conforme as distâncias mínimas estabelecidas pela NBR-5410/97. Nos eletrodutos devem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou multipolares, admitindo-se a utilização de condutor nu em eletroduto isolante, exclusivamente quando este condutor for de aterramento. As dimensões internas dos eletrodutos devem permitir instalar e retirar facilmente os condutores ou cabos após a instalação dos eletrodutos e acessórios. A taxa máxima de ocupação em relação à área da seção transversal dos eletrodutos não deverá ser superior a: 53% se condutor ou cabo, 31% se dois condutores ou cabos ou 40% se três ou mais condutores ou cabos. Quantidade de condutores em um eletroduto Não deve haver trechos contínuos (sem interposição de caixas ou equipamentos) retilíneos de tubulação maiores que 15 m. Em trechos com curvas, a distância deve ser de 3 m para cada curva de 90o (em casos especiais, se não for possível obedecer a este critério, utilizar bitola imediatamente superior à que seria utilizada. Entre duas caixas, entre extremidades, entre extremidade e caixa, no máximo 3 curvas de 90o (ou seu equivalente até no máximo 270o); nunca prever curvas superiores a 90o. As curvas feitas diretamente nos eletrodutos não devem reduzir efetivamente seu diâmetro interno. Eletrodutos embutidos em concreto armado devem ser colocados de forma a evitar sua deformação durante a concretagem. Em juntas de dilatação, os eletrodutos rígidos devem ser seccionados, devendo ser mantidas as características necessárias à sua utilização; em eletrodutos metálicos a continuidade elétrica deve ser sempre mantida. Quando se faz um orçamentação por verba, não são mensurados e nem quantificados serviços a serem executados. Tanto o contratante quanto o contratado não se comprometem com nenhuma forma e/ou tipo de execução dos serviços. O compromisso se restringe em executar serviços que atinjam ao valor contratualmente estipulado para as instalações elétricas. Para o controle interno e externo das obras, fica impossível de se verificar a coerência e adequabilidade técnica. Verifica-se apenas a qualidade técnica dos serviços executados. A orçamentação pelo “número de pontos” de luz, de interruptores e de tomadas a serem executados, pode representar um risco para o contratante e/ou para o contratado. As quantificações dos materiais e das metragens contempladas, geralmente não condizem com a realidade das obras. Às vezes, não são efetivamente aplicados os materiais especificados nos insumos destes itens. Orçar um projeto pelo material efetivamente aplicado considera metragem de eletrodutos, eletrocalhas e fios, número de caixas, espelhos, abraçadeiras, e outros detalhes. Forma menos recomendada para obras públicas, pois exige um acompanhamento e apropriação diária de campo dos serviços e materiais de instalações elétricas. A apropriação estimativa por plantas também fica prejudicada pela falta de um projeto básico completo. Bloco II – Instalações Elétricas Aula 2 – Planta Elétrica ________________________________________________________ Planta Elétrica A planta elétrica detalha a instalação através de desenho, representando a localização e as conexões entre os elementos componentes dos circuitos. A simbologia de cada item é normalizada. A NBR 5444 é baseada em figuras geométricas simples (como mostra a figura seguinte) para permitir uma representação adequada e coerente dos dispositivos elétricos. O padrão ABNT é o mais recente, enquanto o IEC 60617 é o mais antigo. A seguir, estão respectivamente apresentados dois exemplos: IEC 60617 ABNT Simbologia da NBR 5444 Traço: segmento de reta que representa o eletroduto Círculo: tem função de representar interruptor, ponto de luz (maior que o interruptor) e indicar qualquer dispositivo embutido no teto. Triângulo equilátero: representam tomadas em geral. Variações indicam mudança de significado, função ou níveis na instalação. Quadrado: representa qualquer tipo de elemento no piso ou conversor de energia (motor elétrico). Envolvendo uma figura, significa que o dispositivo localiza-se no piso. NBR 5444 – Alguns símbolos Exemplo de Planta Elétrica Bloco II – Instalações Elétricas Aula 3 – Instalações de Baixa Tensão ________________________________________________________ Instalações de baixa tensão Os elementos principais da instalação são os seguintes: ramal de ligação, medidor, aterramento, quadro de distribuição e circuitos terminais. A instalação do padrão de entrada deve atender às especificações da norma técnica da concessionária, de acordo com o tipo de fornecimento. A concessionária instala e liga o medidor e o ramal de serviço somente quando disponibilizado acesso ao terra. A energia é levada do medidor até o quadro de distribuição e dele é distribuído para os circuitos terminais. Diagrama Unifilar Desenho que representa graficamente uma instalação elétrica através de simbologia específica. Abrange aspectos e trajeto do circuito. Sobre a planta arquitetônica, são indicados: pontos de luz, tomadas, posição dos eletrodutos, localização dos quadros de distribuição, divisão dos circuitos, número e caracterização dos condutores. A figura seguinte mostra um exemplo de diagrama unifilar: Circuito Elétrico O diagrama deve indicar para cada carga (ponto de luz, tomada, ou aparelho específico), fonte (ponto de suprimento ou quadro de distribuição), circuito parcial a que pertence, pontos de comando (interruptores e chaves associados) e condutores associados. Há uma nomenclatura própria para os três condutores que constituem os três trechos do circuito: O interruptor corta a Fase para segurança de manutenção. Circuito Elétrico Físico • Fonte: Quadro de distribuição, numa parede externa; • Carga: Lâmpada no teto do ambiente; • Chave: Interruptor numa parede do ambiente; • Condutores: fios ou cabos em eletrodutos embutidos na parede e no teto. Eletrodutos O trajeto dos eletrodutos deve ser projetado para minimizar a quantidade de material empregado, evitando-se interferências com outras instalações prediais e elementos estruturais da edificação. Também é preciso garantir condições para manutenção futura. Por exemplo: evitar excesso de eletrodutos e condutores em caixa de passagem, reduzindo o cruzamento de condutores no interior de paredes e lajes, e posicionando as caixas em lugares de fácil acesso. Caracterização no Projeto O diagrama deve ser representado na planta do projeto arquitetônico. Comando Simples: Um interruptor simples comanda um ponto de luz. Vários Pontos de Luz para um só Ponto Simples: chaves interruptoras duplas ou triplas inseridas num circuitopara controlar pontos de luz de um ambiente através de um único ponto. Comando de Um Ponto de Luz a partir de Dois Pontos: utiliza os interruptores “paralelos”. Apesar de funcionar, não deve ser utilizado, uma vez que não respeita a norma, pois em certos estados dos interruptores, a lâmpada permanece desligada submetida à tensão de fase. Além disso, a diferença de potencial nos terminais do interruptor, em determinadas situações, é igual à D.D.P. fase/neutro, transgredindo as suas especificações. Instalação de Pontos Específicos Utiliza-se o padrão comercial de cores para implementar as ligações. Exemplo 1: Ponto de Luz Exemplo 2: Ponto de Tomada Universal Exemplo 3: Ponto de Tomada Especial Monofásica Exemplo 4: Ponto de Tomada Especial Bifásica No quadro de distribuição, devem-se identificar cada circuito em seu respectivo disjuntor, conforme ilustrado a seguir: Os disjuntores desarmam automaticamente quando ocorre uma sobrecorrente provocada por um curto-circuito ou sobrecarga. Permite isolar um circuito para manutenção. A figura seguinte ilustra o exemplo de um quadro para alimentação bifásica de uma residência. A seguir, uma comparação entre dois quadros de distribuição, com destaque para os barramentos. Um quadro é para alimentação monopolar e outro para bipolar. O desequilíbrio de fase pode causar queima do disjuntor, aquecimento de fios ou mau funcionamento dos equipamentos. Deve-se corrigir com a transferência de alguns aparelhos da fase mais carregada para a menos carregada (consultar: item 4.2.5.6 da norma ABNT NBR 5410) Para preservação da instalação é necessário fazer, periodicamente, um exame completo na instalação, verificando o estado de conservação e limpeza de todos os componentes. Também, devem-se substituir peças defeituosas ou em más condições, verificar o funcionamento dos circuitos, utilizar materiais de boa qualidade e certificar-se de que os cabos e componentes suportem a nova carga. Emenda de Fios Deve-se evitar emendas. Quando necessária, deve ser bem feita, para evitar que aqueça ou se solte. Após entrelaçar os condutores, proteger a emenda com fita isolante própria para fios. http://equipedeobra.pini.com.br A tensão e a potência dos eletrodomésticos devem ser conferidas, indicadas na placa de identificação ou no manual de instrução do aparelho. Quanto maior a potência do eletrodoméstico, maior o consumo de energia. Uma atenção especial deve ser atribuída à fuga de corrente, que é uma energia desperdiçada. Os interruptores Diferenciais Residuais (DR) evitam este tipo de problema. Pode ocorrer devido a: emendas malfeitas, fios desencapados, isolação desgastada, aparelhos defeituosos, consertos improvisados. É recomendada a troca de fusíveis por disjuntores termomagnéticos, que são mais seguros e não precisam de substituição em caso de anormalidade no circuito. Não instale interruptor, fusível ou qualquer outro dispositivo no fio neutro. Bloco II – Instalações Elétricas Aula 4 – Estrutura e Recursos de Instalações Elétricas ________________________________________________________ Estrutura e recursos de Instalações Elétricas Os condutores podem ser divididos em duas categorias básicas: • Fio: via única e maciça; • Cabo: várias vias. Uma disposição que se pode encontrar entre as vias condutoras é o encordoamento. Um condutor encordoado tem seus fios dispostos helicoidalmente (torna o condutor mais flexível). O fio nu é sem revestimento, isolação ou cobertura, assim, um cabo nu é formado por fios nus. Exemplo de partes componentes de cabos Capa: material não metálico e contínuo que envolve uma ou mais vias (invólucro interno). Cobertura: material não metálico e contínuo que envolve externamente o cabo. Não tem função de isolação, protegendo, apenas, contra influências externas. Isolação: Material isolante que envolve o condutor (sentido qualitativo). Exemplo: borracha, vinil, plástico, etc. Isolamento: Indicação de limite (sentido quantitativo). Exemplo: tensão de isolamento de 750 V, resistência de isolamento de 5 MΩ. Condutor Compactado: encordoado submetido à compressão. Revestimento: camada delgada de metal ou liga, depositada sobre um metal ou liga diferente para fins de proteção. Por exemplo: fio estanhado, cabo revestido (sem isolação ou cobertura, formado por fios revestidos). Cordão: cabo flexível com reduzido número de condutores isolados (2 ou 3) de pequena seção, geralmente paralelos os torcidos. Armação: elemento metálico que protege o cabo contra esforços mecânicos. Formadas por fios ou fibras de aço ou fibras de alumínio. Absorve tração, compressão ou impacto. Enchimento: material que preenche os espaços entre as vias de um cabo multipolar Conduto: canalização que contém os condutores. Condulete: caixa de derivação para linhas aparentes, com tampa. Caixa de Passagem: caixa de derivação ante ou embutida Bloco III – Potência Elétrica Aula 1 – Potências e Fator de Potência ________________________________________________________ Potências e Fator de Potência Potência é a taxa de variação da energia no tempo. dt dwp = A potência instantânea absorvida pela carga é produto da tensão instantânea pela corrente instantânea: )().()( titutp = considera, portanto, o comportamento das grandezas ao longo do tempo. Para uma carga monofásica: )(2)( wtUsentu = )(2)( φ−= wtIsenti Onde: A amplitude da tensão é VrmsVp 2= , a amplitude da corrente é IrmsIp 2= e a defasagem entre tensão e corrente é φ. Graficamente, representam-se os sinais instantâneos da seguinte forma: A potência total consumida da fonte é denominada Potência Aparente (S). Essa potência é composta por duas parcelas: Ativa (P) e Reativa (Q), sendo a primeira referente à componente resistiva da carga e a segunda referente à componente reativa (capacitiva ou indutiva) da carga. Onde: Z é a impedância, com parcela resistiva e reativa (capacitiva ou indutiva). Representação fasorial de um vetor genérico: Supondo, como exemplo, os sinais citados anteriormente: )()( wtUpsentu = )()( φ−= wtIpsenti O diagrama fasorial resulta em: A representação fasorial das potências resulta num triângulo de Potência, uma vez que a componente resistiva é representada no eixo real e a reativa no eixo dos imaginários. A defasagem entre os fasores de potência P e Q é a mesma defasagem que existe entre tensão e corrente. Assim, se obtém os seguintes diagramas: A soma fasorial resultará num triângulo retângulo, ao qual se aplica Pitágoras. Portanto: (POTÊNCIA APARENTE) 2=(POTÊNCIA ATIVA) 2 + (POTÊNCIA REATIVA) 2 Fator de Potência Relação entre: Potência Ativa e Potência Aparente. Esse fator expressa o aproveitamento da potência consumida para gerar trabalho. S = U . I P = S .cosφφφφ P = U .I .cosφφφφ Cargas Elétricas Conforme o tipo de carga tem-se um fator de potência melhor ou pior. Quanto mais reativa, pior será o fator de potência. Uma carga puramente resistiva,por exemplo, irá aproveitar 100% da potência, pois não há reativo e, portanto, P=S. No caso de se ter uma carga capacitiva ou indutiva pura, a perda será total, pois não haverá potência ativa. A tabela apresenta alguns tipos de cargas elétricas e a relação entre tensão e corrente. Analisando a defasagem entre tensão e corrente Exemplo 1: Sinal adiantado v(t)=10 * sin (w * t + θo) θo=90º Exemplo 2: Sinal atrasado v(t)=10 * sin (w * t - θo) θo=-90º Diante das propriedades ativas e reativas das cargas, para se analisar e manipular as grandezas elétricas trabalha-se fasorialmente. Aplicam-se as regras de fasores para se desenvolver os cálculos algébricos entre os sinais. Exemplo: Considerando uma função no tempo y (t), suas representações nas formas polar e retangular são: Operações • Na forma polar pode-se realizar multiplicação e divisão; • Na forma retangular pode-se realizar soma e subtração. Bloco III – Potência Elétrica Aula 2 – Correção do Fator de Potência ________________________________________________________ Correção do Fator de Potência O fator de potência (FP) expressa a relação entre potência ativa e potência aparente. Quanto mais resistiva for a carga, melhor o FP (aproximadamente 1). FT = cos φ = P/S Triângulo de Potência de Duas Cargas Diferentes Considerando que a reatância capacitiva tem efeito contrário à reatância indutiva, pode-se concluir que uma carga capacitiva compensa uma indutiva, uma vez que uma provoca defasagem positiva e a outra negativa. Fasorialmente, somando as duas cargas, anula-se parcial ou totalmente o efeito reativo. O FP ideal seria a unidade (100% de aproveitamento). Entretanto, algumas cargas não funcionam sem reativo. Buscando o melhor aproveitamento da energia elétrica, foi definido, pelo governo, que o fator de potência dos consumidores como indústrias, por exemplo, seja 92%. Dessa forma, é necessária a correção de FP se este for menor que o estipulado. Dessa maneira, somente 8% da energia entregue pela concessionária pode ser perdida. Antes de qualquer investimento para Correção de FP é necessário identificar a causa de sua origem. Vários fatores podem causar uma redução no FT. Motores em vazio: a energia ativa é diretamente proporcional à carga mecânica aplicada ao eixo do motor. Quanto menor a carga mecânica, menor a energia ativa consumida, e consequentemente, menor o FP. Motores super dimensionados: Cerca de 70% a 75% de sua potência nominal é efetivamente exigida pela máquina. Isso reduz o FP. É bastante comum substituir um motor por outro de maior potência, principalmente em manutenção para reparos. O problema é que o provisório muitas vezes se torna permanente. Transformadores operando em vazio ou com pequenas cargas: quando super dimensionados para a carga a qual estão ligados, consomem energia reativa relativamente grande, quando comparada com a energia ativa, provocando um baixo FP. Nível de tensão acima da nominal: quanto maior a tensão aplicada, além da nominal aos motores de indução, maior é a quantidade de energia reativa e menor é o FP. Q [Kvar] é, aproximadamente, proporcional ao quadro de tensão aplicada, e P [W] praticamente só depende da carga mecânica aplicada no eixo do motor. Lâmpadas de descarga: as lâmpadas de vapor de mercúrio, sódio, fluorescente e outras, para funcionarem, necessitam do auxilio de um reator. Os reatores possuem bobinas ou enrolamentos que consomem energia reativa, contribuindo para redução do FP. A instalação de reatores de alto Fator de Potência pode contornar, em parte, este problema. Grande quantidade de motores de pequena potência: a grande quantidade de motores de pequena potência provoca baixo FP, uma vez que o correto dimensionamento desses motores é dificultoso. É possível melhorar o FP, através, por exemplo, de: • Aumento do Consumo de Energia Ativa: além de atender às necessidades da produção industrial, a carga ativa que aumentará o consumo de KW/h deverá ser cuidadosamente escolhida a fim de não aumentar a demanda de potência da indústria. • Motores Síncronos Superexcitados: além de corrigir o FP fornecem potência mecânica útil. É um equipamento bastante caro, nem sempre é compensador sobre o ponto de vista econômico, só sendo competitivo em potências superiores a 200 cv, e funcionando por grandes períodos (superiores a 8/h por dia). A potência reativa que um motor síncrono fornece a instalação é função da corrente de excitação e da carga mecânica aplicada no seu eixo. Os tipos de motores síncronos comumente utilizados pelas indústrias são os de Fator de Potência nominal igual a 0,80 a 1,00. • Compensação por Capacitores Estáticos: constitui a solução mais prática para as indústrias em geral. Alguns cuidados devem ser tomados, para que os capacitores não sejam usados indiscriminadamente. Bancos automáticos de capacitores devem apresentar condições especiais de operação que justifiquem os investimentos a serem efetuados. O Banco pode ser ligado em paralelo com qualquer carga com baixo FP a fim de suprir a energia reativa exigida por ela. Exemplo: Alguns equipamentos provocam oscilações frequentes e elevam o FP. Tais oscilações são provenientes da carga variada e do tipo de trabalho efetuado. Como solução técnica e econômica, o controle da potência reativa (kVar) pode ser feito através de Bancos Automáticos de Capacitores. Determinação da potência reativa a ser instalada, para corrigir o FP: não há solução imediata e simplista. Depende do local de instalação e do período de tempo em que permanecem ligados os capacitores e as cargas que utilizam energia reativa. Cada problema de Correção de Fator de Potência deve ser considerado como um caso individual, não existindo soluções pré-definidas. Vários são os benefícios da correção do Fator de Potência: • Redução do preço médio do kW/h consumido; • Libera parte da capacidade em kVA dos transformadores; • Libera parte da capacidade dos alimentadores do sistema; • Reduz as perdas de energia das instalações; • Reduz as quedas de tensão. Na maioria dos casos, os capacitores não oferecem problemas, mas podem causar alguns transtornos, alguns dos quais de certa gravidade. Erros na seleção e localização de capacitores, dimensionamento insuficiente dos dispositivos de comandos e proteção, rotinas de operação inadequadas ou tensão de suprimento excessiva ou com alto conteúdo "Harmônico" podem significar problemas na utilização dos Bancos. Algumas precauções podem ser tomadas para se evitar complicações, como instalar os capacitores em local que haja boa ventilação e prever espaçamento adequado entre as unidades. Após desligar um capacitor, deve-se esperar cerca de cinco minutos, no mínimo, para fazer o religamento ou aterramento (isto porque o capacitor retém a sua carga durante alguns minutos e é necessário esperar que a resistência amortecedora, nele instalada, dissipe a carga armazenada). Para Capacitores ligados em Alta Tensão é sempre conveniente que as operações de ligar e desligar sejam feitas utilizando-se o disjuntor (Chave a óleo) principal da indústria, antes de se abrir ou fechar a chave principal do banco de capacitores. Evite energizar, simultaneamente, dois ou mais bancos de capacitores, a fim de evitar possíveis sobretensões. Bloco III – Potência Elétrica Aula 3 – Cálculo de Demanda ________________________________________________________Cálculo de Demanda Para solicitar o fornecimento de energia elétrica para uma residência, precisa-se fazer a estimativa da Potência Total Ativa da instalação. No cálculo dessa Potência entram: iluminação, tomadas de uso geral (TUG) e tomadas de uso específico (TUE). O tipo de fornecimento é determinado conforme valores de referência de potência (Pmín, Pmax), adotados pela distribuidora. Por exemplo: Pmin = 12 KWe Pmax = 25 KW. Para explicar o procedimento para calcular a potência, considere a planta arquitetônica a seguir. Para facilitar a compreensão, já estão indicados os valores de área e perímetro de cada cômodo, pois são informações usadas pelas regras a serem seguidas nos cálculos. Ao se estimar a demanda por dependência, considera-se, inicialmente a potência aparente, que expressa o valor total consumido. Quando for concluir a soma dos cálculos, considera- se o fator de potência para iluminação e tomadas de uso geral. Cálculo da Carga de Iluminação • Prever ao menos um ponto de luz no teto, comandado por um interruptor na parede; • Arandelas no banheiro devem estar distantes, no mínimo, 60 cm do limite o boxe; • Para área igual ou menor a 6 m2 deve-se atribuir 100 VA e se maior, definir um mínimo de 100 VA para os primeiros 6 m2, somados de 60 VA para cada aumento de 4 m2 inteiros. Como resultado do exemplo, tem-se: Cálculo da Carga de Tomadas de Uso Geral (TUG) • A quantidade mínima é de uma tomada para cômodos ou dependências com área igual ou menor a 6 m². O mesmo vale para área de serviço, subsolo, varanda, garagem ou sótão; • Áreas maiores que 6 m² devem ter, no mínimo, uma tomada a cada 5 m ou fração de perímetro, espaçadas de maneira uniforme; • O banheiro deve ter, pelo menos, uma tomada junto ao lavatório, distante, no mínimo, 60 cm do limite do boxe; • A cozinha e copa devem ter uma tomada a cada 3,5 m² ou fração de perímetro, não importa a medida de área. Estabelecida a quantidade de pontos, deve-se definir a carga. Para banheiro, cozinha, copa e área de serviço, atribui-se um mínimo de 600 VA por ponto, até três tomadas. Para as demais, estimam-se 100 VA por tomada. Aos cômodos restantes atribuem-se, no mínimo, 100 VA por tomada. Cálculo da Carga de Tomadas de Uso Específico (TUE) Quando tratar-se de tomada de uso específico, o valor de potência é determinado pela própria potência nominal ativa indicada no equipamento a ser instalado naquele ponto. Como resultado do exemplo, tem-se: A tabela geral seguinte, com todas as informações, já apresenta a soma dos valores de potências. Para dar continuidade aos cálculos, estima-se o fator de potência para determinar a potência ativa de cada tipo de carga. No caso do exemplo, foi adotado um FP de 100% para iluminação, supondo uso de lâmpadas sem reator, enquanto para as tomadas de uso geral, foi adotado um FP de 80%.Assim: • Para iluminação: P = S x 1,0; e • Para as tomadas de uso geral: P = S x 0,8. Como para as tomadas de uso específico já se emprega o valor da própria potência ativa, dispensa-se o FP. Somando-se todos os valores de potência ativa, chega-se ao consumo estimado da residência. No caso do exemplo, o resultado foi P = 18700 W, que fica entre os valores de referência 12 KW e 25 KW especificados pela distribuidora. Portanto, o fornecimento será bifásico, disponibilizando dois valores de tensão: 127 V e 220 V. Bloco III – Potência Elétrica Aula 4 – Dimensionamento de Condutores e Dispositivos ________________________________________________________ Dimensionamento de condutores e dispositivos O dimensionamento incorreto de condutores e dispositivos adotados na instalação resulta na diminuição da eficiência e no sobreaquecimento, que pode resultar em curto-circuito, perigo de choques e incêndio. Para se especificar corretamente os condutores e dispositivos, a norma NBR 5410 deve ser aplicada. O comprimento do condutor é relevante, pois a distância que a corrente deve percorrer, compromete o nível de tensão final. Por isso, aplica-se a Segunda Lei de Ohm, que diz: R=ρ(L/A) Onde: R: resistência do condutor ρ: resistividade do material de que é feito o condutor L: comprimento A: área transversal (seção) Como critérios de dimensionamento dos condutores devem ser determinados os seguintes parâmetros: seção mínima, capacidade de condução de corrente, queda de tensão, sobrecarga, curto circuito e contatos indiretos. O condutor Neutro (N) deve ter a mesma seção dos condutores de fase em circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos. A via de proteção, Terra (PE), deve ser um condutor isolado, cabo unipolar ou veia de cabo multipolar. A seção máxima é a mesma dos condutores de fase. Quando com dupla função (PEN = PE + N), se for condutor isolado ou cabo unipolar, o mínimo é de 10 mm2, mas se for uma via de cabo multipolar, o mínimo é de 4 mm2. A norma exige que os condutores sejam identificados. Não há exigência quanto ao método de identificação. Usa-se o seguinte critério de identificação por cor: • N: azul • PE: verde ou verde-amarelo • PEN: azul com indicação verde-amarela (visível) • F: vermelho • Chaveamento: preto Exemplo: Corrente Calculada: P=VxI I=P/V I=30,87A. Próxima acima é de 32 A. Consultando a tabela, que relaciona as dimensões do condutor com a corrente que deve circular por ele, encontra-se a bitola de 4 mm². O padrão AWG indica dimensão em polegadas. A isolação depende da tensão (catálogo do fabricante). Isolar é confinar o campo elétrico gerado pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Isso reduz ou elimina o risco de choques elétricos e curtos-circuitos. Não pode haver furos, trincas, rachaduras ou qualquer outro dano à isolação, uma vez que isso poderia significar um “vazamento” de linhas de campo elétrico, com subsequente aumento na corrente de fuga do cabo, o que provocaria aumento nos riscos. Bloco IV – Circuito e Distribuição de Cargas Aula 1 – Aterramento ________________________________________________________ Aterramento O Aterramento exerce papel importante numa instalação. Tem como função proteger contra descargas atmosféricas, fornecendo um caminho para a terra, promover às cargas estáticas, acumuladas em carcaça de equipamentos, um caminho seguro para descarregarem, facilita o funcionamento dos dispositivos de proteção (como fusíveis e disjuntores) desviando a corrente para a terra. Estabelece ligação a terra, por intermédio de condutor elétrico, de todas as partes metálicas não energizadas, do neutro da rede de distribuição da concessionária e do neutro da instalação elétrica da unidade consumidora. Aterrar é prover um sistema ou instalação de um potencial de referência e/ou de um caminho de baixa impedância para a corrente de falta. Exemplo esquemático de uma ligação para o terra: A concessionária só liga a alimentação na caixa de entrada se houver uma haste de aterramento padrão na residência e um disjuntor de proteção. A norma NBR 5419 prevê níveis de proteção para estruturas: • Nível I: estruturas nas quais uma falha do sistema de proteção pode causar danos às estruturas vizinhas ou ao meio ambiente. Exemplos: depósitos de explosivos, materiais sujeitos à explosão e material tóxico ao meioambiente; • Nível II: para estruturas cujos danos, em caso de falha, serão elevados ou haverá destruição de bens insubstituíveis e/ou de valor histórico, mas em qualquer caso se restringirão à estrutura e seu conteúdo. Exemplos: Museus, escolas, ginásios esportivos e estádio de futebol; • Nível III: para estruturas de uso comum. Exemplos: residências, escritórios e fábricas sem risco de explosão; • Nível IV: para estruturas construídas de material não inflamável, com pouco acesso de pessoas, e com conteúdo não inflamável. Exemplos: depósitos em concreto com conteúdo não inflamável e estoque de produtos agrícolas. Alguns riscos de descarga em estruturas são previstos, mas podem ser evitados. Exemplo 1: Quando há falha da blindagem direta, uma descarga atmosférica consegue passar entre os cabos e captores ou ao lado deles e chegar à área protegida, podendo provocar incêndio ou explosão. Evita-se aumentado o número de cabos diminuindo o espaço entre eles. Exemplo 2: Quando ocorre falha da auto proteção, uma descarga passa pelos captores e atinge o teto fora do volume de proteção, provocando fusão da telha com o volume protegido que inflama a mistura logo abaixo do teto. Usar telhas de espessura mais grossa ou melhorando a blindagem pode evitar esse tipo de ocorrência. Exemplo 3: Quando o sistema é mal dimensionado e se utiliza cabo de descida inferior aos mínimos recomendados, pode provocar o rompimento do condutor ao receber uma descarga. Evita- se trocando os condutores por aqueles corretamente dimensionados. Exemplo 4: Quando há falha na proximidade, ou seja, os condutores e captores estão muito próximos das estruturas do volume protegido, pode acarretar uma descarga na estrutura. Evita-se com o distanciamento dos componentes do sistema de proteção das paredes e tetos da estrutura. Exemplo 5: Quando há risco de corrente nos condutores de descida causarem quedas de tensão ao longo desses componentes e dar origem a descargas laterais às pessoas próximas, deve- se aumentar o número de condutores de descida e melhorar o sistema de aterramento. Exemplo 6: Quando há risco de tensão de toque, isto é, uma pessoa pode tocar nos condutores de descida no qual, naquele instante, estar sendo gerada uma tensão indutiva mais diferença de potencial pela descarga atmosférica, nesse caso, recomenda-se colocar materiais isolantes até a altura de 2,5 m e/ou obstáculos que mantenham as pessoas afastadas destes pontos. A Infraestrutura de proteção deve ser confiável, satisfazer os requisitos de segurança e atender aos requisitos funcionais da instalação. Precisa conduzir correntes de falta a terra sem risco de danos térmicos, termomecânicos e eletromecânicos, ou de choques elétricos causados por essas correntes. As opções de eletrodos de aterramento estão previstas na ABNT NBR 5419 e devem ser usadas pelo sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) da edificação, nas condições especificadas na norma. Mastros de antenas, também precisam ser incorporados ao SPDA, conforme ABNT NBR 5419. Não se admite o uso de canalizações metálicas de água, nem de outras utilidades, como eletrodo de aterramento, o que não exclui as medidas de equipotencialização necessárias. Deve ser empregada haste de aço cobreada com comprimento mínimo de 2 (dois) metros e diâmetro nominal mínimo de 3/4". É obrigatória a construção de uma malha de terra com uma ou mais hastes interligadas entre si (no solo), onde são conectados o neutro e o condutor de proteção. Terra é o condutor de proteção construído através de uma haste metálica, por onde não deve circular corrente. A corrente no terra é eventual (transitória). É diferente do Neutro, condutor fornecido pela concessionária, aterrado logo na entrada da instalação, por onde retorna a corrente. Neutro ideal da concessionária deve ter potencial nulo (0 V), mas o Neutro real apresenta potencial diferente de zero, devido ao desbalanceamento nas fases do transformador de distribuição. Isso ocorre quando consumidores necessitam de potências muito distintas ligadas em um mesmo ponto de fornecimento. Exemplo: Ligação de um computador à rede elétrica. A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) possui uma norma que rege o campo de instalações elétricas em baixa tensão: NBR 5410. As subseções que tratam de aterramento industrial são: 6.3.3.1.1, 6.3.3.1.2 e 6.3.3.1.3. Os três sistemas da NBR 5410 mais utilizados na indústria: TN - S, TN - C e TT. O aterramento TN - S tem o Neutro (N) aterrado na entrada, depois ligado à carga, com o terra (PE) conectado à carcaça do equipamento. O tipo TN - C, embora normalizado, não é aconselhável, pois o PE e N são um mesmo condutor. A identificação da via é PEN. O Neutro é aterrado na entrada e depois ligado à carga e à carcaça do equipamento. O tipo TT é o mais eficiente, sendo o N aterrado na entrada e depois ligado à carga, mas o PE é individual (próprio) do equipamento, com haste independente da haste de aterramento do Neutro. Geralmente, o próprio fabricante do equipamento especifica qual sistema é melhor para sua máquina, mas como critério de escolha, sempre que possível, optar pelo sistema TT. Se por razões operacionais e estruturais do local, não seja possível o TT, optar pelo sistema TN - S. Em último caso, quando realmente for impossível estabelecer qualquer um dos dois sistemas anteriores, determinar o TN - C. Quanto menor a resistência do aterramento melhor. Alguns fatores influenciam nesse valor, como: resistividade e tipo do solo, geometria e constituição da haste de aterramento e formato em que as hastes são distribuídas (malha). Na prática, procura-se seguir algumas dicas que minimizam os efeitos prejudiciais desses fatores na eficiência do aterramento. A haste de aterramento, normalmente, é feita de uma alma de aço revestida de cobre, com comprimento de 1,5 a 4,0 m. As hastes de 2,5 m são as mais usadas por reduzirem o risco de atingirem dutos subterrâneos em sua instalação. Valor ideal para a resistência de aterramento é tabelado e dependendo da química do solo (como: quantidade de água, salinidade, alcalinidade) requer mais de uma haste. Para reduzir a resistência, pode-se agrupar barras em paralelo ou tratar quimicamente o solo. Para agrupar barras em paralelo, a malha é estabelecida com formação de polígonos. Quanto maior o número de barras mais próximo do círculo o agrupamento se torna. Manter sempre a mesma distância entre as barras, o mais próximo possível do comprimento de uma barra. Se o aumento do número de barras não reduzir significativamente a resistência do terra, é necessário tratar o solo. Essa solução apresenta grande desvantagem, pois a terra absorve os elementos adicionados. Com o passar do tempo, sua resistência volta a aumentar, portanto, essa alternativa deve ser o último recurso. Vários produtos podem ser adicionados ao solo antes ou depois da instalação da haste. O produto deve ter as seguintes características: não ser tóxico, deve reter umidade, ser bom condutor de eletricidade, ter pH alcalino (não corrosivo) e não deve ser solúvel em água. Por Segurança, em instalações de baixa tensão, é proibido (por norma) o tratamento químico do solo para equipamentos a serem instalados em locais de acesso público (como: colunas de semáforos e caixas telefônicas). Essa medida visa à segurança das pessoas nesses locais. O instrumento usado para efetuar leituras de resistência do terra, é o Terrômetro. Possui duas hastes de referência que servem como divisores resistivos. Ele aplica uma correntepela terra provocando D.D.P. nos resistores formados pelas hastes de referência e pela própria haste de terra. Uma grande dificuldade na utilização desse instrumento é o local apropriado para instalar as hastes de referência, pois, normalmente, o chão das fábricas é concretado. Nesse caso, usa-se um método alternativo empregando uma lâmpada. Escolhe-se uma fase qualquer e a liga numa lâmpada elétrica comum. O outro pólo da lâmpada é ligado na haste de terra que se quer analisar. Quanto mais próximo do normal for o brilho da lâmpada, mais baixa é a resistência de terra. Um mau aterramento causa diversas implicações. Os principais efeitos de uma máquina mal aterrada são: choques elétricos ao operador e resposta lenta (ou ausente) dos sistemas de proteção. Os problemas não se limitam apenas a aspectos de segurança, problemas operacionais podem ter origem no aterramento deficiente. O aterramento inadequado pode acarretar excesso de interferências eletromagnéticas, aquecimento anormal de motorização ou etapas de potência, funcionamento irregular de computadores pessoais, falhas intermitentes, que não seguem um padrão, queima de CI’s ou placas eletrônicas sem razão aparente e interferências na imagem e ondulações em monitores. Bloco IV – Circuito e Distribuição de Cargas Aula 2 – Circuitos Elétricos ________________________________________________________ Circuitos Elétricos O Sistema Elétrico Brasileiro é trifásico, composto por quatro condutores, sendo três fases e um neutro. O Neutro é o ponto central dos enrolamentos das três fases. E o ideal, é que se tenham cargas nas fases em equilíbrio, ou seja, com a corrente no Neutro tendendo a zero. Um circuito monofásico tem apenas uma tensão e pode ser entendido como uma única fonte de tensão. Enquanto o circuito trifásico dispõe de três tensões e pode ser interpretado como três fontes de tensão monofásicas. O sinal senoidal de uma fase está representado a seguir: • Up: Tensão de Pico; máxima amplitude; • Urms: Tensão eficaz; equivalente DC que produz a mesma energia. Alguns termos são empregados ao se tratar das grandezas elétricas do circuito trifásico: • Tensão de fase: em cada uma das bobinas do gerador ou impedância da carga; • Tensão de linha: entre dois terminais (com exceção do centro da estrela) do gerador ou da carga; • Corrente de fase: percorre cada uma das bobinas do gerador ou impedância da carga; • Corrente de linha: percorre os condutores entre o gerador e a carga (com exceção do neutro). A representação das grandezas elétricas é feita de diversas maneiras para que se analisem propriedades e relações entre elas. Pode ser através de notação matemática, gráfico da variável em função do tempo e pode ser feita, também, através de fasores, que trazem informação de magnitude e fase do sinal. Supondo um sistema trifásico equilibrado, as três fases são dispostas, fisicamente (na estrutura do gerador ou do transformador de alimentação) de maneira uniforme. Dessa forma, supondo uma situação ideal, os sinais são idênticos em forma, amplitude, frequência e diferem somente na fase, mantendo uma simetria de 120º entre eles. A representação em Diagrama Fasorial (considerando a origem no eixo horizontal e o sentido anti-horário como positivo) fica da seguinte forma: O tamanho do vetor expressa a magnitude do sinal, ou seja, a amplitude. O ângulo indica a defasagem com relação à referência. Quando o sistema é equilibrado, a soma fasorial de suas tensões é nula. UcUbUaUn ++= 1201120101 ∠+−∠+∠=Un 00∠=Un Quando o sistema não é equilibrado, não há simetria entre os sinais. A soma fasorial tem resultante diferente de zero. A seguir, estão alguns exemplo de desequilíbrio entre fases. Nos sinais senoidais, pode-se notar a diferença de defasagem no primeiro caso e diferença de amplitude numa das fases do segundo caso. O terceiro, apresentado em fasores, mostra diferença em amplitude e fase. Normalmente as fases são desequilibradas quando ligadas em estrela. Esse desequilíbrio se deve à alimentação de cargas monofásicas (separadas por fase), gerando um fluxo de corrente no Neutro, o que provoca deslocamento entre as fases. Representação de uma carga elétrica Também ocorrem deformações no sinal, devido à presença de harmônicas ou por correntes absorvidas por certos equipamentos. Contudo, quando se tratam de cargas não lineares: ∑= )()( rmsnrmsT II . Circuito em Estrela (Y) Em circuitos trifásicos configurados em estrela, tem a corrente de fase igual à corrente de linha. Para módulo da tensão unitário, analisando fasorialmente as tensões: Do triângulo retângulo (XYZ): Admite-se a existência de três malhas fictícias tal como: Diagrama Fasorial do Circuito Trifásico em Estrela: Circuito em Triângulo (T) Em circuitos trifásicos configurados em triângulo (ou delta), tem a tensão de fase igual à tensão de linha. Para módulo da corrente unitária, analisando fasorialmente as correntes: Quadro comparativo entre Y e T Bloco IV – Circuito e Distribuição de Cargas Aula 3 – Distribuição de Carga ________________________________________________________ Distribuição de Carga A carga trifásica ideal é constituída por três impedâncias de igual valor, conectadas em estrela ou em triângulo. Será desenvolvida a análise de distribuição entre fases para uma carga trifásica conectada em estrela, mas o raciocínio para análise de uma conexão em triângulo é análogo, lembrando apenas que, nesse segundo caso, a igualdade entre linha e fase estará nas tensões. Associação em Estrela • Com Neutro O circuito equivalente apresenta três fontes independentes ligadas a um ponto comum, que é o Neutro, e três cargas ligadas uma em cada fonte, também conectadas ao Neutro. O diagrama fasorial será o seguinte: Assim: Se a carga for ideal, ou seja, impedâncias iguais, o sistema é equilibrado e as correntes apresentam o mesmo módulo e defasagem de 2pi/3 (mesmo que 120º). • Sem Neutro O circuito equivalente apresenta três fontes independentes ligados a um ponto comum, e três cargas ligadas, uma em cada fonte, também conectadas a um ponto comum, porém diferente do ponto comum das fontes, não há Neutro. Aplica-se o Teorema de Thévenin, que representa um circuito através de uma impedância equivalente ZT, entre os nós n e n’, para as fontes anuladas: As impedâncias ficam em paralelo, nessa situação, a impedância total é: As Correntes de Linha são calculadas pela razão entre tensão de fase e a impedância daquela fase: Mas é preciso determinar a tensão entre os pontos n e n’: Exemplo 1: Considerando três impedâncias, (3 + j4) Ω, (3 + j4) Ω e 4 Ω, ligadas em estrela entre as três fases e o neutro de uma rede trifásica de 220 V. A tensão entre fase e neutro em uma rede de 220 V é: 220 / √3 [V] = 127 [V]. Admitindo que a carga de 4 Ω seja ligada à fase A, também considerada referência de fase, teremos: Impedâncias: Tensões entre Fase e Neutro: Correntes de linha: Corrente no Neutro: Exemplo 2:Uma carga 3 F em Y é formada por impedâncias de 4 + j3Ω por fase. Sendo a tensão de linha igual a 208 V, pode-se determinar as potências ativa e reativa por fase e total. Para calcular a potência, precisa-se da corrente: I = U / Z. Lembrando que a corrente de fase é igual à corrente de linha nesse caso, por ser ligação em estrela. A carga precisa ser representada também na forma polar, pois a multiplicação fasorial considera módulo e fase. Convertendo a forma retangular da impedância Z = 4 + j3 Ω para polar, representam-se os termos da forma retangular no plano complexo, sendo a parcela resistiva o valor real e a parcela reativa o valor imaginário. A soma fasorial desses vetores resulta no fasor que representa a impedância. Sendo M o módulo (magnitude) e φ a defasagem que a carga provoca entre corrente e tensão, temos: 5 169 222 = += += M M xrM o arctg r x arctg 9,36 4 3 = = = ϕ ϕ ϕ Calculando a corrente: 34 3/208 3/ jI Z U Z UI a La a + = == • • • • • • AI I a a 9,3624 9,365 120 −∠= ∠ = • • Determinando a potência ativa total: ϕcos3 LL IUP = 8,0 5 4)9,36cos( 5 )9,36cos( == = r WP P IUP LL 6917 8,0.24.208.3 cos3 = = = ϕ Como as cargas são iguais, a potência ativa por fase um terço da total: WP PP F F 7,2305 3 6917 3 = == Determinando a potência reativa total: 6,0 5 3)9,36( 5 )9,36( == = sen x sen VArQ Q senIUQ QQ LL F 5188 6,0.24.208.3 3 3 = = = = ϕ Como as cargas são iguais, a potência reativa por fase um terço da total: VArQ QQ F F 3,1729 3 5188 3 = == Exemplo 3: Numa linha de 220 V, há duas cargas trifásicas. O sistema é equilibrado e permite que a análise seja feita com um circuito monofásico equivalente. A primeira carga consome um total de 60 KW e tem um fator de potência de 75%, enquanto a segunda consome um total de 168 KW e tem um fator de potência de 80%. A representação do circuito é a seguinte: Pode-se representar o sistema através de um circuito monofásico com uma carga total equivalente por fase, indicando os valores de potência e fator de potência. Como o sistema é equilibrado, a potência por fase de cada carga é um terço do consumo total dela: P = Pt / 3. E considerando o triângulo de potência, sabendo o FP, determina-se a defasagem de cada carga: φ = arccos (FP) para calcular a potência reativa. Assim: P Q S Com isso, calcula-se o total por fase: Circuito Monofásico Equivalente No cálculo de potência aparente total por fase, considera-se a soma simples entre os valores de potência ativa das duas cargas, e para potência reativa vale o mesmo: kVAS S QPS 5,96 4,5976 22 22 = += += O fator de potência deve ser calculado com a relação da potência total ativa por fase e a aparente total por fase. 787,0cos cos 5,96 76 == = φ φ S P Exemplo 4: Considerando que em paralelo, no sistema do exemplo anterior, é instalado um equipamento que consome uma potência ativa muito baixa e eleva o FP para 90% (0,90): A carga consumia 59,4 Var e agora 36,8 Var, reduziu o consumo de reativo. Com isso, o consumo total caiu também: kVAS S QPS 4,84´ 8,3676´ ´´´ 22 22 = += += O consumo total do sistema anterior era de St = 3 S = 3.96,5 K = 289,5 KVA. Passou a ser: St´ = 3S´ = 3.84,4 K = 253,3 kVA. Houve a Liberação de 36,3KVA. Reduziu a corrente consumida. Antes era de: AI I U StI 762 220.3 10.5,289 .3 3 = = = Passou a ser: AI I U StI 666´ 220.3 10.2,253 ´ .3 ´ ´ 3 = = = Bloco IV – Circuito e Distribuição de Cargas Aula 4 – Estudo de Instalações Elétricas ________________________________________________________ Estudo de Instalações Elétricas Topologia do Sistema de Energia Elétrica A topologia do sistema (ligações), os valores das grandezas elétricas dos componentes e sua forma de conexão podem ser representados num circuito, através de um Diagrama Unifilar. Exemplo: Um Diagrama Trifilar de Impedância representa o circuito elétrico equivalente ao sistema. O Diagrama de Impedância por Fase (em pu) representa uma simplificação do diagrama trifásico, sendo utilizado para determinar valores das grandezas elétricas do sistema para uma única fase. O resultado é estendido para as demais fases, caso o sistema seja equilibrado. Análise de circuito Conhecendo a planta elétrica é possível saber a divisão dos circuitos e distribuição de cargas, identificar os pontos de controle e controlados, determinar o consumo total e o fornecimento e localizar elementos e pontos específicos para manutenção ou intervenção. Estimando que a planta determine a real situação da instalação elétrica, pode-se calcular a demanda considerando a quantidade de elementos (TUG, TUE, Pontos de Luz) e a potência indicada para cada um deles. Quando não é informada a potência em cada elemento da planta, é preciso conhecer a dimensão de cada espaço, para aplicar as regras e efetuar devidamente os cálculos. Nesse caso, precisa-se identificar os espaços, calcular áreas e perímetros, contar pontos de TUG, contar pontos de TUE (neste deve ter mencionada a potência ativa, caso contrário deve-se estimar um valor coerente e adequado). Proposta: Considerando os padrões ABNT e IEC, realizar o estudo de cada planta e fazer a análise. Referências Bibliográficas ________________________________________________________ CREDER, Helio. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS.Rio de Janeiro: LTC, 2012. FILHO, J. Mamede. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS. 4ª ed. LTC 2010 COTRIM, Ademaro A. M. B. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS. 4ª ed. São Paulo: Pearson, 2003.