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FACULDADE METROPOLITANA DE GUARAMIRIM – FAMEG ENGENHARIA ELÉTRICA Turma: EEL 1.9 PROJETO ELÉTRICO INDUSTRIAL EDSON FERREIRA FRANCISCO CHAGAS FELIX RODRIGUES ERICO MARTINS BARBOSA SILVA JOSÉ WEDER DE CASTRO LUCAS PONTALTI LIMA PROFESSOR: RUBENS BERNARDES DE CARVALHO INSTALAÇÕES DE MEDIA E ALTA TENSÃO Guaramirim – SC 2018 EDSON FERREIRA FRANCISCO CHAGAS FELIX RODRIGUES ERICO MARTINS BARBOSA SILVA JOSÉ WEDER DE CASTRO LUCAS PONTALTI LIMA PROJETO ELÉTRICO INDUSTRIAL Projeto elétrico industrial de média e de alta tensão apresentado à Faculdade Metropolitana de Guaramirim como requisito parcial para aprovação na disciplina de Instalações elétrica de média e alta tensão do curso de Engenharia Elétrica Orientador: Rubens Bernardes de Carvalho Guaramirim 2018 RESUMO Neste trabalho foram definidos os principais elementos necessários para o suprimento de energia elétrica de uma indústria. Assim para o desenvolvimento do projeto foi considerada as cargas previamente estabelecidas para o início da operação industrial. Desse modo com base nos fatores de demanda, de carga, de perda, de simultaneidade e de utilização foram estabelecidas as demandas fabris e estabelecida a divisão da carga em quadros de comando, de eliminação e de força. Além do cálculo da demanda, realizou-se também o dimensionamento dos cabos de alimentação geral, motores e iluminação, dessa forma fez o dimensionamento dos disjuntores de proteção do quadro geral, iluminação e da subestação de entrada da rede da concessionaria de energia elétrica. Palavras-chave: Demanda, disjuntor, condutor, Instalação Elétrica, Indústria. Sumário 1. OBJETIVOS ...................................................................................................... 2 1.1 Objetivo geral ....................................................................................... 2 1.2 Objetivo específico ...............................................................................2 1.3 INTRODUÇÃO ..................................................................................... 3 1.4 METODOLOGIA DE PROJETO ........................................................... 4 2. PROJETO DE INSTAÇÃO ELÉTRICA ............................................................. 5 2.1 NORMAS .............................................................................................. 5 2.2 ILUMINAÇÃO ....................................................................................... 5 2.2.1 Tipos de lâmpadas ............................................................................... 5 2.2.2 Tensões nominais de utilização – Iluminação ...................................... 5 2.3 TOMADAS ............................................................................................ 5 2.3.1 Tomadas de uso geral ......................................................................... 5 2.4 EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS – COMPONENTES BÁSICOS ........... 6 2.4.1 Painéis de Distribuição - BT ................................................................. 6 2.4.2 Na entrada da indústria deverão possuir as seguintes características 6 2.4.3 Para o Centro de Controle de Motores, CCM ...................................... 6 2.4.4 Para motores com potência acima de 30kW ........................................ 6 2.4.5 Para motores com potência até 30kW ................................................. 6 2.4.6 Transformadores .................................................................................. 7 2.4.7 Motores de Corrente Alternada .......................................................... ..7 2.4.8 Cabos ................................................................................................ ..7 3. FATORES DE PROJETO ELÉTRICO................................................................8 3.1 Fator de Demanda (Fd) ........................................................................... ..8 3.2 Fator de Carga (Fc) ................................................................................. ..8 3.3 Fator de Perda (Fpr) .............................................................................. ..8 3.4 Fator de simultaneidade (Fs).....................................................................8 3.5 Fator de Utilização (Fu).............................................................................9 4 MEMORIAL DO CÁLCULO DA DEMANDA.......................................................9 4.1 Corrente por circuito de iluminação Fluorescente (IFL) ......................... 10 4.2 Corrente por circuito de iluminação incandescente (IFI) ........................ 10 4.3 Corrente por circuito de tomadas (IFT) ................................................. 11 5 DIVISÃO DE CIRCUITOS POR FASE ........................................................... 13 6 CÁLCULO DA POTÊNCIA DO QDFL ............................................................ 13 6.1 Fator de Demanda para Iluminação e tomadas temos (QDFL) ............. 14 6.1.1 Dimensionamento do disjuntor geral do QDFL................................14 6.1.2 Dimensionamento dos Barramentos do Quadro ............................ 15 6.1.3 Cálculo de Demanda dos Motores – CCM1 ................................... 15 6.1.4 Cálculo dos disjuntores reserva Quadro de Distribuição - CCM1 .... 16 6.1.5 Cálculo de Demanda dos Motores – CCM2 ..................................... 17 6.1.6 Cálculo de Demanda Total – CCM2 ................................................ 18 6.1.7 Disjuntores reserva Quadro de Distribuição: CCM2 ........................ 19 7 DEMANDA TOTAL NO QDG ..................................................................... 19 7.1 Dimensionamento dos Barramentos do Quadro .................................... 20 7.2 Dimensionamento dos Barramentos do QDG ........................................ 20 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 24 9 ANEXOS ..................................................................................................... 25 Lista de Figuras Figura 1 – Planta Baixa Figura 2 – Quadro de Distribuição de Força e Iluminação (QDFL) Figura 3 – Quadro de Distribuição Geral (QDG) Figura 4 – Centro de Comando de Motores 1 (CCM1) Figura 5 – Centros de Comando de Motores 2 e 3 (CCM2 e CCM3) 1. OBJETIVOS O objetivo do trabalho consiste na elaboração de um projeto de instalação elétrico industrial. O projeto será baseado nas normas e critérios gerais atualmente vigentes no Brasil. 1.1 Objetivo geral Elaborar o projeto elétrico para o modulo industrial, considerando o aumento futuro de aproximadamente 5% de manda da fábrica. 1.2 Objetivo especifico · Explicar os Fatores de Demanda, de Carga, de Perda, de simultaneidade e de Utilização. · Efetuar os Cálculos de demanda e divisão em bloco das cargas de iluminação e das cargas do quadro de motores. · Desenhar em Planta baixa com a distribuição dos quadros de cargas. · Calcular a demanda do quadro de motores, dimensionamento dos condutores, disjuntores. 1.3 INTRODUÇÃO Para a realização de um projeto industrial de grande porte se faz necessário o prévio conhecimento das características da produção assim como das condições de fornecimento de energia por parte da concessionária. De posse dessas informações pretende-se cumprir todas as etapas necessárias para o início das operações industriais dentro dos níveis de segurança e de qualidade exigidos atualmente. Todo e qualquer projeto deve ser elaborado com base em documentos normativos que, no Brasil, são de responsabilidade da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Cabe, também, seguir as normas particulares das concessionárias de serviço público ou particular que fazem o suprimento de energia elétrica da área onde se acha localizada a indústria. Estas normas, em geral,não colidem com as da ABNT, porém indicam ao projetista as condições mínimas exigidas para que se efetue o fornecimento de energia à indústria, dentro das particularidades inerentes a cada empresa. 1.4 METODOLOGIA DE PROJETO O 1º passo será especificarmos toda a parte de iluminação, de motores e das tomadas de geral na indústria para que assim seja possível a realização do levantamento de todas as cargas instaladas. Em seguida, será elaborado o Diagrama Unifilar da indústria, onde as cargas serão divididas em quantos barramentos forem necessários respeitando a norma referente aos limites de corrente de cada barramento. O próximo passo consiste no cálculo da demanda, para que seja feito o correto dimensionamento dos condutores elétricos de cada painel e como critério foi adotado as características técnicas de cada carga com objetivo de escolher uma melhor isolação do cabo conforme o ambiente de instalação. E logo após fez se o correto dimensionamento dos disjuntores de proteção adotando o disjuntor mais próximo da necessidade da carga com os modelos padrão de mercado. 2. PROJETO DE INSTALAÇÃO ELÉTRICA Para a instalação elétrica da indústria deverão ser definidos alguns parâmetros como níveis de tensão, escolha de equipamentos, cabos elétricos, níveis de iluminância, etc. Para isso serão utilizadas as normas da ABNT mais recentes. 2.1 NORMAS Exceto onde indicado explicitamente, todo o projeto será realizado conforme as últimas normas da ABNT 5410 2004, Associação Brasileira de Normas Técnicas. 2.2 ILUMINAÇÃO 2.2.1 Tipos de Lâmpadas Na indústria serão utilizadas as seguintes lâmpadas: fluorescentes e incandescentes, sendo estas utilizadas nas áreas de processo da indústria e em alguns locais externos. 2.2.2 Tensões nominais de utilização – Iluminação Toda a iluminação da indústria terá tensão nominal de 220 V. 2.3 TOMADAS 2.3.1 Tomadas de uso geral As tomadas de uso geral terão tensão nominal de 220 V, 60Hz, As tomadas serão de fase, neutro e terra (F+N+PE), 220 V, 10A. 2.4 EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS – COMPONENTES BÁSICOS 2.4.1 Painéis de Distribuição - BT Os Painéis de Distribuição de 380 V serão para uso interno auto suportáveis, compostos de seções verticais, divididos em compartimentos individualizados por circuito elétrico construído para permitir ampliações futuras, em ambas as extremidades. 2.4.2 Na entrada da indústria deverão possuir as seguintes características Os disjuntores serão em caixa moldada, com as seguintes funções: · instantâneo ou por curto tempo; · contato auxiliar para sinalização e alarme para a atuação da proteção. · Transformadores de corrente para medição · Transformadores de potencial para medição/proteção. 2.4.3 Para o Centro de Controle de Motores, CCM: Os disjuntores serão em caixa moldada, com as seguintes funções: instantâneo ou por curto tempo; contato auxiliar para sinalização e alarme para a atuação da proteção. 2.4.4 Para motores com potência acima de 30kW: Disjuntores tripolar, tipo caixa moldada, como elemento magnético ajustável, e contato auxiliar para sinalização e alarme de atuação da proteção. 2.4.5 Para motores com potência até 30kW: Deverão ser utilizadas unidades compactas contator-disjuntor, tipo integral. 2.4.6 Transformadores Os transformadores serão do tipo a óleo e para uso esterno, com relação 13,8/0,38kV, “taps” de 2,5% localizados no lado de alta tensão, classe de isolação F e grau de proteção IP-23. 2.4.7 Motores de Corrente Alternada Em geral, todos os motores trifásicos serão do tipo indução, com rotor de gaiola. As condições especiais de operação, tais como partidas frequentes, velocidade variável ou múltipla, partida com tensão reduzida, etc., deverão ser consideradas individualmente. Todos os motores serão do tipo totalmente fechados com ventilação externa (TFVE), grau de proteção IP-55, isolamento classe F e elevação de temperatura máxima permissível 80°C. 2.4.8 Cabos Os condutores isolados utilizados no projeto deverão ser de cobre e sua seção deve obedecer a demanda da carga. Logo abaixo segue os tipos de cabos e suas características de isolação: · Tensão de isolamento: 0,6/1 kV, para baixa tensão e 20/35 kV para média tensão · Isolação/Capa externa: PVC/PVC, para baixa tensão e XLPE/XLPE para média tensão. · Classe de encordoamento: Classe 5 para condutores com seção nominal de até 16mm² e classe 2 para seções superiores. · Temperatura máxima em trabalho contínuo: 70°C para os cabos de baixa tensão e 105º C para os cabos de média tensão. · Número de condutores: múltiplo para seções nominais até 70 mm2 (inclusive) e singelo para seções superiores. · Instalação: dutos envelopados, leitos para cabos e eletrodutos aparentes. 3. FATORES DE PROJETO ELÉTRICO 3.1 Fator de Demanda (Fd) É a relação entre a demanda máxima (D.máx.) do sistema e a carga total conectada (P.inst.) (potência Instalada). 3.2 Fator de Carga (Fc) É a razão entre a demanda média, durante um intervalo de tempo e a demanda máxima registrada no mesmo período. 3.3 Fator de Perda (Fpr) É a relação entre a perda de potência na demanda média e a perda de potência na demanda máxima, ou seja, o fator perda de energia do sistema. 3.4 Fator de simultaneidade (Fs) É a relação entre a demanda máxima do grupo de aparelho pela soma das demandas individuais dos aparelhos do mesmo grupo. 3.5 Fator de Utilização (Fu) É o fator aplicado a potência nominal do aparelho para se obter a potência média absorvida pelo mesmo nas condições de utilização. 4 MEMORIAL DO CÁLCULO DA DEMANDA Foi considerada uma indústria representada pela figura 1 conforme abaixo: Figura1 – Planta baixa GRUPO3 LÂMPADAS FLUORESCENTES N 176 POT(W) 2X40 LÂMPADAS INCANDESCENTES N 55 POT(W) 100 TOMADAS N 59 POT(VA) 200 MOTOR 1 N 11 POT(CV) 100 MOTOR 2 N 11 POT(CV) 40 MOTOR 3 N 6 POT(CV) 60 No quadro de Luz e Tomadas QDFL, temos: · 176 Lâmpadas fluorescentes de 40W com reator duplo (2x40) · 55 lâmpadas incandescente de 100W. · 59 Tomadas TUG de 200VA Lâmpadas fluorescentes: (176W x 40) + (12W x 88) = 7136W Lâmpadas incandescentes: 100W x 55 = 5500W Tomadas: 200W x 59 = 11800VA 11800VA x 0,8 = 9440W Motor 1: 100CV x 11 = 11000CV 11000CV x 736 = 8096KW Motor 2: 40CV x 11 = 440CV 440CV x 736 = 323,84KW Motor 3: 60CV x 6 = 360CV 360CV x 736 = 264,96KW 4.1 Corrente por circuito de iluminação Fluorescente (IFL): DIFL = 11 x 80 +12 = 1065,26VA = demanda por circuito, onde devemos multiplicar por 8 circuitos 0,95 DIFL = 8 x 1065,26VA = 8522,10VA = demanda total da iluminação fluorescente. IFL = 1065,26VA = 4,84A = corrente por circuito de iluminação fluorescente. 220V Conforme os cálculos acima apresentados, utilizaremos 8 disjuntores de 6A para os circuitos de iluminação fluorescentes, acrescentando 3 circuitos de reserva no quadro de distribuição. 4.2 Corrente por circuito de iluminação incandescente (IFI): D IFI = 11 x 100 = 1100 VA = demanda por circuito, onde devemos multiplicar por 5 circuitos. 1 DIFI = 5 x 1100VA = 5500VA = demanda total da iluminação incandescente. IFI = 1100VA = 5,0A = corrente por circuito de iluminação incandescente. 220V Conforme os cálculos acima apresentados, utilizaremos 5 disjuntores de 6A para os circuitos de iluminação fluorescentes, acrescentando 2 circuitos de reserva no quadro de distribuição. 4.3 Corrente por circuito de tomadas (IFT): Circuito com 7 tomadas de uso geral (TUG) DIFT = 7 x 200VA = 1400VA = demanda por circuitode 7 tomadas cada circuito. IFT = 1400VA = 6,36A = corrente por circuito de 7 tomadas cada. 220V Circuito com 10 tomadas de uso geral (TUG) DIFT = 10 x 200VA = 2000VA = demanda por circuito de 10 tomadas cada circuito. IFT = 2000VA = 9,09A = corrente por circuito de 10 tomadas cada. 220V Figura 2 - Quadro de Distribuição de Força e Iluminação (QDFL) DIFTtotal = (7 x 1400VA) + 2000VA = 11800VA = demanda total para as tomadas. Conforme os cálculos acima apresentados, utilizaremos 8 disjuntores de 10A para os circuitos de tomadas de uso geral (TUG), acrescentando 3 circuitos de reserva no quadro de distribuição. 5 DIVISÃO DE CIRCUITOS POR FASE FASE R S T CIRCUITO (IFL) 4 x 4,84A 4 x 4,84A CIRCUITO (IFI) 2 x 5A 3 X 5A CICUITO (IFT) 3 x 6,36A 1 x 9,09A 4 X 6,36A TOTAL (A) 38,44A 38,45A 40,44A Número de circuitos reserva = 6 (mínimo 4, adotado 6) Icirc.reserva = 40,44A = 5,77A = valor da corrente dos circuitos reserva. 7 6 disjuntores reserva de 6A cada. 6 CÁLCULO DA POTÊNCIA DO QDFL: A corrente IL foi calculada a partir da soma da maior corrente demonstrada na divisão dos circuitos, somando a corrente dos disjuntores reserva, que serão 2 disjuntores reserva por fase, conforme podemos visualizar abaixo: IL = 40,44 + (2 x 5,77) = 51,98A. Então, temos: S = √3 x 380V x 51,98A = 34,21KVA Adotando FP = 0,9 temos: P = S x FP P = 34,21 x 0,9 = 30790,9W 6.1 Fator de Demanda para Iluminação e tomadas temos (QDFL): Potência = 30.790,9 W Valor Nominal Valor com demanda Fator de 100% Para os Primeiros 20kW 20000 20000 70% Para o excedente 10790,9 7553,66 Valor da potência aplicando o fator de demanda 27553,66W 6.1.1 Dimensionamento do disjuntor geral do QDFL: IQDFL = 27553,66 = 46,51A √3 x 380V x 0,9 O valor comercial do disjuntor será: 50A 6.1.2 Dimensionamento dos Barramentos do Quadro: Barramento Principal: Corrente mínima a ser suportada: 50A Barramento Secundário: Corrente mínima a ser suportada 10ª Tabela I (AC~DC) (A) Diâmetro Barramento Primário 73 1 x 3 8 8 Barramento Secundário 48 1 x 1 8 4 6.1.3 Cálculo de Demanda dos Motores – CCM1: P1=100CV Nm=11 motores η=0,946, tabela motores Fp=0,85, tabela motores Fu=1, tabela de Fator de utilização Fs=1,15 , tabela de Fator de Simultaneidade D1 = 11 x 100 x 736 x 1 x 1 , 15 = 1157865,93VA 0 ,946 x 0, 85 D1 = 1157,86KVA A demanda do CCM1 = 1157,86KVA Nota: este quadro também alimentando o QDFL - Disjuntor reserva do quadro de distribuição: CCM1 Acrescentar 3 circuitos de reserva no quadro CCM1 6.1.4 Cálculo dos disjuntores reserva Quadro de Distribuição - CCM1: IL1 = 100 x 736 = 139,06A = corrente de cada motor. √3 x 380V x 0,946 x 0,85 Corrente do disjuntor ID = 160A Térmico ajustado ID = 140A CCM1 = 1157,86KVA para 11 circuitos, logo temos: 1157,86KVA = 105,26KVA por circuito. 11 Considerando que o CCM1 está alimentando também o QDFL (S = 34,212kVA) CCM1 = 1157,86KVA + (3 x 105,26KVA) + 34,212KVA = 1507857,93VA ICCM1 = 1507857,93VA = 2290,95A √3 x 380V Corrente do disjuntor ID = 2500A Térmico ajustado ID = 2300A CCM1 11 disjuntores de 160A para os motores (ABW 2500 marca WEG) + 3 espaços reserva. 1 disjuntor de 50A para o QDFL. 6.1.5 Cálculo de Demanda dos Motores – CCM2: Neste calculo entra a demanda do grupo de motores 2 e grupo 3. P2=40CV Nm=11 motores η=0,934, tabela motores Fp=0,85, tabela motores Fu=0,85, tabela de Fator de utilização Fs=1,15 , tabela de Fator de Simultaneidade D 2 = 11 x 4 0 x 736 x , 0 85 x 1,15 = 398732 , 3 3 VA 0 , 9 3 4 x 0, 85 D2 = 398,73KVA I L 2 = 398,73 KVA = 56 , 34 A = corrente de cada motor. √3 x 380V x 0,934 x 0,85 Corrente do disjuntor ID = 65A Térmico ajustado ID = 60A P3=60CV Nm=6 motores η=0,941, tabela motores Fp=0,86, tabela motores Fu=0,87, tabela de Fator de utilização Fs=1,15, tabela de Fator de Simultaneidade D3 = 6 x 60 x 736 x 0,87 x 1,15 = 327573,93VA 0 ,941 x 0, 86 D3 = 327,57KVA I L3 = 327,57 KVA = 82,91A = corrente de cada motor. √3 x 380V x 0,941 x 0,86 Corrente do disjuntor ID = 90A Térmico ajustado ID = 85A 6.1.6 Cálculo de Demanda Total – CCM2: DT = D2 + D3 DT = 398732,33 + 327573,93 = 726306,26VA A demanda do CCM2 = 726,31KVA CCM2 = 726,31KVA para 17 circuitos, logo temos: 726,31KVA = 42723,90VA por circuito. 17 6.1.7 Disjuntores reserva Quadro de Distribuição: CCM2 Nota: deixar 4 circuitos reserva no quadro CCM2 CCM2 = 726306,26VA + (4 x 42723,90VA) = 897201,86VA = demanda total. ICCM2 = 897201,86VA = 1363,16A = corrente total CCM2 √3 x 380V Corrente do disjuntor ID = 1600A Térmico ajustado ID = 1400A CCM2 11 disjuntores de 65A. 6 disjuntores de 90A 1 disjuntor de 1600A. 4 espaços reserva. 7 Demanda Total no QDG (Quadro de Distribuição Geral) DT = Demanda dos CCM´s + a Demanda de Iluminação + Tomadas DT = DCCM1 + DCCM2 DT = (M1 + QDF1) + (M2 + M3) DT = 1507857,93 + 897201,86 DT = 2405059,79VA IQDG = 2405059,79VA = 3654,11A √3 x 380V 7.1 Dimensionamento dos Barramentos do Quadro: CCM1 Barramento Principal: Corrente mínima a ser suportada: 2290,95A Barramento Secundário: Corrente mínima a ser suportada 160A CCM2 Barramento Principal: Corrente mínima a ser suportada: 1363,16A Barramento Secundário: Corrente mínima a ser suportada 90A Tabela I (AC~DC) Barramento Primário (A) Diâmetro Barramento Secundário (A) Diâmetro CCM1 2324 3 x 4x1 8 2 179 1 x 1 4 2 CCM2 1420 3 x 2x3 8 4 112 1 x 5 4 16 7.2 Dimensionamento dos Barramentos do QDG: Barramento Principal: Corrente mínima a ser suportada: 3654,11A Barramento Secundário: Corrente mínima a ser suportada 2290,95A Tabela I (AC~DC) (A) Diâmetro Barramento Primário 3832 5 x 4x3 8 4 Barramento Secundário 2324 3 x 4x1 8 2 Quadro de Distribuição Geral (QDG) Centro de Comando de Motores 1 (CCM1) Centros de Comando de Motores 2 e 3 (CCM2 e CCM3) Figura 3 - Figura 6 - Figura 5 - 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT 5410 – 2004, Instalações Elétricas de Baixa Tensão. ABNT 5419 – 2005, Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. API Standard 610-1995, Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical, and Gas Industry Services. Catálogo WEG – Motores Elétricos. IEEE 1159-1995, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. Submódulo 2.8 – Gerenciamento dos indicadores de desempenho da rede básica e de seus componentes. Gonzalez, M.L. y, Pires, I.A., et ali, Correntes harmônicas em aparelhos eletrodomésticos, VI SBQEE – Seminário Brasileiro sobre Qualidade de energia elétrica, 21 a 24 de agosto de 2005, Belém-PA. Pires, I.A, Caracterização de harmônicos causados por equipamentos eletro- eletrônicos residenciais e comerciais no sistema de distribuição de energiaelétrica. 9 ANEXOS ANEXO I – Dimensionamento de Disjuntores Monofásicos e Trifásicos - WEG ANEXO II – Folha de Dados para Motores Trifásicos de Indução - WEG ANEXO III – Folha de Dados de Dimensionamento de Barramentos - UNIVERSO ELÉTRICO
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