Apostila Maquinas Eletricas II JR

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2ª Edição - 2011 
 
 
Engº José Roberto Pereira 
 
 
 
 
 
 
 
1 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 1 
e_mail: jroberto_rio@yahoo.com.br 
APRESENTAÇÃO 
 
Este trabalho é o resultado de muitos dias (e noites) de pesquisa, estudo, 
planejamento, organização, redação, desenho, compilação, cálculos, etc., e foi 
elaborado sem finalidade comercial ou sequer para obtenção de qualquer espécie 
de remuneração ou lucro financeiro. 
Seu objetivo é, unicamente, divulgar e propagar o seu conteúdo entre o maior 
número possível de pessoas, de modo a fomentar o saber e estimular o 
conhecimento. Espero assim que, de alguma forma, ele seja uma forma de 
contribuição para o aprimoramento e a elevação do espírito humano, e da evolução 
da nossa espécie. 
Por esta razão, o seu conteúdo não está protegido por qualquer tipo de patente ou 
“copyright”, sendo a sua cópia, distribuição e divulgação não apenas permitida, 
mas também (e principalmente) estimulada, no todo ou em parte, em qualquer tipo 
de mídia, seja ela física, eletrônica ou qualquer outra que, futuramente, possa 
surgir, desde que não seja vendida ou comercializada de qualquer forma e que a 
fonte seja devidamente citada. 
Acredito que, com este pequeno legado, estarei contribuindo, mesmo que 
humildemente, para fazer deste nosso mundo um lugar melhor para se viver. 
Serão muito bem-vindas quaisquer colaborações apontando eventuais erros ou 
sugerindo melhorias para este trabalho, que poderão ser enviadas para o e-mail do 
autor, indicado no rodapé. 
 
Rio de Janeiro, março de 2011. 
José Roberto Pereira 
 
 
 
“A principal meta da educação é criar homens que sejam capazes de fazer coisas 
novas, não simplesmente repetir o que outras gerações já fizeram. Homens que 
sejam criadores, inventores, descobridores. A segunda meta da educação é formar 
mentes que estejam em condições de criticar, verificar e não aceitar tudo que a 
elas se propõe.” 
(Jean Piaget) 
 
 
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SUMÁRIO 
 
CAPÍTULO 1 – Máquinas de C.A. 2 
CAPÍTULO 2 – Proteção dos Circuitos Elétricos 18 
CAPÍTULO 3 – Subestações Abaixadoras M.T. / A.T. 28 
BIBLIOGRAFIA 34 
 
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CAPÍTULO 1 
MÁQUINAS DE C.A. 
 
 
O Gerador de C.A. 
O princípio de funcionamento do gerador C.A. foi visto no capítulo 1 da apostila de Eletricidade 
II, quando estudamos o comportamento de uma espira girando em um campo magnético, e no 
capítulo 5 da apostila de Máquinas Elétricas I, ao estudarmos o funcionamento do Gerador de 
C.C. 
O gerador de C.A. funciona exatamente como o gerador de C.C., porém sem o sistema de 
comutação. O seu campo é gerado através de “Bobinas de Campo”, por meio das quais é 
possível regular a tensão de saída, variando-se a tensão a elas aplicada. 
Também como nos outros casos, a bobina simples do gerador elementar é substituída por um 
conjunto de várias bobinas, assim como o seu número de pólos pode variar. A fórmula para se 
calcular a freqüência da C.A. gerada em função do número de pólos e da rotação do gerador 
encontra-se abaixo: 
 
f = n . p / 120 
 
f = freqüência da C.A. gerada em Hertz (Hz) 
n = velocidade de rotação do gerador em R.P.M. 
p = número de pólos do gerador 
 
 
 
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Motores de C.A. 
Muitos tipos de motores de C.A. são projetados e usados, pois a maior parte da energia elétrica 
produzida é C.A. Os motores de C.A., de um modo geral, têm características de funcionamento 
semelhantes às dos motores de C.C.; a operação, contudo, é mais fácil. Isto porque os motores 
de C.C. possuem comutadores, com as dificuldades das escovas, porta-escovas, etc. Muitos 
tipos de motores de C.A. funcionam sem anéis coletores. Podemos esperar, portanto, um 
funcionamento sem avarias durante períodos bastante longos. 
Os motores de C.A. têm características excelentes para o funcionamento a velocidades 
constantes, porque a velocidade é determinada pela freqüência da fonte de alimentação. 
Os motores de C.A. podem ser monofásicos ou trifásicos. O princípio de funcionamento é o 
mesmo, em todos os casos. O princípio básico é o de um campo magnético rotativo que causa 
a rotação do rotor do motor. 
Dividimos os motores de C.A. em duas classes principais: 
1) – motores síncronos; 
2) – motores de indução. 
 
O motor síncrono é um alternador funcionando como motor; aplicamos C.A. ao estator e C.C. 
ao rotor. O motor de indução difere do síncrono por não ter o seu rotor ligado a qualquer fonte 
de alimentação. O motor de indução é muito mais usado que o motor síncrono. 
 
 
Campo Rotativo 
Antes de aprender como um campo magnético rotativo obriga o rotor a girar, quando 
alimentado, torna-se necessário que se aprenda como se pode produzir um campo magnético 
rotativo. O esquema abaixo mostra um motor trifásico, alimentado por uma fonte de C.A. 
trifásica. Os enrolamentos estão ligados em triângulo, como se vê na figura. As duas bobinas 
de cada fase estão enroladas na mesma direção. O campo magnético gerado por uma bobina 
depende da corrente que por ela circula no momento. Se a corrente for nula, não há campo 
magnético. Se a corrente for máxima, o campo será, também, máximo. Como as correntes nos 
três enrolamentos estão defasadas de 120°, os campos magnéticos terão a mesma 
defasagem. Os três campos individuais combinam-se em um único, para agir sobre o rotor, e 
cuja posição varia com o tempo. Ao fim de um ciclo de C.A., o campo magnético terá girado de 
360°, ou uma rotação completa. 
 
 
 
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Motor trifásico ligado em triângulo 
 
As figuras a seguir mostram as formas de onda das três correntes aplicadas ao estator. As 
correntes estão defasadas de 120o entre si. As formas de onda podem representar tanto as 
correntes como os campos gerados por estas correntes. Na figura dá-se às formas de onda 
a mesma letra que as fases correspondentes. As formas de onda são usadas para 
combinar os campos magnéticos gerados, em cada 1/6 de ciclo, para determinar a direção 
do campo magnético resultante. 
No ponto 1, a onda C é positiva e a onda B é negativa. Isto significa que a corrente flui em 
direções opostas nas fases B e C. É, desse modo, fixada a polaridade dos respectivos 
campos magnéticos. Observe que B1 é um pólo norte e B um pólo sul; C é um pólo norte e 
C1 é um pólo sul. A fase A não tem campo magnético, por ser nula a sua corrente. Os 
campos magnéticos dos pólos B1 e C dirigem-se aos pólos sul mais próximos, 
respectivamente C1 e B. Os campos magnéticos de B e C são da mesma amplitude e o 
campo resultante terá a direção da seta na figura, entre as dos campos componentes. 
No ponto 2, 60o após, as correntes aplicadas variam, sendo iguais e opostas para as fases 
A e B, e nula para a fase C. Pode-se verificar que o campo magnético girou de 60o. 
No ponto 3 a onda B tem o valor zero, e o campo tornou a girar de mais 60o. Dos pontos 1 
a 7 (correspondendo a um ciclo de C.A.), pode-se verificar que o campo magnético gira de 
360o, uma rotação completa. 
A conclusão é que quando se alimentam os três enrolamentos simetricamente dispostos no 
estator, com CA trifásica, produzimos um campo magnético rotativo. 
 
Campo Magnético Rotativo 
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Motores Síncronos 
A construção dos motores síncronos é essencialmente a mesma dos alternadores de pólos 
salientes. Para compreender o funcionamento do motor síncrono suponhamos que a aplicação 
de energia trifásica de C.A. ao estator produza um campo magnético rotativo. O rotor, 
alimentado com C.C., age como um ímã. Um ímã, suspenso num campo magnético, gira até 
ficar paralelo ao campo. Se o campo magnético gira, o ímã gira com ele. Se o campo rotativo 
for intenso, a força sobre o ímã será grande. 
A principal característica do motor síncrono é a de girar na mesma velocidade do campo 
rotativo, velocidade esta que depende somente do número de pólos do motor e da freqüência 
da rede, independente da carga aplicada. Por este motivo são utilizados em aplicações onde 
se necessita velocidade constante desde à condição sem carga até a de plena carga. 
A figura abaixo mostra o funcionamento de um motor síncrono: 
 
 
Motor Síncrono 
 
 
Motores de Indução 
O motor de indução é o motor de C.A. de uso mais comum por causa de sua simplicidade, 
construção robusta e baixo custo de fabricação. Estas vantagens provêm do fato de ser o rotor 
isolado uma unidade auto-suficiente que não necessita de conexões externas. O nome de 
motor de indução é derivado do fato de serem induzidas correntes de C.A., no circuito do rotor, 
pelo campo magnético rotativo do estator. 
A construção do estator é praticamente igual, tanto para os motores síncronos como para os 
motores de indução; os rotores, porém, são completamente diferentes. O rotor dos motores de 
indução é feito com um cilindro laminado, com ranhuras na superfície. Os enrolamentos 
colocados nessas ranhuras podem ser de dois tipos. 
O tipo mais comum é o de "gaiola de esquilo". O enrolamento consiste de barras, normalmente 
de alumínio, de seção avantajada, unidas em cada extremidade por um anel também de 
alumínio. Não há necessidade de isolamento entre o núcleo e as barras de cobre, pois as 
tensões geradas nas barras do rotor são muito baixas. 
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O outro tipo usa enrolamentos nas ranhuras do rotor. Este tipo de rotor é "rotor com 
enrolamento" ou “rotor bobinado”. 
Independentemente do tipo de rotor usado, o princípio básico de funcionamento é o mesmo, 
para todos os motores. O campo magnético rotativo, gerado no estator, induz uma força 
magnética no rotor. Os dois campos exercem ação combinada, obrigando o rotor a girar. 
 
Funcionamento dos motores de indução 
Quando se aplica C.A. aos enrolamentos do estator, produz-se um campo magnético rotativo. 
Este campo rotativo corta os condutores do rotor, neles induzindo correntes. Esta corrente 
induzida gera um campo magnético cuja tendência é de se alinhar com o campo do estator. 
Como o campo do estator é rotativo, o campo do rotor não consegue se alinhar; o rotor, 
portanto, segue, atrasado, o campo do estator. 
Como se sabe pela lei de Lenz, as correntes induzidas tendem a se opor às variações do 
campo original. Esta variação, no caso dos motores de indução, é a rotação do campo do 
estator. A força exercida pelas correntes induzidas e o campo no rotor é tal que tende a 
cancelar a rotação do campo do estator. Esta é a razão pela qual o rotor acompanha o campo 
do estator, tão próximo quanto o permitam o seu peso e a carga. 
 
Motores de indução – Deslizamento ou Escorregamento 
O rotor dos motores tipo gaiola de esquilo não pode girar com a mesma velocidade do campo 
magnético. Se a velocidade fosse a mesma, não haveria um movimento relativo e em 
conseqüência não haveria f.e.m. induzida no rotor. Sem f.e.m. induzida não há conjugado 
agindo sobre o rotor. A velocidade do rotor deve ser inferior à do campo magnético, para ser 
possível um movimento relativo entre os dois. A diferença de rotações entre o rotor e o campo, 
expressa em percentagem, constitui o "deslizamento". Quanto menor for o deslizamento, mais 
próximas estarão as velocidades do rotor e do campo. 
 
 
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A velocidade do rotor é função do conjugado necessário à carga. Quanto maior for a carga, 
maior tem que ser o conjugado. Podemos aumentar o conjugado unicamente pela elevação da 
f.e.m. induzida no rotor; só conseguimos esse aumento pela elevação da velocidade relativa. A 
velocidade relativa aumenta quando o rotor gira mais devagar. A velocidade do motor de 
indução cai, portanto, para cargas pesadas. Entretanto, apenas pequenas variações de 
velocidade são necessárias para produzir a variação de corrente necessária para atender a 
alteração da carga. A razão disto é a baixa resistência dos enrolamentos do rotor. Os motores 
de indução são, portanto, considerados como "motores de velocidade constante". 
 
Velocidade de um motor de C.A. 
A velocidade de um motor de C.A. depende da velocidade do campo rotativo, também 
chamada de “Velocidade Síncrona”, e que por sua vez depende da freqüência da rede, e do 
número de pólos do motor. Quanto maior o número de pólos menor a rotação. A velocidade 
síncrona de um motor de indução pode ser calculada pela expressão abaixo: 
 
 
N = 
 
 
N = velocidade síncrona em R.P.M. 
f = freqüência da rede 
p = número de pólos 
 
A velocidade do rotor é dada descontando-se o deslizamento da velocidade síncrona. 
 
Exemplo: 
Calcular a velocidade de um motor de 4 pólos alimentado por uma rede de 60Hz e que possui 
um escorregamento de 2%: 
A velocidade síncrona será: 
n = 120 . 60 / 4 ⇒ n = 1.800 R.P.M. 
 
Como o deslizamento é de 2%, a velocidade do rotor será (100% - 2%) 98% da velocidade 
síncrona: 
N = 1.800 . 98 / 100 ⇒ N = 1.764 R.P.M. 
 
Variação da Velocidade 
Em um motor de indução do tipo “rotor bobinado”, a variação da velocidade é possível 
inserindo-se resistências no seu circuito do rotor, que limitam sua corrente e, 
conseqüentemente, o conjugado. Em um motor do tipo “gaiola”, isso somente pode ser 
conseguido mudando-se o número de pólos (existem motores de duas velocidades), ou 
variando-se a freqüência de alimentação. Com o desenvolvimento da eletrônica, a utilização 
dos chamados “Inversores de Freqüência”, que são dispositivos que permitem um controle e 
ajuste contínuo da velocidade de um motor “gaiola”, tornou-se cada vez mais popular, simples 
e de baixo custo. 
120 . f 
 p 
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Sentido de Rotação de um Motor de C.A. 
Como o rotor acompanha o campo do estator, o seu sentido de rotação é o mesmo do estator. 
Este, por sua vez, depende da seqüência das fases de alimentação. Assim, para se inverter a 
rotação de um motor de indução C.A., basta inverter qualquer par de conexões entre o motor e 
a rede, para que isso aconteça. Um motor de indução trifásico trabalhará em qualquer sentido. 
 
Vemos abaixo, as partes que compõe um motor de indução trifásico do tipo “gaiola” típico: 
 
 
 
(1) – Carcaça 
(2) – Núcleo laminado do estator, composto de chapas de aço magnético 
(3) – Núcleo do rotor – chapas com as mesmas características das chapas do estator 
(4) – Tampa 
(5) – Ventilador 
(6) – Tampa defletora 
(7) – Eixo 
(8) – Enrolamento trifásico 
(9) – Caixa de ligação 
(10) – Terminais 
(11) – Rolamentos 
(12) – Barras e anéis de curto-circuito 
 
 
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Formas de Ligação de um Motor Trifásico 
Comotodo sistema trifásico, os enrolamentos de um motor também podem ser associados em 
estrela ou em triângulo. Deve-se levar em conta, entretanto, que cada tipo de associação irá 
demandar uma tensão de alimentação diferente, de forma a garantir a mesma intensidade do 
campo magnético. Caso o motor seja sub-excitado, ocorrerá perda significativa de potência e 
em caso de super-excitação poderá ocorrer a queima do enrolamento por excesso de corrente 
e conseqüente sobre-aquecimento. Por outro lado, isso permite que um mesmo motor seja 
conectado a diferentes tensões de alimentação, aumentando sua versatilidade. 
De uma forma geral, os motores trifásicos são fornecidos com os terminais do enrolamento 
religáveis, de modo a poderem funcionar em redes de pelo menos duas tensões diferentes. Os 
mais comuns são construídos para funcionarem em 220 / 380V, como mostra a figura abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este tipo de ligação exige seis terminais no motor (motor de 6 pontas) e serve para quaisquer 
tensões nominais duplas, desde que a segunda seja a primeira multiplicada por √ 3 . 
Exemplos: 220 / 380V - 380 / 660V - 440 / 760V 
 
Nos exemplos 380 / 660V e 440 / 760V, a tensão maior declarada só serve para indicar que o 
motor pode ser acionado através de uma chave de partida estrela-triângulo. Motores que 
possuem tensão nominal acima de 660V deverão possuir um sistema de isolação especial apto 
a esta condição. 
Uma outra forma de associação característica de qualquer sistema elétrico é a ligação em série 
ou em paralelo. Neste caso, a tensão maior é sempre o dobro da tensão menor, como por 
exemplo: 220 / 440V. 
Podemos ainda combinar os dois casos anteriores: neste caso o enrolamento de cada fase é 
dividido em duas metades para ligação série-paralelo. Além disso, todos os terminais (12) são 
acessíveis para podermos ligar as três fases em estrela ou triângulo. Deste modo, temos 
quatro combinações de tensão nominal: 
 
1) Ligação triângulo paralelo 
2) Ligação estrela paralela, sendo a tensão igual a √ 3 vezes a primeira 
3) Ligação triângulo série, com a tensão valendo o dobro da primeira 
4) Ligação estrela série, com a tensão valendo √ 3 vezes a terceira 
 
Obs: Como a tensão no caso 4 seria maior que 660V, é indicada apenas como referência para 
partida em estrela-triângulo. 
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Na figura abaixo, temos um exemplo típico de ligação de um motor de indução trifásico de 12 
pontas em 220 / 380 / 440 (760) V: 
 
 
 
 
Limitação da Corrente de Partida em Motores Trifásicos 
A partida de um motor trifásico de gaiola, deverá ser direta, por meio de contatores. 
Nos casos em que a corrente de partida do motor é elevada, podem ocorrer as seguintes 
conseqüências prejudiciais: 
 
a) Elevada queda de tensão no sistema de alimentação da rede. Em função disto, provoca a 
interferência em equipamentos instalados no sistema; 
b) O sistema de proteção (cabos, contatores) deverá ser superdimensionado, ocasionando um 
custo elevado; 
c) A imposição das concessionárias de energia elétrica que limitam a queda de tensão da rede. 
 
Caso a partida direta não seja possível, devido aos problemas citados acima, pode-se usar um 
sistema de partida indireta para reduzir a corrente de partida: 
- chave estrela-triângulo 
- chave compensadora 
- chave série-paralelo 
- partida eletrônica (soft-starter) 
 
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Partida com chave estrela-triângulo ( Y - ∆ ) 
 
É fundamental para a partida que o motor tenha a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou 
seja, em 220/380V, em 380/660V ou 440/760V. Os motores deverão ter no mínimo seis bornes 
de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de conjugado do motor 
é suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da máquina com a corrente 
reduzida. Na ligação estrela, a corrente fica reduzida para 25 a 33% da corrente de partida na 
ligação triângulo. O conjugado resistente da carga não poderá ultrapassar o conjugado de 
partida do motor (figura 2.9), nem a corrente no instante da mudança para triângulo poderá ser 
de valor inaceitável. Existem casos onde este sistema de partida não pode ser usado. 
A chave estrela-triângulo em geral só pode ser empregada em partidas da máquina em vazio, 
isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido pelo menos 90% da rotação nominal, a carga 
poderá ser aplicada. 
O instante da comutação de estrela para triângulo deve ser criteriosamente determinado, para 
que este método de partida possa efetivamente ser vantajoso nos casos em que a partida 
direta não é possível. 
Na figura abaixo, é mostrado o diagrama de uma chave estrela-triângulo. 
 
 
 
Ao ser dada a partida, C1 e C3 operam, alimentando o motor em estrela. Após o tempo 
necessário para o motor atingir 90% de sua rotação nominal, C3 é desenergizada e C2 
acionada, fechando então o triângulo. 
 
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Partida com chave compensadora (autotransformador) 
A chave compensadora pode ser usada para a partida de motores sob carga. Ela reduz a 
corrente de partida, evitando uma sobrecarga no circuito, deixando, porém, o motor com um 
conjugado suficiente para a partida e aceleração. A tensão na chave compensadora é reduzida 
através de autotransformador que possui normalmente taps de 50, 65 e 80% da tensão 
nominal. 
 
 
 
Na partida, C3 opera fechando a estrela do autotransformador, e também C2, alimentando o 
motor com tensão reduzida. Após o tempo necessário para que a rotação do motor atinja um 
valor próximo da nominal, C3 é desenergizado abrindo a estrela e o motor fica energizado com 
a tensão ainda reduzida por algumas espiras do autotransformador. Logo após, C1 opera e C2 
é desligado, sendo então o motor alimentado com a sua tensão nominal. 
 
 
Comparação entre Chaves Estrela-Triângulo e Compensadoras 
 
1) Estrela triângulo 
Vantagens 
a) A chave estrela-triângulo é muito utilizada por seu custo reduzido. 
b) Não tem limite quanto ao seu número de manobras. 
c) Os componentes ocupam pouco espaço. 
d) A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3. 
Desvantagens 
a) A chave só pode ser aplicada a motores cujos seis bornes ou terminais sejam acessíveis. 
b) A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor. 
c) Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 1/3 da corrente nominal, reduz-
se também o momento de partida para 1/3. 
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d) Caso o motor não atinja pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o pico de corrente na 
comutação de estrela para triângulo será quase como se fosse uma partida direta, o que se 
torna prejudicial aos contatos dos contatores e não traz nenhuma vantagem para a rede 
elétrica. 
 
2) Chave compensadora 
Vantagens 
a) No tap de 65% a corrente de linha é aproximadamente igual à da chave estrela-triângulo, 
entretanto, na passagem da tensão reduzida para a tensão da rede, o motor não é desligado e 
o segundo pico é bem reduzido, visto que o auto-transformador por curto tempo se torna uma 
reatância em série com o motor. 
b) É possível a variação do tap de 65 para 80% ou até para 90% da tensão da rede, a fim de 
que o motor possa partir satisfatoriamente com cargas maiores. 
Desvantagens 
a) A grande desvantagem é a limitação de sua freqüência de manobras. Na chave 
compensadora automática é sempre necessário saber a sua freqüênciade manobra para 
determinar o auto-transformador conveniente. 
b) A chave compensadora é bem mais cara do que a chave estrela-triângulo, devido ao auto-
transformador. 
c) Devido ao tamanho do auto-transformador, a construção se torna volumosa, necessitando 
quadros maiores, o que torna o seu preço elevado. 
 
 
3) Partida Eletrônica (soft-starter) 
O avanço da eletrônica permitiu a criação da chave de partida a estado sólido, a qual consiste 
de um conjunto de pares de tiristores (SCR), ou combinações de tiristores/diodos, um em cada 
borne de potência do motor. 
O ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado eletronicamente, para aplicar uma 
tensão variável aos terminais do motor durante a aceleração. 
No final do período de partida, ajustável tipicamente entre 2 e 30 segundos, a tensão atinge 
seu valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de ser 
submetido a incrementos ou saltos repentinos. 
Com isso, consegue-se manter a corrente de partida (na linha) próxima da nominal e com 
suave variação. 
Além da vantagem do controle da tensão (corrente) durante a partida, a chave eletrônica 
apresenta, também, a vantagem de não possuir partes móveis ou que gerem arco, como nas 
chaves mecânicas. Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois sua vida útil torna-
se mais longa. 
Os “soft-starters” mais modernos possuem a função “quick start”, que gera um pulso maior de 
corrente no momento da partida, permitindo que esta seja feita sob carga, uma vez que esse 
aumento de corrente proporciona um aumento também do conjugado de partida. 
 
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O Motor Monofásico 
Os motores de indução monofásicos possuem um único enrolamento no estator. Este 
enrolamento gera um campo que se alterna na direção do eixo do enrolamento, não sendo, 
portanto, rotativo. Se o rotor estiver parado, o campo ao se expandir e contrair, induz correntes 
no rotor. 
O campo gerado no rotor será de polaridade oposta ao do estator. A oposição dos campos 
exerce um conjugado sobre a parte superior e a parte inferior do rotor, tendendo a girá-Io 180o 
de sua posição. O conjugado é igual em ambas as direções, pois as forças se exercem pelo 
centro do rotor. O resultado é que o rotor continua parado (figura abaixo). 
 
 
 
Se, porém, o rotor estiver girando, ele continuará girando na direção inicial, pois o 
conjugado será ajudado pela inércia do rotor. 
Não é conveniente, porém, partir o motor girando-o manualmente. 
É necessário, portanto, introduzir no estator um dispositivo elétrico que dê origem a um campo 
rotativo, por ocasião da partida. Assim que o motor estiver girando, o dispositivo pode ser 
eliminado do circuito, pois o rotor e o estator juntos produzirão o campo rotativo necessário ao 
funcionamento do motor. 
Um dos tipos que possui dispositivo para a partida é o "motor de indução de fase dividida". Os 
motores deste tipo usam combinações de indutância, capacitância e resistência para produzir 
um campo rotativo. 
O tipo de motor de fase dividida, que estudaremos aqui, é o tipo de partida por capacitor, que é 
o mais utilizado. A figura a seguir mostra o diagrama esquemático de um motor típico com 
partida por capacitor. O estator possui um enrolamento principal e um enrolamento de partida. 
Este é ligado em paralelo e perpendicularmente ao principal. A defasagem de 90o elétricos, 
entre os dois enrolamentos, é obtida com o uso de um capacitor em série com o enrolamento 
de partida e um interruptor, geralmente centrífugo, de partida. 
Para a partida, o interruptor é ligado e o capacitor fica em série com o enrolamento auxiliar. O 
valor do capacitor é tal que nós temos, em realidade, um circuito RC, no qual a corrente está 
avançada de cerca de 45o sobre a tensão. O enrolamento principal tem resistência suficiente 
para que a corrente fique atrasada de quase 45o em relação à tensão da linha. 
As duas correntes e, portanto, os campos magnéticos por elas gerados, estão defasados de 
90o. O efeito resultante é um campo rotativo, necessário à partida do motor. 
 
16 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 16 
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Quando o motor tiver atingido uma velocidade próxima da nominal, o interruptor de partida 
interrompe a alimentação do enrolamento auxiliar e o motor funciona como um motor de 
indução normal. 
 
 
 
Motor Monofásico com Partida a Capacitor 
 
 
Dados de Placa de um Motor 
 
Tensões de Alimentação 
Normalmente, todo motor elétrico é fabricado para diversas tensões de alimentação, que são 
informadas na placa do motor. Suas formas de ligação foram descritas nas páginas 23 e 24. 
 
Categoria 
Conforme as suas características de conjugado em relação à velocidade e corrente de partida, 
os motores são classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga. Estas 
categorias são definidas em norma, e são as seguintes: 
Categoria A - Conjugado de partida normal; corrente de partida alta; baixo escorregamento 
(cerca de 5%). Motores usados onde não há problemas de partidas nem limitações de corrente. 
Categoria B - Conjugado de partida normal; corrente de partida normal; baixo escorregamento. 
Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de 
cargas normais, como bombas, máquinas operatrizes, etc. 
Categoria C - Conjugado de partida alto; corrente de partida normal; baixo escorregamento. 
Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras, transportadores 
carregados, cargas de alta inércia, etc. 
Categoria D - Conjugado de partida alto; corrente de partida normal; alto escorregamento 
(mais de 5%). Usados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga 
apresenta picos periódicos. Usados também em elevadores e cargas que necessitam de 
conjugados muito altos e corrente de partida limitada. 
Categoria F - Conjugado de partida baixo; corrente de partida baixo; baixo escorregamento. 
Pouco usados, destinam-se a cargas com partidas frequentes, porém sem necessidade de 
altos conjugados e onde é importante limitar a corrente de partida. 
 
17 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 17 
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Fator de serviço 
O fator de serviço, é um fator que aplicado à potência nominal, indica a carga permissível que 
pode ser aplicada ao motor. Esse fator refere-se a uma capacidade de sobrecarga contínua, ou 
seja, uma reserva de potência que dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o 
funcionamento em condições desfavoráveis. Por exemplo, um FS = 1,15 significa que o motor 
pode suportar uma potência 15% superior à nominal. Assim, um motor de 30 CV seria capaz de 
suportar 30 x 1,15 = 34,5 CV continuamente. 
 
Classe de isolamento 
A classe de isolamento, indicada por uma letra normalizada, identifica o tipo de materiais 
isolantes empregados no isolamento do motor. As classes de isolamento são definidas pelo 
respectivo limite de temperatura; são as seguintes, de acordo com a ABNT: 
Classe A = 105ºC 
Classe E = 120ºC 
Classe B = 130ºC 
Classe F = 155ºC 
Classe H = 180ºC 
As classes B e F são as comumente usadas em motores normais. 
 
Regime 
O regime é o grau de regularidade da carga a que o motor é submetido. Os motores normais 
são projetados para regime contínuo, isto é, um funcionamento com carga constante, por 
tempo indefinido, desenvolvendo potência nominal. São previstos, por norma, vários tipos de 
regimes de funcionamento. 
 
Corrente de Partida 
Os motores elétricos são construídos obedecendo normas, segundo o uso a que se destinam, 
que os padronizam conforme definições da NEMA ou da ABNT. (Deverá constar na plaqueta 
de identificaçãoa letra correspondente ao seu padrão construtivo). 
Para a ABNT, 5 códigos são definidos, conforme a tabela seguinte: 
Letra Código IP - Corrente de partida direta (Motores com enrolamento tipo gaiola) 
A ALTA Acima de 6 x IN 
B NORMAL 3,80 a 6,00 x IN 
C NORMAL 3,80 a 6,00 x IN 
D NORMAL 3,80 a 6,00 x IN 
F BAIXA Até 4 x IN 
 
IN = Corrente Nominal do motor. 
IP = Corrente de Partida do motor. 
É comum encontrarmos motores com corrente de partida igual a 7 ou 8 vezes a corrente 
nominal. 
Porém, para os motores de produção seriada, normalmente encontrados no mercado, a 
corrente de partida situa-se entre 5,5 e 7,00 vezes a corrente nominal. (5,5 x IN < IP < 7,00 x IN). 
 
18 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 18 
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Grau de Proteção 
O grau de proteção é um código padronizado, formados pelas letras “IP” seguidas de um 
número de dois algarismos, que define o tipo de proteção do motor contra a entrada de objetos 
estranhos ou de água, conforme mostrado no quadro abaixo. Esses graus são definidos pela 
norma NBR-6146. 
 
1º ALGARISMO: Indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos e 
contato acidental. 
Algarismo Indicação
0 Sem proteção
1 Corpos estranhos de dimensões acima de 50mm
2 Corpos estranhos de dimensões acima de 12mm
3 Corpos estranhos de dimensões acima de 2,5mm
4 Corpos estranhos de dimensões acima de 1mm
5 Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motor
6 Totalmente protegido contra a poeira
1º Algarismo
 
 
2º ALGARISMO: Indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do motor. 
Algarismo Indicação
0 Sem proteção
1 Pingos de água na vertical
2 Pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical
3 Água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical
4 Respingos de todas as direções
5 Jatos d'água de todas as direções
6 Água de vagalhões
7 Imersão temporária
8 Imersão permanente
2º Algarismo
 
 
Obs.: A letra “W”, colocada entre as letras “IP” e os algarismos indicativos do grau de proteção, 
indica que o motor é protegido contra intempéries. 
 
Exemplo: 
IPW55 significa motor com grau de proteção IP55 quanto a penetração de poeiras e água, 
sendo, além disso, protegido contra intempéries (chuva, maresia, etc.). 
Os motores com grau IPW são também chamados motores de uso naval. 
 
19 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 19 
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CAPÍTULO 2 
PROTEÇÃO DOS CIRCUITOS ELÉTRICOS 
 
 
Introdução 
A elaboração de um esquema completo de proteção para uma instalação elétrica industrial 
envolve várias etapas, desde o estabelecimento de uma estratégia de proteção, selecionando 
os respectivos dispositivos de atuação, até a determinação dos valores adequados para a 
calibração destes dispositivos. 
Para que um sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe, deve responder aos 
seguintes requisitos básicos: 
 
a) Seletividade 
É a capacidade que possui o sistema de proteção de selecionar a parte danificada da rede e 
retirá-Ia de serviço sem afetar os circuitos sãos. 
b) Exatidão e segurança de operação 
Garante ao sistema.uma alta confiabilidade operativa. 
c) Sensibilidade 
Representa a faixa de operação e não operação do dispositivo de proteção. 
 
Todo projeto de proteção de uma instalação industrial deve ser feito globalmente e não 
setorialmente. Projetos setoriais Implicam numa descoordenação do sistema de proteção, 
trazendo, como conseqüência, interrupções desnecessárias de setores de produção, cuja rede 
nada depende da parte afetada do sistema. 
Basicamente, um projeto de proteção é feito com dois dispositivos: fusível e relé. E para que os 
mesmos sejam selecionados adequadamente é necessário se proceder à determinação das 
correntes de curto-circuito nos vários pontos do sistema elétrico. 
Os dispositivos de proteção contra correntes de curto-circuito devem ser sensibilizados pelo 
valor mínimo desta corrente. 
A proteção é considerada ideal, quando reproduz a imagem fiel das condições do circuito para 
o qual foi projetada, isto é, atua dentro das limitações de corrente, tensão e tempo para as 
quais foram dimensionados os equipamentos e materiais da instalação. 
A capacidade de um determinado circuito ou equipamento deve ficar limitada ao valor do seu 
dispositivo de proteção, mesmo que isto represente a sub-utilização da capacidade dos 
condutores ou da potência nominal do equipamento. . 
Os dispositivos de proteção devem ser localizados e ligados adequadamente aos circuitos, 
segundo regras gerais estabelecidas por normas e a seguir resumidamente abordadas: 
 
a) Os dispositivos devem ser ligados em cada condutor não aterrado do circuito a ser 
protegido. 
b) Nos circuitos em que há derivação de ramal com seção inferior ao circuito principal, 
protegido por um dispositivo de corrente nominal adequado aos condutores de menor 
seção, não há necessidade de se aplicar nenhuma proteção adicional no ponto de 
derivação. 
20 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 20 
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c) Os dispositivos de proteção devem ser localizados em pontos de fácil acesso. 
d) Os dispositivos de proteção de um circuito de carga motriz devem proteger os 
condutores, o dispositivo de comando e o próprio motor contra curto-circuito trifásico ou 
fase-terra. 
e) Os motores acima de 1 cv devem possuir proteção de sobrecorrente desde que 
funcionem em regime contínuo. 
f) Todos os motores trifásicos devem possuir proteção de sobrecarga e de curto-circuito. 
 
 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS DE BAIXA TENSÃO 
Dispositivos de proteção 
Os condutores e equipamentos, de uma maneira geral, componentes de um sistema industrial 
de baixa tensão, são, freqüentemente, solicitados por correntes e tensões acima dos valores 
previstos para operação em regime para os quais foram projetados. Estas solicitações, 
normalmente, vêm em forma de sobrecarga, corrente de curto-circuito, sobretensões e 
subtensões. Todas estas grandezas anormais devem ser limitadas no tempo de duração e 
módulo. . . 
Portanto, dispositivos de proteção encontrados nas instalações elétricas industriais devem 
permitir o desligamento do circuito, quando este está submetido às condições adversas 
anteriormente previstas. 
Na prática, os principais dispositivos utilizados são os fusíveis, tipos Diazed e NH, os 
disjuntores e os relés térmicos. 
 
Fusíveis 
São dispositivos destinados à proteção dos circuitos elétricos e que se fundem quando são 
percorridos por uma corrente de valor superior àquele para a qual foram projetados. 
Os fusíveis operam dentro de suas características próprias de tempo x corrente, conforme pode 
ser observado pela figura abaixo, para fusíveis NH: 
 
21 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 21 
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Os fusíveis NH apresentam características de limitação de corrente, isto é, o elo se funde 
durante a ascensão da onda de impulso, conforme pode ser observado na figura abaixo. 
 
 
 
Quando instalados em circuitos onde existem motores instalados, deve-se garantir que o 
fusível não atue com a corrente de partida do motor. 
 
 
Fusível tipo NH Fusível tipo Diazed 
 
 
 
 
22 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 22 
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Disjuntores de Baixa Tensão 
São dispositivos destinados à proteção de circuitos elétricos, os quais devem atuar, quando 
percorridos por uma correntede valor superior ao estabelecido para funcionamento normal. 
 
 
 
As principais características nominais dos disjuntores são: 
a) Corrente nominal 
É aquela que pode circular permanentemente pelo disjuntor. 
Os disjuntores ditos tropicalizados, são constituídos de um bimetal duplo que permite manter a 
sua corrente nominal até a uma temperatura, em geral, de 50°C, sem que o mecanismo de 
atuação opere. Ao contrário, os disjuntores providos de somente um bimetal são ajustados 
para atuarem a uma temperatura de 25°C. 
Considerando a utilização de disjuntores tropicalizados em quadros de distribuição industriais, 
onde a temperatura pode ser elevada, superior a 50°C, deve-se corrigir a sua corrente nominal 
aplicando-lhe um fator de 0,80. Para temperaturas iguais ou inferiores a 50°C, pode-se utilizar 
toda a capacidade de corrente nominal do disjuntor, sem necessidade de aplicar nenhum fator 
de correção. 
Entretanto, para os disjuntores calibrados para 25oC, recomenda-se utilizar somente 70% da 
sua corrente nominal, já que na prática, as temperaturas internas dos quadros de distribuição 
são geralmente superiores a este valor. 
b) Tensão nominal 
É aquela à qual estão referidas a capacidade de interrupção e as demais características 
nominais. 
c) Capacidade nominal de interrupção de curto-circuito 
É a máxima corrente presumida de interrupção, valor eficaz, que o disjuntor pode interromper, 
operando dentro de suas características nominais de tensão e freqüência, e para um fator de 
potência determinado. 
 
23 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 23 
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Os disjuntores termomagnéticos operam de acordo com as suas curvas de características 
térmicas (curva T) e magnéticas (curva M), conforme pode ser observado na figura abaixo: 
 
 
 
 
 
Disjuntor Termomagnético em Caixa Moldada 
 
24 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 24 
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Relés bimetálicos de sobrecarga para contatores 
São dispositivos dotados de um par de lâminas construídas com metais de diferentes 
coeficientes de dilatação linear e que, quando atravessados por uma corrente de intensidade 
ajustada, aquecendo o bimetal, provoca, sob o efeito da dilatação térmica de suas lâminas, a 
operação de um contato móvel. 
Os relés bimetálicos de sobrecarga são constituídos de tal modo a permitir ajustes da corrente 
nominal dentro de determinadas faixas que podem ser escolhidas, conforme o valor da 
corrente e natureza da carga. 
Quanto maior for o valor da corrente de sobrecarga, menor será o tempo decorrido para a 
atuação do relé térmico. 
Normalmente, os relés de sobrecarga são acoplados a contatores, de largo emprego no 
acionamento de motores elétricos (figura abaixo). 
 
 
Relé de Sobrecarga e Contator 
 
Em geral, são tropicalizados, isto é, podem operar em ambientes cuja temperatura esteja 
compreendida numa faixa de - 25°C a + 55°C (característica dos relés térmicos, tipo 3UA, de 
fabricação SIEMENS). Para outros fabricantes, deve ser consultado o catálogo 
correspondente. 
Os relés de sobrecarga, quando aquecidos à temperatura de serviço, têm, nas suas curvas 
características de disparo, os tempos reduzidos, em geral, a 25% ou a 50% dos tempos 
indicados. 
Os relés de sobrecarga devem ser protegidos contra as elevadas correntes de curto-circuito. 
Normalmente, os fabricantes fornecem a capacidade máxima dos fusíveis que devem ser 
empregados no circuito para garantir a integridade do relé e que em nenhuma hipótese deve 
ser superada. 
 
Dimensionamento dos Dispositivos de Proteção 
Conhecidos os dispositivos de proteção e suas características básicas de funcionamento, 
podem agora ser determinados os seus valores nominais quando indicados para atuarem num 
esquema de proteção. 
Inicialmente, os dispositivos de proteção serão dimensionados em função das características 
elétricas do sistema, quais sejam: 
a) Corrente nominal; 
b) Corrente de curto-circuito; 
c) Corrente de partida dos motores. 
25 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 25 
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Posteriormente, deverão ser aplicados sobre o esquema de proteção os conceitos de 
seletividade. Cabe advertir que os ajustes necessários ao esquema de proteção, impostos 
pelos requisitos da seletividade, não devem comprometer a segurança da instalação. 
 
Curto-Circuito 
Como vimos, ao dimensionarmos dispositivos de proteção, um dos parâmetros decisivos para 
sua correta escolha é sua capacidade de interrupção de corrente. É de suma importância que 
esta seja maior que a máxima corrente de curto-circuito calculada para o trecho a ser protegido 
pelo dispositivo, sob pena do dispositivo não cumprir corretamente sua função. 
Por esta razão, a determinação das correntes de curto-circuito nas instalações elétricas é 
fundamental para elaboração do projeto de proteção e coordenação dos seus diversos 
elementos. 
Os valores destas correntes são baseados no conhecimento das impedâncias, desde o ponto 
de defeito até a fonte geradora. 
As correntes de curto-circuito adquirem valores de grande intensidade, porém, com duração 
geralmente limitada a frações de segundo. São provocadas, mais comumente, pela perda de 
isolamento de algum elemento energizado do sistema elétrico. Os danos provocados na 
instalação ficam condicionados à intervenção correta dos elementos de proteção. Os valores 
de pico estão, normalmente, compreendidos entre 10 e 100 vezes a corrente nominal do ponto 
de defeito da instalação e dependem da localização deste. 
Além das avarias provocadas pela queima de componentes da instalação, as correntes de 
curto-circuito geram solicitações de natureza mecânica, atuando, principalmente, sobre os 
barramentos, chaves e condutores, ocasionando o rompimento dos apoios e deformação na 
estrutura dos quadros de distribuição, caso o dimensionamento destes não seja adequado. 
 
 
Tipos de Curto-Circuito 
Os defeitos nas instalações elétricas podem ocorrer em uma das seguintes formas: 
 
a) Curto-circuito trifásico 
Quando as tensões nas três fases se anulam no ponto de defeito. Na maioria das instalações 
industriais, o máximo valor da corrente de curto-circuito é obtido durante a ocorrência de uma 
falha trifásica. É utilizado na seleção dos dispositivos de proteção e manobra e no 
dimensionamento dos barramentos. 
b) Curto-circuito bifásico 
Este defeito pode ocorrer em duas situações distintas, ou seja: na primeira, há o contato 
somente entre dois condutores de fases diferentes e na segunda, além do contato direto entre 
os citados condutores, há a participação do elemento terra. 
c) Curto-circuito fase-terra 
À semelhança do anterior, o defeito monopolar pode ocorrer em duas situações diversas: na 
primeira, há somente o contato entre um condutor fase e a terra e na segunda, há o contato 
simultâneo entre dois condutores fase e a terra. 
 
26 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 26 
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É interessante reduzir-se a intensidade das correntes de curto-circuito, de uma maneira geral. 
Algumas prescrições de projeto podem ser adotadas, ou seja: 
a) Dimensionar os transformadores de força com impedância percentual elevada; 
b) Dividir a carga da instalação em circuitos parciais alimentados por vários transformadores; 
c) inserir uma impedância no neutro do transformador, quando se deseja limitar a corrente 
monopolar. 
 
A base de qualquer sistema de proteção está calcada no conhecimento dos valores das 
correntes de curto-circuito da instalação. Deste modo são dimensionados os fusíveis e 
disjuntores, e determinados os valoresnominais dos dispositivos e equipamentos a serem 
utilizados, em função dos limites da corrente de curto-circuito indicados pelos fabricantes dos 
mesmos. 
 
 
Cálculo de uma Corrente de Curto-Circuito 
No cálculo das correntes de curto-circuito, utiliza-se uma forma de expressão das grandezas 
envolvidas chamada “Per Unit” ou em Português, “Por Unidade” (PU). 
O valor de uma grandeza em “pu” é definido como sendo a relação entre esta grandeza e o 
valor adotado arbitrariamente como sua base, sendo expresso em um número decimal. O valor 
em “pu” pode ser também expresso em percentagem, que corresponde a 100 vezes aquele 
valor decimal. 
Os valores de tensão, corrente, potência e impedância de um circuito são, muitas vezes, 
expressos desta forma. 
Usando a impedância em (%), a corrente de curto-circuito trifásica é calculada pela fórmula: 
 
 
IK3 = 
 
 
IK3 = corrente de curto-circuito trifásica 
In = corrente nominal 
Z% = impedância em (%) 
 
 
Exemplo: 
Calcular a corrente de curto-circuito na saída de um transformador com as seguintes 
características: 
Potência = 1.000 kVA 
Tensão primária = 25 kV 
Tensão secundária = 380 V 
Impedância = 4,63% 
 
100 . In 
 Z% 
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Em primeiro lugar calculamos a corrente nominal; sabemos que S = V . I . √ 3 . 
Logo, 
 I = S / V . √ 3 
 
In = 1.000.000 / 380 . 1,732 = 1.519 A 
 
IK3 = 100 . 1.519 / 4,63 
 
IK3 = 32.815 A 
 
Isso significa que o dispositivo de proteção instalado imediatamente na saída do transformador 
(disjuntor ou fusível), deve ter uma capacidade de interrupção superior a essa corrente, 
operando na tensão de 380V. 
 
Aterramento 
Toda instalação elétrica de alta e baixa tensão, para funcionar com desempenho satisfatório e 
ser suficientemente segura contra risco de acidentes vitais, deve possuir um sistema de 
aterramento dimensionado adequadamente para as condições particulares de cada projeto. 
Um sistema de aterramento visa: 
a) Segurança de atuação da proteção; 
b) Proteção das instalações contra descargas atmosféricas; 
c) Proteção do indivíduo contra contatos em partes metálicas da instalação energizadas 
acidentalmente; 
d) Uniformização do potencial em toda área do projeto, prevenindo contra tensões 
perigosas que possam surgir durante um curto fase-terra. 
 
As normas brasileiras NBR-5410 (Instalações Elétricas de Baixa Tensão), NBR-5419 (Proteção 
de Estruturas contra Descargas Atmosféricas), NBR-14039 (Instalações Elétricas de Média 
tensão de 1,0 kV a 36,2 kV) e NR-10 (Segurança em Instalações e Serviços de Eletricidade) 
abordam e regulamentam as instalações elétricas, incluindo o aterramento. 
 
Perigos da Corrente Elétrica 
Os acidentes mais comuns a que estão submetidas as pessoas, principalmente aquelas que 
trabalham em processos industriais ou desempenham tarefas de manutenção e operação de 
processos industriais, é o toque acidental em partes metálicas energizadas, ficando o corpo 
ligado eletricamente sob tensão entre fase e terra. 
O limite de corrente suportado pelo indivíduo é de 25mA, em média, para uma freqüência de 
60Hz, apesar do sofrimento físico do acidentado. Para corrente contínua esse valor sobe a 
50mA. 
Foi comprovado também, que, entre um eletrodo seguro com a mão e o solo úmido, uma 
pessoa vestindo calça molhada, calçada com sapatos, apresenta uma resistência elétrica entre 
1.000 e 2.000 Ω. Nestas condições, o limite de tensão suportável é de 25V para corrente 
alternada e de 50V para corrente contínua. Estes valores máximos de tensão são os tolerados 
pela CEI (Comissão Eletrotécnica Internacional). 
28 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 28 
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Para a proteção de indivíduos contra desgargas elétricas em instalações de Baixa Tensão, 
devem ser empregados os dijuntores do tipo “DR” (Diferencial residual), que detectam fugas de 
corrente para a terra. 
 
 
Elementos da Malha de Terra 
Os principais elementos de uma malha de terra são: 
a) Eletrodos de terra – geralmente em cobre ou aço cobreado; 
b) Condutor de aterramento – interliga os terminais de aterramento à malha de terra; 
c) Condutor de proteção – interliga as carcaças dos equipamentos aos terminais de 
aterramento. 
 
À malha de terra, devem ser ligadas as seguintes partes do sistema elétrico: 
a) Neutro do transformador de potência; 
b) Pára-raios de distribuição; 
c) Carcaças metálicas dos equipamentos elétricos: transformadores de potência e 
medição, disjuntores, capacitores, motores, etc.; 
d) Suportes metálicos das chaves fusíveis e seccionadoras, isoladores de apoio, 
transformadores de medição, chapas de passagem, telas de proteção, etc.; 
e) Estruturas dos quadros de distribuição de luz e força; 
f) Estruturas metálicas em geral. 
 
 
Resistência de Terra 
Para um perfeito funcionamento de um sistema de aterramento, sua resistência de terra deverá 
estar dentro de certos limites, que são estabelecidos por normas específicas. De uma maneira 
geral, considera-se como resistência de terra o efeito de três resistências, a saber: 
a) A resistência relativa às conexões existentes entre os eletrodos de terra (hastes e 
cabos); 
b) A resistência relativa ao contato entre os eletrodos de terra e a superfície do terreno em 
torno dos mesmos; 
c) A resistência relativa ao terreno nas imediações dos eletrodos de terra, denominada 
também, de “resistência de dispersão”. 
 
O primeiro componente é de valor desprezível perante os demais e, por isso, não é 
considerado no dimensionamento do sistema de aterramento. Na prática, a resistência de terra 
pode ser geralmente identificada como sendo as resistências especificadas em “b” e “c”. 
 
29 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 29 
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CAPÍTULO 3 
SUBESTAÇÕES ABAIXADORAS – MÉDIA / ALTA TENSÃO 
 
Generalidades 
Normalmente as concessionárias de serviço público de eletricidade, estabelecem limites de 
carga para o fornecimento de energia elétrica aos consumidores em tensão secundária, ou 
baixa tensão. A partir desses limites, há necessidade de instalação de uma subestação 
abaixadora a qual deve obedecer aos padrões estabelecidos pela concessionária, para que 
possa ser aprovada. A entrada será em média tensão em 13,8 kV, 25kV ou mesmo em alta 
tensão, como 138kV. 
Por se tratar de uma instalação de alta tensão, devem ser tomadas todas as medidas exigidas 
pelas normas específicas. Além disso, todos devem estar cientes de que se trata de uma 
instalação perigosa, exigindo medidas e procedimentos de segurança. 
Veremos a seguir, de uma forma sucinta, os componentes básicos de uma subestação 
abaixadora, de forma a permitir que tenhamos uma visão global do assunto. 
 
 
 
12
1313
14 14
15
Barramento de A.T.
Barramento de B.T.
12
1313
14 14
15
Barramento de A.T.
Barramento de B.T.
30 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 30 
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(1) – Pára-raios de distribuição 
Destinado à proteção de sobretensão provocada por descargas atmosféricas ou por 
chaveamento na rede. 
 
 
(2) – Chave fusível 
 Equipamento destinado à proteção de sobrecorrente da rede. 
 
 
(3) – Mufla terminal primária ou terminação 
Dispositivo destinado a restabelecer as condições de isolação da extremidade de um 
condutor isolado, quando este for conectado a um condutor nu. 
 
31 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 31 
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(4) – Cabo de energia(5) – Transformador de corrente para medição de energia (TC) 
Equipamento capaz de reduzir a corrente que circula no seu primário para um valor 
inferior, no secundário, compatível com o instrumento registrador de medição 
(medidores). 
 
 
 
(6) – Transformador de potencial (TP) 
 É um equipamento capaz de reduzir a tensão do circuito para níveis compatíveis com a 
máxima suportável pelos aparelhos de medida. 
 
 
 
(7) – Medidores de energia 
 
(8) – Chave seccionadora primária 
É um equipamento destinado a interromper, de modo visível, a continuidade elétrica de 
um determinado circuito. Devido à sua capacidade de interrupção de corrente ser 
praticamente nula, as chaves seccionadoras somente devem ser operadas com o 
circuito a vazio (sem carga). Existem também, chaves seccionadoras interruptoras, que 
são capazes de desconectarem um circuito operando a plena carga. 
 
 
32 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 32 
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(9) – Relé secundário de sobrecorrente 
 Destinado a proteger o circuito contra sobrecorrentes. O desenho abaixo mostra um relé 
tradicional, eletromecânico, que ainda é encontrado em subestações antigas. Hoje existem 
relés eletrônicos que desempenham funções múltiplas. 
 
 
 
(10) – Disjuntor de potência 
É um equipamento destinado à manobra e proteção de circuitos primários, capaz de 
interromper grandes potências de curto-circuito durante a ocorrência de um defeito. 
Pode ser a óleo, a vácuo ou a gás SF6 (hexafluoreto de enxofre). Este gás deve ser 
manuseado somente por pessoas habilitadas por se tratar de um gás causador de efeito 
estufa. 
 
 
 
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(11) – Transformador de potência 
 Equipamento para reduzir a tensão. Estudado no capítulo 1. 
 
 
 
(12) – Relé de Sobretensão 
 Destinado a proteger o circuito contra sobretensões. Existem relés eletrônicos que 
executam esta função juntamente com a proteção de sobrecorrente. 
 
(13) – Relé Diferencial 
 Funciona comparando a corrente do primário com a do secundário e desliga se houver 
alguma diferença entre elas (corrigidas, obviamente, as diferenças inerentes à relação de 
transformação). É normalmente usado apenas em transformadores de 138kV ou mais. 
 
(14) – Disjuntor de B.T. 
 
(15) – Banco de Capacitores 
 Usado para corrigir o fator de potência. Pode ser manual ou automático. Devido à sua 
natureza, os capacitores podem acumular carga mesmo depois de desligados. Alguns modelos 
incorporam, interna ou externamente, resistores de descarga, mas existe um tempo para que 
ela se efetue, e que pode chegar até 5 minutos. Sempre que for manusear ou executar algum 
trabalho que envolva capacitores, verificar, antes, se estão descarregados. 
 
Aterramento 
Devido à presença de altas tensões, é importante garantir que todos os pontos que possam ser 
tocados estejam devidamente aterrados a fim de proteger os indivíduos que estiverem na 
subestação. Para reduzir a “Tensão de Toque” e a “Tensão de Contato”, todas as partes 
metálicas da subestação devem estar aterradas, incluindo estruturas, equipamentos, painéis, 
etc. Para reduzir a “Tensão de Passo”, uma malha de aterramento deve ser instalada no piso 
da subestação. 
Mais detalhes sobre aterramento e outras proteções podem ser encontrados no capítulo 5 da 
norma NBR 14039 – Instalações Elétricas de Média Tensão (de 1 kV a 36,2 kV). 
 
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Procedimentos básicos de segurança em uma subestação e em eletricidade em geral 
 
Uma vez que estamos lidando com níveis de tensão e corrente elevados e que apresentam 
riscos para a vida humana, são necessários diversos cuidados e procedimentos de segurança 
ao executarmos serviços em subestações ou em eletricidade em geral. Lembraremos aqui 
alguns desses procedimentos básicos, porém fundamentais: 
 
1 – Utilizar sempre ferramentas, instrumentos e EPI’s (incluindo a vestimenta de trabalho) 
apropriados e certificados pela NR-10; 
2 – Jamais executar serviços ou entrar sozinho em uma subestação, sem que haja um outro 
profissional observando, da entrada da subestação, a execução do serviço; 
3 – Nunca abrir um circuito energizado através de um dispositivo que não seja apropriado para 
operação sob carga; 
4 – No caso de existirem capacitores para correção do Fator de Potência, verificar se os 
mesmos já se encontram descarregados; 
5 – Em qualquer caso, mas em particular se existir gerador de emergência ou alguma outra 
fonte possível de alimentação, seja ela em AT ou em BT, verificar se o trecho que será alvo do 
serviço está completamente isolado à montante e à jusante, a fim de evitar retornos; 
6 – Sempre efetuar o aterramento temporário em uma linha de AT, utilizando a vara de 
manobra, antes de executar qualquer serviço nela ou mesmo dela se aproximar. 
7 – Verificar, com o Detetor de Tensão, operando-o com a vara de manobra, a presença de 
tensão na linha, antes de fazer o seu aterramento temporário; 
8 – Ao fazer o aterramento temporário, conectar, em primeiro lugar, a extremidade do lado da 
“Terra”. Só então conectar a outra extremidade à linha. 
9 – Utilizar bloqueios (cadeados, etc.) e colocar avisos de “NÃO LIGAR” nos disjuntores, 
chaves seccionadoras, fusíveis, etc., para evitar que a subestação ou o trecho alvo seja 
energizado acidentalmente durante a execução do serviço; 
10 – Utilizar um documento do tipo “Permissão de Trabalho” para liberação da área onde o 
trabalho será executado. Essa permissão deverá ser assinada pelo encarregado ou 
responsável da área elétrica e também pelo técnico de segurança da empresa; 
11 – Em geral, a seqüência simplificada de operação para se desenergizar uma subestação 
antes de nela executar qualquer serviço, é a seguinte: 
 
 1 – Desligar o disjuntor de AT; 
 2 – Abrir a chave seccionadora; 
 3 – Verificar a presença de tensão utilizando o Detetor de Tensão; 
 4 – Fazer o aterramento temporário; 
 5 – Emitir a “Permissão de Trabalho” após a verificação das condições de 
 segurança do local; 
6 – De posse da “Permissão de Trabalho” assinada, executar o trabalho, porém 
não sem antes verificar pessoalmente se as condições de segurança são 
adequadas. 
 
 
35 Máquinas Elétricas II – Engº. José Roberto Pereira - 2ª Edição - 2011 35 
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Bibliografia: 
 
- A COURSE IN ELECTRICAL ENGINEERING – Chester L. Dawes (6 vol.) 
- ELECTRIC CIRCUITS – Joseph A. Edminister 
- TEORIA DA ELETROTÉCNICA – Alfonso Martignoni 
- TRANSFORMADORES – Alfonso Martignoni 
- MÁQUINAS DE CORRENTE ALTERNADA – Alfonso Martignoni 
- MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA – Alfonso Martignoni 
- BASIC ELECTRICITY – Van Valkenburgh, Nooger & Neville, Inc. (5 vol.) 
- FUNDAMENTOS DE ELETROTÉCNICA – P. J. Mendes Cavalcanti 
- CÁLCULO DE ENROLAMENTOS DE MÁQUINAS ELÉTRICAS – Nardo T. Muñoz 
- INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS – João Mamede Filho 
- INSTALAÇÕES ELÉTRICAS – Hélio Creder 
- NOÇÕES DE ELETROTÉCNICA – Senai 
- CATÁLOGO GERAL DE MOTORES - WEG