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Projetos Elétricos I Janaina Quarti Eletrotécnica Janaina Quarti Projetos Elétricos I Criciúma Eletrotécnica SATC — Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa Catarina Presidente de Honra Ruy Hülse Diretor Executivo Fernando Luiz Zancan Diretor Administrativo Financeiro Marcio Zanuz Diretor Carlos Antônio Ferreira Coordenação Geral da Faculdade Jovani Castelan Coordenação do Colégio SATC Izes Ester Machado Belolli Coordenação do Centro Tecnológico SATC Luciano Dagostin Biléssimo Secretária Acadêmica Hilda Maria Furlan Ghisi Cruz Pesquisadora Institucional Kelli Savi da Silva Coordenador EaD Jaqueline Marcos Garcia de Godoi Coordenador do Curso Gilberto Fernandes da Silva Produção do Material Didático Equipe EaD. SUMÁRIO APRESENTAÇÃO .................................................................................................... 07 UNIDADE 1: PROJETOS: CONCEITOS, ATRIBUIÇÕES E ESPONSABILIDADE PROFISSIONAL ........................................................................................................ 09 TÓPICO 1: CONCEITO DE PROJETO ..................................................................... 10 TÓPICO 2: DIMENSÃO ÉTICA DO TRABALHO DO PROJETISTA ........................ 10 TÓPICO 3: RESPONSABILIDADE PROFISSIONAL ............................................... 11 TÓPICO 5: COMPETÊNCIA PROFISSIONAL ......................................................... 12 EXERCÍCIOS ............................................................................................................ 13 CHECK LIST ............................................................................................................. 14 UNIDADE 2: PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS ...................................... 15 TÓPICO 1: PARTES DE UM PROJETO......................................................................16 TÓPICO 2: SÍMBOLOS GRÁFICOS............................................................................17 TÓPICO 3: NORMAS TÉCNICAS ............................................................................ 18 EXERCÍCIOS ............................................................................................................ 19 CHECK LIST ............................................................................................................. 20 UNIDADE 3: PREVISÃO DE CARGAS DA INSTALAÇÃO ELÉTRICA....................21 TÓPICO 1: OBJETIVO .............................................................................................. 22 TÓPICO 2: PREVISÃO DE CARGAS PARA UNIDADES RESIDENCIAIS .............. 22 TÓPICO 3: PREVISÃO DE CARGAS PARA ÁREAS COMERCIAIS ...................... 29 EXERCÍCIO ............................................................................................................... 30 CHECK LIST ............................................................................................................. 31 UNIDADE 4: DEMANDA DE ENERGIA......................................................................32 TÓPICO 1: INTRODUÇÃO..........................................................................................33 TÓPICO 2: CONCEITOS FUNDAMENTAIS ............................................................. 33 TÓPICO 3: DEMANDA DE RESIDÊNCIAS INDIVIDUAIS.........................................34 TÓPICO 4: DEMANDA TOTAL PARA EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO..................38 TÓPICO 5: DEMANDA TOTAL PARA EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO COM UNIDADES RESIDENCIAIS E COMERCIAIS ...........................................................47 EXERCÍCIO ..................................................................................................... .........51 CHECK LIST ............................................................................................................ 53 UNIDADE 5: DIVISÃO DA INSTALAÇÃO EM CIRCUITOS......................................54 TÓPICO 1: LOCAÇÃO DOS PONTOS.......................................................................55 TÓPICO 2: SETORES DE UMA INSTALAÇÃO ELÉTRICA .................................... 55 TÓPICO 3: QUADROS ELÉTRICOS..........................................................................56 TÓPICO 4: DIVISÃO DA INSTALAÇÃO EM CIRCUITOS TERMINAIS.....................57 TÓPICO 5: TUBULAÇÕES E FIAÇÃO.......................................................................58 TÓPICO 6: PRUMADA ELÉTRICA.............................................................................59 TÓPICO 7: DIAGRAMAS UNIFILARES.....................................................................61 EXERCÍCIO .............................................................................................................. 65 CHECK LIST ............................................................................................................ 66 UNIDADE 6: FORNECIMENTO DE ENERGIA...........................................................67 TÓPICO 1: INTRODUÇÃO..........................................................................................68 TÓPICO 2: DEFINIÇÕES ......................................................................................... 68 TÓPICO 3: DIMENSIONAMENTOS............................................................................70 EXERCÍCIO .............................................................................................................. 75 CHECK LIST ............................................................................................................ 76 UNIDADE 7: DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS.....................77 TÓPICO 1: INTRODUÇÃO..........................................................................................78 TÓPICO 2: CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE ........ 78 TÓPICO 3: CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO....................................97 TÓPICO 4: SEÇÕES MÍNIMAS DOS CONDUTORES..............................................101 EXERCÍCIO .............................................................................................................107 CHECK LIST..............................................................................................................108 UNIDADE 8: PROTEÇÃO CONTRA SOBRECORRENTES.....................................109 TÓPICO 1: INTRODUÇÃO.........................................................................................110 TÓPICO 2: PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA.................................................110 TÓPICO 3: PROTEÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITO...........................................112 TÓPICO 4: CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO PRESUMIDA...............................113 TÓPICO 5: DIMENSIONAMENTO DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO..............122 EXERCÍCIO...............................................................................................................126 CHECK LIST..............................................................................................................127 UNIDADE 9: ELETRODUTOS..................................................................................128 TÓPICO 1: INTRODUÇÃO........................................................................................129 TÓPICO 2: DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTO............................................129 EXERCÍCIO ..............................................................................................................134 CHECK LIST..............................................................................................................135UNIDADE 10: ATERRAMENTO DAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS.......................136 TÓPICO 1: ATERRAMENTO....................................................................................137 TÓPICO 2: TIPOS DE ATERRAMENTO..................................................................137 TÓPICO 3: COMPONENTES DE UM SISTEMA DE ATERRAMENTO...................138 TÓPICO 4: ESQUEMAS DE ATERRAMENTO........................................................141 TÓPICO 5: PERIGOS E EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA.............................147 TÓPICO 6: DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO À CORRENTE DIFERENCIAL RESIDUAL (DR)........................................................................................................148 EXERCÍCIOS............................................................................................................151 CHECK LIST.............................................................................................................152 UNIDADE 11: SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA).......................................................................................................................153 TÓPICO 1: INTRODUÇÃO........................................................................................154 TÓPICO 2: FORMAÇÃO DO RAIO...........................................................................154 TÓPICO 3: MODELO ELETROGEOMÉTRICO.........................................................158 TÓPICO 4: MÉTODO DE FRANKLIN.......................................................................161 TÓPICO 5: MÉTODO DE FARADAY........................................................................161 TÓPICO 6: CONDUTORES DE DESCIDA................................................................162 TÓPICO 7: SISTEMA DE ATERRAMENTO..............................................................164 EXERCÍCIOS.............................................................................................................168 CHECK LIST..............................................................................................................169 GABARITO COMENTADO.........................................................................................170 REFERÊNCIAS............................................................................................................183 7 APRESENTAÇÃO Bem-vindo(a) à disciplina de Projetos Elétricos I do curso de Eletrotécnica, na modalidade a distância, da SATC. Este material foi desenvolvido para ensinar você a interpretar e desenvolver projetos de instalações elétricas residenciais e prediais. Em nosso ponto de partida, Unidade 1, estudaremos os aspectos envolvidos no trabalho do profissional projetista. Entenderemos também o que é necessário para ser habilitado para elaboração de projetos de instalações elétricas. Na Unidade 2 identificaremos as partes que constituem um projeto de instalações elétricas. Além disso, serão descritas as principais normas técnicas a serem observadas pelo projetista, bem como a simbologia a ser aplicada em projetos. Já a Unidade 3 trará algumas recomendações quanto à previsão de cargas de iluminação, tomadas e cargas especiais para unidades destinadas à habitação. Na Unidade 4 trabalharemos com os cálculos de demanda de energia de unidades residenciais individuais, unidades comerciais e edifícios de uso coletivo. Na Unidade 5 veremos como são locados os pontos elétricos em planta. Entenderemos como é feita a divisão da instalação elétrica em circuitos terminais e como é feita a representação das tubulações e fiação em planta. A Unidade 6 apresenta os conceitos mais importantes relacionados ao fornecimento de energia elétrica por parte das concessionárias de energia. Além disso, veremos como são especificados os componentes do ramal de ligação e do ramal de entrada de uma instalação. Na Unidade 7 entenderemos como são dimensionados os condutores elétricos utilizados nas instalações. Na Unidade 8 estudaremos sobre o dimensionamento dos dispositivos de proteção contra sobrecarga e curto-circuito. Na Unidade 9 aprenderemos como dimensionar eletrodutos para uma instalação. A Unidade 10 trata dos diferentes tipos de aterramento elétrico e, por fim, a Unidade 11 refere-se aos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas. A carga horária dessa disciplina é de 70 horas/aula, mas você poderá organizar seus momentos de estudos com autonomia, conforme os horários de sua preferência. No entanto, não esqueça que há um prazo limite para a conclusão desse processo. Então fique atento as datas para realizar as avaliações presenciais, as on- line, publicadas pelos professores no Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) e possíveis trabalhos solicitados pelo educador. Para o estudo dessa apostila você terá auxílio de alguns recursos pedagógicos que facilitarão o seu processo de aprendizagem. Perceba que a margem 8 externa das páginas dos conteúdos são maiores. Elas servem tanto para você fazer anotações durante os seus estudos quanto para o professor incluir informações adicionais importantes. Esse material também dispõe de vários ícones de aprendizagem, os quais destacarão informações relevantes sobre os assuntos que você está estudando. Vejamos quais são eles e os seus respectivos significados: ÍCONES DE APRENDIZAGEM Indica a proposta de aprendizagem para cada unidade da apostila. Mostra quais conteúdos serão estudados em cada unidade da apostila. Apresenta exercícios sobre cada unidade. Apresenta os conteúdos mais relevantes que você deve ter aprendido em cada unidade. Se houver alguma dúvida sobre algum deles, você deve estudar mais antes de entrar nas outras unidades. Apresenta a fonte de pesquisa das figuras e as citações presentes na apostila. Traz perguntas que auxiliam você na reflexão sobre os conteúdos e no sequenciamento dos mesmos. Apresenta curiosidades e informações complementares sobre um conteúdo. Traz endereços da internet ou indicações de livros que possam complementar o seu estudo sobre os conteúdos. Lembre-se também de diariamente verificar se há publicações de aulas no Portal. Pois é por meio delas que os professores passarão a você todas as orientações sobre a disciplina. Ainda é bom lembrar que além do auxílio do professor, você também poderá contar com o acompanhamento de nosso sistema de Tutoria. Você poderá entrar em contato sempre que sentir necessidade, seja pelo email tutoria.eadedutec@satc.edu.br ou pelo telefone (48) 3431 – 7590/ 3431 – 7596. 9 UNIDADE 1 PROJETOS: CONCEITOS, ATRIBUIÇÕES E RESPONSABILIDADE PROFISSIONAL Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: explicar o conceito de projeto; explicar o que está envolvido no trabalho do profissional projetista; explicar o que é necessário para ser habilitado para elaboração de projetos de instalações elétricas. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em quatro tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: CONCEITO DE PROJETO TÓPICO 2: DIMENSÃO ÉTICA DO TRABALHO DO PROJETISTA TÓPICO 3: RESPONSABILIDADE PROFISSIONAL TÓPICO 4: COMPETÊNCIA PROFISSIONAL 10 TÓPICO 1 CONCEITO DE PROJETO Projetar é elaborar soluções que podem ser implementadas para a resolução de determinados problemas. É importante ter em mente, na visão de projetista, que a solução não é única. Frequentemente, existem diversasalternativas de soluções possíveis cabendo ao projetista examiná- las, avaliar as possibilidades de cada uma delas e, finalmente, inclinar-se por aquela que julgar a mais adequada. TÓPICO 2 DIMENSÃO ÉTICA DO TRABALHO DO PROJETISTA O bom projetista é movido pelo senso de responsabilidade, o qual envolve os seguintes aspectos: desejo de prosseguir até o fim, buscando levar a solução ao bom êxito; disposição para inovar sempre; companheirismo e solidariedade com os colegas por meio do intercâmbio de informações técnicas; acompanhamento da implantação e do desempenho das soluções; responsabilidade profissional. Atualmente, as atividades nos âmbitos técnico e da engenharia já estão contempladas pelo Código de Ética Profissional, publicado pelo sistema CONFEA e pelo CREA. 11 O Conselho Federal de Engenharia e Agronomia (CONFEA) é um conselho de fiscalização profissional, não sendo entidade de classe, na forma de autarquia pública, responsável pela regulamentação e julgamento final no Brasil das atividades profissionais relacionadas às classes que abrange: Engenharia, Agronomia, bacharéis em Geografia, Geologia e Meteorologia, possuindo mais de trezentos títulos profissionais nos níveis técnico e superior (tecnólogo, licenciado e bacharel), além de anotar também títulos de pós-graduação. Os Conselhos Regionais de Engenharia e Agronomia (CREA) são entidades pertencentes à esfera estadual e constituem a manifestação regional do Conselho Federal de Engenharia e Agronomia (CONFEA), sendo responsáveis pela fiscalização do exercício das profissões da área tecnológica em âmbito regional. O CREA exerce o papel de primeira e segunda instância, verificando, orientando e fiscalizando o exercício profissional com a missão de defender a sociedade da prática ilegal das atividades abrangidas pelo sistema CONFEA/CREA. TÓPICO 3 RESPONSABILIDADE PROFISSIONAL Para o desempenho profissional de suas atividades, o projetista deve obter habilitação específica por meio de formação em centros educacionais especializados (universidades, faculdades de engenharia, centros de educação tecnológica, escolas técnicas, etc.) e registro no respectivo Conselho Profissional. CONFEA? CREA? Esse texto foi retirado do site: http://pt.wikipedia.org/wiki/ CONFEA 12 O registro profissional, no caso de cursos superiores e cursos técnicos da área de engenharia no CREA, confere ao profissional a habilitação necessária, especificando as áreas e os limites de suas atribuições profissionais. Segundo definição do próprio CREA, a sua função é atuar em defesa da sociedade contra os maus profissionais e não como associação de classe. Para a defesa dos interesses dos técnicos e engenheiros existem as associações e sindicatos. Cada projeto terá o seu registro no CREA por meio de uma Anotação de Responsabilidade Técnica (ART). Nesta ocasião, o conselho verifica se o profissional está habilitado para aquela especialidade, fazendo a respectiva anotação que passará a constar do acervo técnico do profissional; A ART descreve o objeto do projeto, o qual, na forma da legislação em vigor, estará sob responsabilidade do técnico. TÓPICO 4 COMPETÊNCIA PROFISSIONAL Os profissionais habilitados para as atividades de elaboração de projetos de instalação de energia são os engenheiros e técnicos industriais de nível médio, conforme atribuições definidas para cada categoria profissional. Para verificar as atribuições de acordo com cada categoria, deve-se consultar o CREA de sua região. 13 EXERCÍCIOS 1. O que significa projetar e o que o projetista deverá ter em mente em relação ao desenvolvimento de um projeto? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 2. O que é o CREA e qual a sua função? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 3. O que é necessário para que o profissional projetista esteja habilitado para o desempenho de sua função? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 4. Quem são os profissionais habilitados para elaboração de projetos de instalações elétricas? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 14 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: um projeto é a apresentação de uma solução proposta para solução de um determinado problema; o profissional projetista deve buscar soluções com a disposição de inovar, buscando o intercâmbio de informações técnicas, não deixando de acompanhar a execução de seus projetos; a habilitação para elaboração de projetos elétricos inclui a habilitação específica (curso técnico) e o registro no CREA. 15 UNIDADE 2 PROJETO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: identificar as partes de um projeto de instalações elétricas; explicar as principais normas técnicas relacionadas; explicar o conceito de NR. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em três tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: PARTES DE UM PROJETO TÓPICO 2: SÍMBOLOS GRÁFICOS TÓPICO 3: NORMAS TÉCNICAS 16 TÓPICO 1 PARTES DE UM PROJETO Na unidade 1 aprendemos o conceito de projeto. Agora iremos identificar no que consiste elaborar um projeto de instalação elétrica. Em resumo pode-se dizer que projetar uma instalação elétrica consiste basicamente: quantificar, determinar os tipos e localizar os pontos de utilização de energia elétrica; dimensionar, definir o tipo e o caminho dos condutores e condutos; dimensionar, definir o tipo e a localização dos dispositivos de comando, de medição de energia elétrica e demais acessórios. Em um projeto de instalações de edifícios de uso coletivo, é necessária a apresentação dos documentos que serão listados na sequência. ART (Anotação de Responsabilidade Técnica); Carta de solicitação e aprovação à concessionária; Memorial descritivo; Memorial de cálculo: cálculo da demanda; dimensionamento dos condutores; dimensionamento dos condutos; dimensionamento das proteções. Plantas: planta de situação; planta dos pavimentos. Esquemas verticais (prumadas): elétrica; 17 antena coletiva; porteiro eletrônico; outras instalações complementares (alarme, segurança, iluminação de emergência, etc.). Quadros: quadros de distribuição de cargas; diagramas multifilares (ou unifilares). Detalhes: entrada de serviço; caixa seccionadora; centros de medição; para-raios; caixasde passagem; aterramentos; especificações; lista de materiais. TÓPICO 2 SÍMBOLOS GRÁFICOS Os símbolos gráficos utilizados nos projetos são padronizados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), por meio das seguintes normas: NBR-5444: Símbolos Gráficos para Instalações Prediais; NBR-5446: Símbolos Gráficos Usados na Confecção de Esquemas; NBR-5453: Sinais e Símbolos para Eletricidade. 18 TÓPICO 3 NORMAS TÉCNICAS Para elaboração de um projeto de instalações elétricas é fundamental observar as normas técnicas da ABNT. Abaixo estão relacionadas as principais normas a serem observadas: NBR-5410: Instalações Elétricas em Baixa Tensão; NBR-14039: Instalações Elétricas em Média Tensão; NBR-5419: Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas; NBR-5413: Iluminância de Interiores; Outras normas específicas aplicáveis. Além das normas técnicas da ABNT, o projetista deverá também estar atento as normas técnicas da concessionária local em que será executado o projeto. Existe ainda outra norma que deve ser observada. Trata-se da NR 10 – Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade. Note que agora trata-se de uma NR. Mas, será que para elaboração de um projeto de instalações elétricas basta observar as normas da ABNT? NR significa Norma Regulamentadora. As normas regulamentadoras foram instituídas pelo Ministério do Trabalho e Emprego. Seu objetivo é estabelecer normas de cuidados com a saúde e a segurança do trabalho. Para saber mais sobre NRs acesse o site: http://guiadosindicosoroc aba.com.br/esclarecedo- duvidas-sobre-nr-de- seguranca-do-trabalho 19 EXERCÍCIOS 1. No que consiste a elaboração de um projeto elétrico? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 2. Cite as principais normas técnicas da ABNT que devem ser observadas para elaboração de um projeto elétrico? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 3. A que refere-se a NR 10? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 20 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: um projeto é constituído de várias plantas e memoriais com o intuito de facilitar a execução das instalações projetadas; para elaboração de um projeto elétrico deve-se observar as normas da ABNT relacionadas, bem como as normas da concessionária local e também a NR 10; uma NR é uma Norma Regulamentadora, elaborada com o intuito de estabelecer normas de cuidados com a saúde e a segurança do trabalho. 21 UNIDADE 3 PREVISÃO DE CARGAS DA INSTALAÇÃO ELÉTRICA Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade será capaz de: determinar a potência necessária para iluminação dos diversos ambientes de uma residência; determinar a quantidade e a potência mínima necessária de tomadas de uso geral de uma residência e também de ambientes destinados a fins comerciais; selecionar os equipamentos de uso específico para uma unidade com fins de habitação. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em três tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: OBJETIVO TÓPICO 2: PREVISÃO DE CARGAS PARA UNIDADES RESIDENCIAIS TÓPICO 3: PREVISÃO DE CARGAS PARA ÁREAS COMERCIAIS 22 TÓPICO 1 OBJETIVO A previsão de cargas de uma instalação elétrica consiste em determinar e quantificar todos os pontos de utilização de energia elétrica, incluindo iluminação, tomadas e cargas especiais. As tomadas de uma instalação elétrica são divididas em duas categorias. As tomadas de uso geral, também conhecidas como TUGs e as tomadas de uso específico (TUEs). Uma tomada de uso geral serve para alimentação de equipamentos gerais, cuja corrente nominal seja inferior a 10 A. As tomadas de uso específico são destinadas a alimentação de equipamentos específicos com corrente nominal igual ou superior a 10 A. Nos tópicos a seguir veremos como desenvolver a previsão de cargas de uma instalação. TÓPICO 2 PREVISÃO DE CARGAS PARA UNIDADES RESIDENCIAIS A norma brasileira NBR 5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão prescreve algumas recomendações quanto às quantidades e potências mínimas dos pontos de utilização de energia de unidades para fins de habitação, tais como casas e apartamentos. Utilizando a NBR 5410/2004 vamos determinar os pontos de Iluminação de acordo com os seguintes critérios: a) as cargas de iluminação devem ser determinadas como resultado da aplicação da NBR 5413; b) para os aparelhos fixos de iluminação a descarga, a potência nominal a ser considerada deverá incluir a Essa unidade baseia-se no item 9.5.2 da NBR 5410:2004 23 potência das lâmpadas, as perdas e o fator de potência dos equipamentos auxiliares; c) em cada cômodo ou dependência de unidades residenciais e nas acomodações de hotéis, motéis e similares deve ser previsto pelo menos um ponto de luz fixo no teto, com potência mínima de 100 VA, comandado por interruptor de parede; d) em unidades residenciais, como alternativa, para a determinação das cargas de iluminação, pode ser adotado o seguinte critério: em cômodos ou dependências com área igual ou inferior a 6 m², deve ser prevista uma carga mínima de 100 VA; em cômodos ou dependências com área superior a 6 m², deve ser prevista uma carga mínima de 100 VA para os primeiros 6 m², acrescida de 60 VA para cada aumento de 4 m² inteiros. Observação: nas acomodações de hotéis, motéis e similares pode-se substituir o ponto de luz fixo no teto por tomada de corrente, com potência mínima de 100 VA, comandada por interruptor de parede. considere um apartamento com as seguintes características: Os valores apurados correspondem à potência destinada a iluminação para efeito de dimensionamento dos circuitos e não necessariamente à potência nominal das lâmpadas. Com relação a quantidade e a distribuição das lâmpadas, fica a critério do projetista. 24 sala: 16 m²; dormitório: 12 m²; banheiro: 3,5 m²; cozinha: 15 m². Partindo desses dados, calcule a potência mínima necessária para cada cômodo. Solução: note que a sala têm 16 m² de área. De acordo com a NBR 5410, sabemos que nos cômodos ou dependências com área superior a 6 m² deve ser prevista uma carga mínima de 100 VA para os primeiros 6 m², acrescida de 60 VA para cada aumento de 4 m² inteiros. Sendo assim temos: 6 m² - 100 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA Total: 220 VA Observe que paramos em 14 m². Isto acontece porque não temos mais 4 m² inteiros. Sendo assim, a sala necessita de 220 VA de iluminação. Dormitório: 12 m² 6 m² - 100 VA 4 m² - 60 VATotal: 160 VA Banheiro: 3,5 m² Até 6 m² - 100 VA Cozinha: 15 m² 6 m² - 100 VA 25 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA Total: 220 VA Utilizando novamente como base a NBR 5410/2004, vamos determinar as quantidades e as potências mínimas de Tomadas de Uso Geral de acordo com os critérios: a) nas unidades residenciais e nas acomodações de hotéis, motéis e similares o número de tomadas de uso geral deve ser fixado de acordo com o seguinte: em banheiros, pelo menos uma tomada junto ao lavatório; em cozinhas, copas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos, no mínimo uma tomada para cada 3,5 m, ou fração de perímetro, sendo que, acima de cada bancada com largura igual ou superior a 0,30 m, deve ser prevista pelo menos uma tomada; em halls, corredores, subsolos, garagens, sótãos e varandas, pelo menos uma tomada; nos demais cômodos e dependências, se a área for igual ou inferior a 6 m², pelo menos uma tomada; se a área for superior a 6 m², pelo menos uma tomada para cada 5 m, ou fração de perímetro, espaçadas tão uniformemente quanto possível. Observação: no caso de varandas, quando não for possível a instalação da tomada no próprio local, esta deverá ser instalada próxima ao seu acesso. 26 b) nas unidades residenciais e nas acomodações de hotéis, motéis e similares, às tomadas de uso geral devem ser atribuídas as seguintes potências: em banheiros, cozinhas, copas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos, no mínimo 600 VA por tomada, até três tomadas, e 100 VA, por tomada, para as excedentes, considerando cada um desses ambientes separadamente; nos demais cômodos ou dependências, no mínimo 100 VA por tomada. c) em halls de escadaria, salas de manutenção e salas de localização de equipamentos, tais como casas de máquinas, salas de bombas, barriletes e locais análogos deve ser prevista no mínimo uma tomada; d) Aos circuitos terminais que sirvam às tomadas de uso geral nos locais indicados na alínea c deve ser atribuída uma potência de no mínimo 1 000 VA. considere o apartamento mencionado no exercício anterior com as seguintes características: sala: 16 m; dormitório: 14 m; banheiro: 3,5 m; cozinha: 16 m. Solução: sala - no quarto ponto da alínea a, notamos que deve ser prevista 1 tomada para cada 5 m ou fração de perímetro. Sendo assim, temos: 16/5 = 3,2. Para o cálculo das 27 tomadas, a fração leva a acrescentar uma tomada. Então, teremos 4 tomadas de uso geral de 100 VA cada. Dormitório: 14/5 = 2,8. Total de 3 tomadas de 100 VA cada. Banheiro: no banheiro, de acordo com o primeiro ponto da alínea a, o mínimo é 1 tomada independente do perímetro. E de acordo com o primeiro ponto da alínea b, a tomada deve ser de 600 VA. Cozinha: conforme o segundo ponto da alínea a, em cozinhas utilizamos 1 tomada para cada 3,5 m ou fração de perímetro. Logo teremos: 16/3,5 = 4,6. Sendo assim, teremos 5 tomadas. Sendo que 3 tomadas devem ser de 600 VA cada e 2 de 100 VA cada. Fique atento! Para calcular a potência necessária de iluminação de um cômodo, levamos em conta a área do ambiente, já no cálculo da quantidade de tomadas nós utilizamos o perímetro. No início dessa unidade aprendemos que devemos prever também para uma instalação, as Tomadas de Uso Específico, ou seja, as tomadas para alimentação dos equipamentos com corrente nominal igual ou superior a 10 A. Nesses casos devemos observar os critérios a seguir: a) às tomadas de uso específico deve ser atribuída uma potência igual à potência nominal do equipamento a ser alimentado; Você percebeu que para determinar a potência de iluminação, a unidade utilizada foi m² e para determinar a quantidade de tomadas foi utilizada a unidade m? 28 b) quando não for conhecida a potência nominal do equipamento a ser alimentado, deve-se atribuir à tomada de corrente uma potência igual à potência nominal do equipamento mais potente, com possibilidade de ser ligado; c) as tomadas de uso específico devem ser instaladas, no máximo, a 1,5 m do local previsto para o equipamento a ser alimentado. A tabela 1 a seguir apresenta as potências típicas de alguns aparelhos eletrodomésticos utilizados: Será necessário ainda fazer a previsão das diversas cargas especiais que atendem aos sistemas de utilidades dos edifícios. Podemos citar, como exemplos, os motores para elevadores, as bombas para recalque d’água, as bombas para drenagem de águas pluviais e esgotos, as bombas para combate A tabela ao lado foi retirada do site: http://portal.celesc.com.br/ portal/atendimento/index2.php ?option=com_docman&task= doc_view&gid=16&Itemid=10 3 Consulte o site: http://www.ipce.com.br/old/ tab_pag25.asp e conheça as potências típicas de outros aparelhos elétricos. 29 a incêndio, os sistemas de aquecimento central, etc. Em geral, essas cargas são de uso comum e, portanto, chamadas cargas de condomínio. A determinação da potência dessas cargas depende de cada caso específico e geralmente é definida pelos fornecedores especializados dos diversos sistemas, cabendo ao projetista prever a potência solicitada por eles. TÓPICO 3 PREVISÃO DE CARGAS PARA ÁREAS COMERCIAIS O cálculo da iluminação para essas áreas pode ser feito de acordo com as prescrições estabelecidas na NBR 5413 – Iluminância de Interiores, que define os critérios a serem seguidos, especificando o nível de iluminamento de acordo com a utilização do recinto. Esse assunto será abordado no componente curricular Projetos Elétricos II. Para a previsão de tomadas de uso geral em áreas comerciais e de escritórios, podemos adotar o seguinte critério: escritórios comerciais (ou análogos) com área igual ou inferior a 40 m2: 1 tomada para cada 3 m ou fração de perímetro; ou 1 tomada para cada 4 m2 ou fração de área (adotar o que conduzir ao maior número); escritórios comerciais (ou análogos) com área superior a 40 m2: 10 tomadas para os primeiros 40 m2 e 1 tomada para cada 10 m2 ou fração, de área restante; em lojas: 1 tomada para cada 30 m2, ou fração de área, não computadas as tomadas destinadas a vitrines e à demonstração de aparelhos; a potência das tomadas de uso geral em escritórios e lojas será de 200 VA. 30 EXERCÍCIOS 1. Abaixo estão relacionadas as características de uma residência uni familiar qualquer. Tendo como referência essas características, responda as questões que as seguem: dormitório 1: 4 m x 4 m; dormitório 2: 5 m x 4 m; dormitório 3: 5 m x 3,5 m; banheiro 1: 2,5 m x 2,0 m; banheiro 2: 2,5 m x 2,0 m; sala de estar: 5 m x 4 m; cozinha: 4 m x 4 m; lavanderia: 3 m x 2 m. a. Qual a potência mínima necessária para iluminação dessa residência? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ b. Qual a potência mínima necessária para TUGs dessa residência? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 31 CHECK LIST Nessaunidade você pôde aprender: a norma brasileira, NBR 5410, estabelece as condições mínimas para que seja feita a previsão de cargas de unidades destinadas à habitação; por intermédio da área do ambiente podemos determinar a potência mínima de iluminação necessária; podemos determinar a quantidade de tomadas de uso geral de um ambiente por meio de seu perímetro. 32 UNIDADE 4 DEMANDA DE ENERGIA Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: calcular a demanda de energia de unidades residenciais individuais; calcular a demanda de unidades comerciais; calcular a demanda de edifícios de uso coletivo. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em cinco tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: INTRODUÇÃO TÓPICO 2: CONCEITOS FUNDAMENTAIS TÓPICO 3: DEMANDA DE RESIDÊNCIAS INDIVIDUAIS TÓPICO 4: DEMANDA TOTAL PARA EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO TÓPICO 5: DEMANDA TOTAL PARA EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO COM UNIDADES RESIDENCIAIS E COMERCIAIS 33 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO Ao observar o funcionamento de uma instalação elétrica residencial, comercial ou industrial, pode-se constatar que a potência elétrica consumida é variável a cada instante. Isso ocorre porque nem todas as cargas instaladas estão todas em funcionamento simultâneo. A potência total solicitada pela instalação da rede a cada instante será, portanto, função das cargas em operação e da potência elétrica absorvida por cada uma delas a cada instante. Por isso, para realizar o dimensionamento dos condutores elétricos que alimentam os quadros de distribuição, os quadros terminais e seus respectivos dispositivos de proteção não seria razoável, nem técnica, nem economicamente a consideração da demanda como sendo a soma de todas as potências instaladas. Entenderemos o conceito de demanda no tópico a seguir. TÓPICO 2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS Antes de iniciar nossos estudos sobre o cálculo de demanda de uma unidade, é importante conhecer alguns conceitos relacionados que devem ser compreendidos. São eles: Mais o que é demanda? Essa unidade baseia-se no livro: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. 34 carga ou potência instalada: é a soma de todas as potências nominais de todos os aparelhos elétricos pertencentes a uma instalação ou sistema; demanda: é a potência elétrica realmente absorvida em um determinado instante por um aparelho ou por um sistema; demanda média de um consumidor ou sistema: é a potência elétrica média absorvida durante um intervalo de tempo determinado (15 minutos, 30 minutos); demanda máxima de um consumidor ou sistema: é a maior de todas as demandas ocorridas em um período de tempo determinado; representa a maior média de todas as demandas verificadas em um dado período (1 dia, 1 semana, 1 mês, 1 ano); potência de alimentação, potência de demanda ou provável demanda: é a demanda máxima da instalação. Este é o valor que será utilizado para o dimensionamento dos condutores alimentadores e dos respectivos dispositivos de proteção; será utilizado também para classificar o tipo de consumidor e seu padrão de atendimento pela concessionária local; fator de demanda: é a razão entre a demanda máxima e a potência instalada: 𝑭𝑫 = 𝑫𝒎á𝒙 𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕 TÓPICO 3 DEMANDA DE RESIDÊNCIAS INDIVIDUAIS Para o cálculo da demanda de residências individuais (casas e apartamentos), aplicam-se os valores da tabela 1, 35 usados para a determinação do fator de demanda de cargas de iluminação e tomadas de uso geral. Dessa forma, a provável demanda para esses tipos de consumidores pode ser calculada pela expressão: 𝑷𝑫 = ( 𝑷𝟏 ∗ 𝒈) + 𝑷𝟐 Sendo: PD: provável demanda; g: fator de demanda (conforme tabela 2); P1: soma das potências nominais atribuídas à iluminação e tomadas de uso geral; P2: soma das potências nominais atribuídas às tomadas de uso específico. A tabela 2, abaixo, estabelece os valores de fator de demanda (g) para potência de alimentação de residências individuais: Potência de Iluminação e Tomadas de Uso Geral P1 (kW) Fator de Demanda (g) 0 < P1 ≤ 1 0,88 1 < P1 ≤ 2 0,75 2 < P1 ≤ 3 0,66 3 < P1 ≤ 4 0,59 4 < P1 ≤ 5 0,52 5 < P1 ≤ 6 0,45 6 < P1 ≤ 7 0,4 7 < P1 ≤ 8 0,35 8 < P1 ≤ 9 0,31 9 < P1 ≤ 10 0,27 10 < P1 0,24 A tabela ao lado foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Teoria & Prática – Severino Cervelin e Geraldo Cavalin. 36 calcular a provável demanda para um apartamento que tenha as seguintes cargas instaladas: iluminação: 1900 VA; tomada de uso geral: 4200 VA; tomadas de uso específico: 15000 W; vamos considerar o fator de potência (cos φ = 1). Solução: P1 = Ilum + TUG P1 = 1900 + 4200 P1 = 6100 VA = 6,1 kVA P1 = 6,1 kW Com P1 = 6,1 kW, na tabela 2, temos g = 0,4 P2 = 15000 W ou 15 kW = 15 kVA 𝑷𝑫 = ( 𝟔, 𝟏 ∗ 𝟎, 𝟒) + 𝟏𝟓 𝑷𝑫 = 𝟏𝟕, 𝟒𝟒 𝒌𝑽𝑨 A demanda deve sempre ser expressa em VA ou kVA (potência absorvida da rede). Devemos estar atentos aos fatores de potência das cargas, observando a relação entre a potência aparente (VA) e a potência ativa (W). Note a figura 1 a seguir: No exemplo anterior, a potência instalada é de 21100 VA = 21,1 kVA, enquanto a Provável Demanda é de 17,44 kVA. 37 Da figura acima podemos escrever as seguintes relações: 𝐜𝐨𝐬 𝜽 = 𝑷 𝑺 𝑺 = 𝑷 𝐜𝐨𝐬 𝜽 𝑺𝟐 = 𝑷𝟐 + 𝑸𝟐 Sendo: S: Potência Aparente, em VA ou kVA; P: Potência Ativa, em W ou kW; Q: Potência Reativa, em VAR ou kVAr; Cos θ: Fator de Potência. A figura ao lado foi retirada do site: http://concursosengenhariaele trica.blogspot.com.br/2011/12/ triangulo-de-potencias.html . Nas instalações de residências e apartamentos encontramos um grande número de cargas resistivas. Nesses casos, podemos considerar W = VA, pois o fator de potência é próximo da unidade. 38 TÓPICO 4 DEMANDA TOTAL PARA EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO A demanda total do edifício será determinada pela aplicação de um fator de segurança (1,20) à soma da demanda correspondente aos apartamentos com a demanda correspondente ao condomínio, conforme a equação a seguir: 𝑫𝒆𝒅𝒊𝒇 = 𝟏, 𝟐𝟎 (𝑫𝒂𝒑𝒕𝒐𝒔 + 𝑫𝒄𝒐𝒏𝒅𝒐𝒎) Sendo: Dedif: demanda total do edifício; Daptos: demanda correspondente aos apartamentos; Dcondom: demanda correspondente ao condomínio. Demanda dos Apartamentos A demanda correspondente aos apartamentos é feita pelo produto do fator para diversificação de carga em função do número de apartamentos (tabela 4), pelo valor da demanda do apartamento em função da área (tabela 3), conforme a equação a seguir: Daptos = F1 * F2 Sendo: F1: fator de diversidade, obtido da tabela 4; F2: demanda, em função da área, obtida da tabela 3. Tabela 3 - demanda de apartamentos residenciais (kVA) em função da área útil: A tabela abaixo foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Teoria & Prática – Severino Cervelin e Geraldo Cavalin .39 Área kVA Área kVA Área kVA Área kVA Área kVA Área kVA Área kVA Área kVA m² m² m² m² m² m² m² m² 51 1,18 101 2,17 151 3,12 201 4,03 251 4,91 301 5,78 351 6,63 52 1,20 102 2,19 152 3,13 202 4,04 252 4,93 302 5,80 352 6,65 53 1,22 103 2,21 153 3,15 203 4,06 253 4,95 303 5,81 353 6,66 54 1,24 104 2,23 154 3,17 204 4,08 254 4,96 304 5,83 354 6,68 55 1,26 105 2,25 155 3,19 205 4,10 255 4,98 305 8,85 355 6,70 56 1,28 106 2,27 156 3,21 206 4,12 256 5,00 306 5,86 356 6,72 57 1,30 107 2,29 157 3,23 207 4,13 257 5,02 307 5,88 357 6,73 58 1,32 108 2,31 158 3,25 208 4,15 258 5,03 308 5,90 358 6,75 59 1,34 109 2,33 159 3,26 209 4,17 259 5,05 309 5,92 359 6,77 60 1,36 110 2,35 160 3,28 210 4,19 260 5,07 310 5,93 360 6,78 61 1,38 111 2,37 161 3,30 211 4,20 261 5,09 311 5,95 361 6,80 62 1,40 112 2,39 162 3,32 212 4,22 262 5,10 312 5,97 362 6,82 63 1,43 113 2,40 163 3,34 213 4,24 263 5,12 313 5,98 363 6,83 64 1,45 114 2,42 164 3,36 214 4,26 264 5,14 314 6,00 364 6,85 65 1,47 115 2,44 165 3,37 215 4,28 265 5,16 315 6,02 365 6,87 66 1,49 116 2,46 166 3,39 216 4,29 266 5,17 316 6,04 366 6,88 67 1,51 117 2,48 167 3,41 217 4,31 267 5,19 317 6,05 367 6,90 68 1,53 118 2,50 168 3,43 218 4,33 268 5,21 318 6,07 368 6,92 69 1,55 119 2,52 169 3,45 219 4,35 269 5,23 319 6,09 369 6,93 20 1,00 70 1,57 120 2,54 170 3,47 220 4,36 270 5,24 320 6,10 370 6,95 21 1,00 71 1,59 121 2,56 171 3,48 221 4,38 271 5,26 321 6,12 371 6,97 22 1,00 72 1,61 122 2,57 172 3,50 222 4,40 272 5,28 322 6,14 372 6,98 23 1,00 73 1,63 123 2,59 173 3,52 223 4,42 273 5,29 323 6,16 373 7,00 24 1,00 74 1,65 124 2,61 174 3,54 224 4,44 274 5,31 324 6,17 374 7,02 25 1,00 75 1,67 125 2,63 175 3,56 225 4,45 275 5,33 325 6,19 375 7,03 26 1,00 76 1,69 126 2,65 176 3,57 226 4,47 276 5,35 326 6,21 376 7,05 27 1,00 77 1,71 127 2,67 177 3,59 227 4,49 277 5,36 327 6,22 377 7,07 28 1,00 78 1,73 128 2,69 178 3,61 228 4,51 278 5,38 328 6,24 378 7,09 29 1,00 79 1,75 129 2,71 179 3,63 229 4,52 279 5,40 329 6,26 379 7,10 30 1,00 80 1,76 130 2,73 180 3,65 230 4,54 280 5,42 330 6,27 380 7,12 31 1,00 81 1,78 131 2,74 181 3,67 231 4,56 281 5,43 331 6,29 381 7,14 32 1,00 82 1,80 132 2,76 182 3,68 232 4,58 282 5,45 332 6,31 382 7,15 33 1,00 83 1,82 133 2,78 183 3,70 233 4,59 283 5,47 333 6,33 383 7,17 34 1,00 84 1,84 134 2,80 184 3,72 234 4,61 284 5,49 334 6,34 384 7,19 35 1,00 85 1,86 135 2,82 185 3,74 235 4,63 285 5,50 335 6,36 385 7,20 36 1,00 86 1,88 136 2,84 186 3,76 236 4,65 286 5,52 336 6,38 386 7,22 37 1,00 87 1,90 137 2,86 187 3,77 237 4,67 287 5,54 337 6,39 387 7,24 38 1,00 88 1,92 138 2,88 188 3,79 238 4,68 288 5,55 338 6,41 388 7,25 39 1,00 89 1,94 139 2,89 189 3,81 239 4,70 289 5,57 339 6,43 389 7,27 40 1,00 90 1,96 140 2,91 190 3,83 240 4,72 290 5,59 340 6,44 390 7,29 41 1,00 91 1,98 141 2,93 191 3,85 241 4,74 291 5,61 341 6,46 391 7,30 42 1,00 92 2,00 142 2,95 192 3,86 242 4,75 292 5,62 342 6,48 392 7,32 43 1,01 93 2,02 143 2,97 193 3,88 243 4,77 293 5,64 343 6,50 393 7,34 40 Tabela 4: fatores de diversidade em função do número de apartamentos residenciais da edificação: Nº F. Nº F. Nº F. Nº F. Nº F. Nº F. apto div apto div apto div apto div apto div apto div 1 1,00 51 35,90 101 63,59 151 74,74 201 80,89 251 82,73 2 1,96 52 36,46 102 63,84 152 74,89 202 80,94 252 82,74 3 2,92 53 37,02 103 64,09 153 75,04 203 80,99 253 82,75 4 3,88 54 37,58 104 64,34 154 75,19 204 81,04 254 82,76 5 4,84 55 38,14 105 64,59 155 75,34 205 81,09 255 82,77 6 5,80 56 38,70 106 64,84 156 75,49 206 81,14 256 82,78 7 6,76 57 39,26 107 65,09 157 75,64 207 81,19 257 82,79 8 7,72 58 39,82 108 65,34 158 75,79 208 81,24 258 82,80 9 8,68 59 40,38 109 65,59 159 75,94 209 81,29 259 82,81 10 9,64 60 40,94 110 65,84 160 76,09 210 81,34 260 82,82 11 10,42 61 41,50 111 66,09 161 76,24 211 81,39 261 82,83 12 11,20 62 42,06 112 66,34 162 76,39 212 81,44 262 82,84 13 11,98 63 42,62 113 66,59 163 76,54 213 81,49 263 82,85 14 12,76 64 43,18 114 66,84 164 76,69 214 81,54 264 82,86 15 13,54 65 43,74 115 67,09 165 76,84 215 81,59 265 82,87 16 14,32 66 44,30 116 67,34 166 76,99 216 81,64 266 82,88 17 15,10 67 44,86 117 67,59 167 77,14 217 81,69 267 82,89 18 15,88 68 45,42 118 67,84 168 77,29 218 81,74 268 82,90 19 16,66 69 45,98 119 68,09 169 77,44 219 81,79 269 82,91 20 17,44 70 46,54 120 68,34 170 77,59 220 81,84 270 82,92 21 18,04 71 47,10 121 68,59 171 77,74 221 81,89 271 82,93 22 18,65 72 47,66 122 68,84 172 77,89 222 81,94 272 82,94 23 19,25 73 48,22 123 69,09 173 78,04 223 81,99 273 82,95 24 19,86 74 48,78 124 69,34 174 78,19 224 82,04 274 82,96 25 20,46 75 49,34 125 69,59 175 78,34 225 82,09 275 82,97 26 21,06 76 49,90 126 69,79 176 78,44 226 82,12 276 83,00 27 21,67 77 50,46 127 69,99 177 78,54 227 82,14 277 83,00 28 22,27 78 51,02 128 70,19 178 78,64 228 82,17 278 83,00 44 1,03 94 2,04 144 2,99 194 3,90 244 4,79 294 5,66 344 6,51 394 7,35 45 1,05 95 2,06 145 3,01 195 3,92 245 4,81 295 5,68 345 6,53 395 7,37 46 1,08 96 2,08 146 3,02 196 3,94 246 4,82 296 5,69 346 6,55 396 7,39 47 1,10 97 2,10 147 3,04 197 3,95 247 4,84 297 5,71 347 6,56 397 7,40 48 1,12 98 2,12 148 3,06 198 3,97 248 4,86 298 5,73 348 6,58 398 7,42 49 1,14 99 2,14 149 3,08 199 3,99 249 4,88 299 5,74 349 6,60 399 7,44 50 1,16 100 2,16 150 3,10 200 4,01 250 4,89 300 5,76 350 6,61 400 7,45 A tabela ao ladofoi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Teoria & Prática – Severino Cervelin e Geraldo Cavalin . 41 29 22,88 79 51,58 129 70,39 179 78,74 229 82,19 279 83,00 30 23,48 80 52,14 130 70,59 180 78,84 230 82,22 280 83,00 31 24,08 81 52,70 131 70,79 181 78,94 231 82,24 281 83,00 32 24,69 82 53,26 132 70,99 182 79,04 232 82,27 282 83,00 33 25,29 83 53,82 133 71,19 183 79,14 233 82,29 283 83,00 34 25,90 84 54,38 134 71,39 184 79,24 234 82,32 284 83,00 35 26,50 85 54,94 135 71,59 185 79,34 235 82,34 285 83,00 36 27,10 86 55,50 136 71,79 186 79,44 236 82,37 286 83,00 37 27,71 87 56,06 137 71,99 187 79,54 237 82,39 287 83,00 38 28,31 88 56,62 138 72,19 188 79,64 238 82,42 288 83,00 39 28,92 89 57,18 139 72,39 189 79,74 239 82,44 289 83,00 40 29,52 90 57,74 140 72,59 190 79,84 240 82,47 290 83,00 41 30,12 91 58,30 141 72,79 191 79,94 241 82,49 291 83,00 42 30,73 92 58,86 142 72,99 192 80,04 242 82,52 292 83,00 43 31,33 93 59,42 143 73,19 193 80,14 243 82,54 293 83,00 44 31,94 94 59,98 144 73,39 194 80,24 244 82,57 294 83,00 45 32,54 95 60,54 145 73,59 195 80,34 245 82,59 295 83,00 46 33,10 96 61,10 146 73,79 196 80,44 246 82,62 296 83,00 47 33,66 97 61,66 147 73,99 197 80,54 247 82,64 297 83,00 48 34,22 98 62,22 148 74,19 198 80,64 248 82,67 298 83,00 49 34,78 99 62,78 149 74,39 199 80,74 249 82,69 299 83,00 50 35,34 100 63,34 150 74,59 200 80,84 250 82,72 300 83,00 Demanda do Condomínio A demanda do condomínio correspondente à soma das demandas das cargas de iluminação, de tomadas e de motores instalados nas áreas do respectivo condomínio. Aplicam-se a elas os seguintes critérios: cargas de iluminação: 100% para os primeiros 10 kW e 25% ao excedente; cargas de tomadas: 20% da carga total; motores: aplicam-se as tabelas 5 e 6 para cada tipo e quantidade de motor existente na instalação. Devem ser considerados os respectivos fatores de potência das cargas. 42 A demanda correspondente ao condomínio pode ser calculada, conforme a seguinte equação: Dcondom = I1 + 0,25 . I2 + 0,20 . T + M Sendo: Dcondom: demanda correspondenteao condomínio; I1: parcela da carga de iluminação do condomínio até 10 kW; I2: parcela da carga de iluminação do condomínio acima de 10 kW; T: carga total de tomadas do condomínio; M: carga total de motores do condomínio, conforme tabelas 5 e 6. 43 Tabela 5 - demanda de motores trifásicos (kVA) em função da quantidade de motores existentes na edificação de apartamentos residenciais: A tabela ao ladoo foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 44 Tabela 6 - demanda de motores monofásicos (kVA) em função da quantidade de motores existentes na edificação de apartamentos residenciais: Demanda Individual de Unidades Consumidoras não Residenciais A demanda individual de unidades consumidoras não residenciais (lojas, escritórios, escolas, etc.) deve ser calculada conforme os fatores de demanda especificados nas tabelas 7, 8 e 9, mostradas a seguir. Para o cálculo da demanda de motores dessas instalações utilizaremos as tabelas 5 e 6. A tabela ao lado foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho . 45 Tabela 7 - fatores de demanda para iluminação e tomadas de uso geral de unidades consumidoras não residenciais: DESCRIÇÃO FATOR DE DEMANDA (%) Auditórios, Cinemas e Semelhantes 100 Bancos, Lojas e Semelhantes 100 Barbearias, Salões de Beleza e Semelhantes 100 Clubes e Semelhantes 100 Escolas e Semelhantes 100 para os primeiros 12 kVA 50 para o que exceder de 12 kVA Escritórios e Salas Comerciais 100 para os primeiros 20 kVA 70 para o que exceder de 20 kVA Garagens comerciais 100 Clínicas e Hospitais 40 para os primeiros 50 kVA 20 para o que exceder de 50 kVA Igrejas e Templos 100 Restaurante, Bar e Semelhantes 100 Áreas comuns e Condominios 100 para os primeiros 10 kVA 25 para o que exceder de 10 kVA Tabela 8 - fatores de demanda para condicionadores de ar tipo janela em unidades consumidoras não residenciais: Número de Aparelhos Fator de Demanda (%) 1 a 10 100 11 a 20 86 21 a 30 80 31 a 40 78 41 a 50 75 51 a 75 70 76 a 100 65 Acima de 100 60 Nota: quando se tratar de unidade central de condicionamento de ar, deve-se tomar o fator de demanda igual a 100%. As tabelas desta página foram retiradas de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 46 Tabela 9 - fatores de demanda para aparelhos eletrodomésticos e de aquecimento em unidades consumidoras não residenciais: Número de Fator de Número de Fator de Número de Fator de Aparelhos Demanda (%) Aparelhos Demanda (%) Aparelhos Demanda (%) 1 100 11 49 21 39 2 92 12 48 22 39 3 84 13 46 23 39 4 76 14 45 24 38 5 70 15 44 25 38 6 65 16 43 26 a 30 37 7 60 17 42 31 a 40 36 8 57 18 41 41 a 50 35 9 54 19 40 61 a 60 34 10 52 20 40 61 ou mais 33 Notas: 1. diversificar a demanda por tipo de aparelho; 2. considerar kW = kVA (fator de potência unitário). calcule a demanda de uma loja que contém as seguintes cargas: iluminação: 2200 VA; tomadas de uso geral: 3600 VA; tomadas de uso específico; 01 chuveiro de 5000 W; 02 aparelhos de ar condicionado: 2000 W cada. A tabela ao lado foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho . 47 Solução: PD = D1 + D2 + D3 D1 = Demanda de Iluminação e TUG (ver tabela 7) D2 = Demanda de Condicionadores de Ar (ver tabela 8) D3 = Demanda de aparelhos de aquecimento (ver tabela 9) D1 = 100% * (2200 + 3600) = 5800 VA = 5,8 kVA D2 = 100 % * (2 * 2000) = 4000 VA = 4 kVA D3 = 100 % * (5000) = 5000 VA = 5 kVA PD = 5,8 + 4 + 5 = 14,8 kVA TÓPICO 5 DEMANDA TOTAL PARA EDIFÍCIOS DE USO COLETIVO COM UNIDADES RESIDENCIAIS E COMERCIAIS Alguns edifícios de uso coletivo, além das unidades residenciais, possuem unidades comerciais. Nesses casos, a demanda total pode ser calculada aplicando-se a fórmula: 𝑫𝒆𝒅𝒊𝒇 = 𝟏, 𝟐𝟎 (𝑫𝒂𝒑𝒕𝒐𝒔 + 𝑫𝒄𝒐𝒏𝒅𝒐𝒎 + 𝑫𝒖𝒏. 𝒄𝒐𝒎𝒆𝒓) considere um edifício de uso coletivo, com apartamentos, áreas comuns e, no pavimento térreo, uma cafeteria cujas cargas serão descritas a seguir. Áreas e Consumidores: área útil do apartamento: 100 m²; quantidade de apartamentos: 24. Cargas: apartamento: iluminação: 1200 VA; 48 tomadas de uso geral: 5800 VA; 1 chuveiro: 6500 W cada; 1 ap. de ar condicionado: 2000 W; 1 torneira elétrica: 3700 W. condomínio: iluminação (cos Φ 0,85): 8000 W; tomadas de uso geral (cos Φ 0,75): 6000 W; 1 chuveiro: 5400 W cada; 1 portão automático de 2 CV – trifásico; 1 bomba para piscina de 2 CV – trifásica; 2 elevadores de 7,5 CV – trifásicos; 2 bombas de recalque de 5 CV – trifásicas – 1 reserva; 1 bomba de combate a incêndio de 2 CV – trifásica. cafeteria: Quat. Descrição Potência (VA) Unitária Total 20 Lâmpada incandescente 100 2000 02 Chuveiro Elétrico 5400 10800 02 Torneira Elétrica 3700 7400 03 Cafeteira 1000 3000 04 Espremedor de Frutas 200 800 02 Condicionador de Ar (18000 BTU/h) 2600 5200 02 Exaustor 200 400 04 Freezer Vertical 400 1600 02 Geladeira 250 500 02 Grill 1200 2400 02 Máquina de Lavar Louça 1500 3000 04 Liquidificador 150 500 CARGA TOTAL INSTALADA 37700 Calcule: a) A demanda de cada apartamento. b) A demanda do Condomínio. 49 c) A demanda da Cafeteria. d) A demanda Total do Edifício. Solução: a) calculando a demanda individual de cada apartamento: PD = (7 * 0,4) + 12,2 = 15 kVA g = 0,4 de acordo com a tabela 2 b) calculando a demanda do condomínio: I1 = 8/0,85 = 9,41 kVA I2 = 0 T = (6/0,75) + 5,4 = 13,4 kVA M = 2,7 + 2,7 + 12,98 + 6,02 + 2,7 = 27,1 kVA (ver tabela 5) Dcond = 9,41 + (0,2 x 13,4) + 27,1 = 39,19 kVA c) calculando a demanda da cafeteria: D1 = 100% x 2000 = 1 x 2000 = 2 kVA (ver tabela 7) D2 = 100% x 5200 = 1 x 5200 = 5,2 kVA (ver tabela 8) D3 = (0,92 x 10800) + (0,92 x 7400) + (0,84 x 3000) + (0,76 x 800) + (0,92 x 400) + (0,76 x 1600) + (0,92 x 500) + (0,92 x 2400) + (0,92 x 3000) + (0,76 x 600) = 27340 VA = 27,34 kVA (ver tabela 9) Dcafeteria = 2 + 5,2 + 27,34 = 34,54 kVA d) calculando a demanda total do edifício: 50 Dedifício = 1,20 x (Daptos + Dcond + Dcafeteria) Daptos = F1 x F2 = 2,16 x 19,86 = 42,9 kVA (ver tabelas 3 e 4 Dedifício = 1,20 x (42,9 + 39,19 + 34,54) = 139,96 kVA 51 EXERCÍCIO 1. Considere um edifício de uso coletivo contendo as cargas descritas a seguir e então calcule: a) a demanda individual de um apartamento. b) a demanda do condomínio. c) a demanda de cada loja. d) a demanda total do edifício. Áreas e consumidores: área útil do apartamento: 108 m²; quantidade de apartamentos: 40. Cargas: Apartamento: iluminação: 3200 VA; tomadas de uso geral: 8600 VA; 2 chuveiros: 5400 W cada; 1 toneira: 3700 W; 1 ap. de ar condicionado: 1650 VA; 1 máquina de lavar louça (cos Φ 0,85): 2500 W; 1 máquina de lavar roupa (cos Φ 0,85): 1000 W. Condomínio: iluminação (cos Φ 0,95): 16000 W; tomadas de uso geral: 7000 VA; 2 chuveiros: 5400 W cada; 1 portão automático de 2 CV – trifásico; 2 bombas para piscina de 2 CV – trifásicas; 2 elevadores de 10 CV – trifásicos; 52 2 bombas de recalque de 5 CV – trifásicas – 1 reserva; 2 bombas de 1 CV – trifásicas – 1 reserva; 1 bomba de combate a incêndio de 2 CV – trifásica. Lojas: número de lojas: 12; cargas de cada loja: o iluminação: 2400 VA; o tomadas de uso geral: 3800 VA; o 1 chuveiro: 3500 W; o 2 aparelhos de ar condicionado: 1650 VA cada. 53 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: a carga ou potência instalada de uma unidade consumidora é a soma das potências nominais de todos os aparelhos elétricos pertencentes a uma instalação ou sistema e a demanda é a potência elétrica realmente absorvida em um determinado instante por um aparelho ou por um sistema; o cálculo da demanda é utilizado para o dimensionamento dos componentes da entrada de energia de uma instalação. . 54 UNIDADE 5 DIVISÃO DA INSTALAÇÃO EM CIRCUITOS Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: explicar como são locados os pontos elétricos em planta; identificar os setores de uma instalação elétrica; explicar como é feita a divisão da instalação elétrica em circuitos terminais; representar as tubulações e fiação em planta. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em sete tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: LOCAÇÃO DOS PONTOS TÓPICO 2: SETORES DE UMA INSTALAÇÃO ELÉTRICA TÓPICO 3: QUADROS ELÉTRICOS TÓPICO 4: DIVISÃO DA INSTALAÇÃO EM CIRCUITOS TERMINAIS TÓPICO 5: TUBULAÇÕES E FIAÇÃO TÓPICO 6: PRUMADA ELÉTRICA TÓPICO 7: DIAGRAMAS UNIFILARES 55 TÓPICO 1 LOCAÇÃO DOS PONTOS Ao fazer a locação dos pontos em planta, o projetista deve estar atento a algumas recomendações, destacando-se: distribuir uniformemente os pontos de iluminação geral e prever pontos de iluminação para destaques específicos; distribuir uniformemente as tomadas de uso geral; prever a localização de tomadas sobre as eventuais bancadas existentes em copas, cozinhas, áreas de serviço e banheiros; prever a localização de tomadas de uso específico a no máximo 1,50 m dos aparelhos de utilização; localizar de forma apropriada os comandos dos pontos de iluminação, prevendo interruptores que se fizerem necessário. TÓPICO 2 SETORES DE UMA INSTALAÇÃO ELÉTRICA As instalações elétricas em geral podem ser divididas em setores, os quais serão descritos na sequência. Circuito Elétrico: são equipamentos e condutores ligados a um mesmo dispositivo de proteção; Dispositivo de Proteção: dispositivo elétrico que atua automaticamente quando o circuito elétrico ao qual está conectado é submetido a condições anormais: alta temperatura, curto-circuito; Quadro de Distribuição: componente fundamental da instalação elétrica, pois recebe o ramal de alimentação que vem do centro de medição, contém Essa unidade baseia-se no livro: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 56 os dispositivos de proteção e distribui os circuitos terminais para as cargas; Circuitos Terminais: alimentam diretamente os equipamentos de utilização (lâmpadas, motores, aparelhos elétricos) e ou TUGs e TUEs. Os circuitos terminais partem dos quadros terminais ou dos quadros de distribuição (alimentadores); Circuitos Alimentadores: Alimentam os quadros terminais e/ou de distribuição, partindo da rede pública, de um transformador ou de um gerador. TÓPICO 3 QUADROS ELÉTRICOS Os quadros terminais e de distribuição deverão ser localizados próximos ao centro de carga da instalação. O centro de carga é o ponto ou a região em que se concentram as maiores potências. Os quadros terminais de residências (casas e apartamentos) devem estar localizados: próximo ao centro de carga; em ambiente de serviço ou circulação; em local de fácil acesso; em local visível e seguro. Em condomínios deverá haver tantos quadros terminais quantos forem os sistemas de utilidades do prédio (iluminação, elevadores, bombas, etc.). Os quadros terminais devem estar localizados nas proximidades de suas cargas. 57 TÓPICO 4 DIVISÃO DA INSTALAÇÃO EM CIRCUITOS TERMINAIS A instalação elétrica de uma residência deverá ser dividida em circuitos terminais. Esta divisão traz muitos benefícios, dentre eles podemos citar: facilidade de operação e manutenção; redução da interferência entre pontos de utilização e limitação das consequências de uma falha; redução nas quedas de tensão e da corrente nominal (dimensionamento de condutores e dispositivos de proteção de menor seção e capacidade nominal); facilidade de enfiação em obra e ligação dos fios aos terminais de equipamentos, interruptores, tomadas, etc. A divisão da instalação pode ser feita de acordo com as seguintes recomendações: toda instalação deve ser dividida em circuitos, de forma que estes podem ser seccionados individualmente, sem risco de realimentação inadvertida por meio de outro circuito; os circuitos terminais devem ser individualizados pela função dos equipamentos de utilização que alimentam. Em particular devem ser previstos circuitos distintos para iluminação e tomadas de corrente; devem ser previstos circuitos independentes para as tomadas de uso geral da cozinha, copa e área de serviço; 58 equipamentos com corrente igual ou superior a 10 A devem possuir tomada de uso específico; deve ser previsto um circuito exclusivo para cada tomada de uso específico; a potência dos circuitos, com exceção de circuitos exclusivos para TUEs, deve estar limitada a 1200 VA em 127 V, ou 2200 VA em 220 V; em instalações com duas ou três fases, as cargas devem ser atribuídas uniformemente entre as fases de modo a obter-se o maior equilíbrio possível. TÓPICO 5 TUBULAÇÕES E FIAÇÃO A princípio devemos locar o quadro de distribuição, seguindo as orientações mencionadas anteriormente. Seguindo do quadro de distribuição, podemos iniciar o traçado dos eletrodutos, procurando os caminhos mais curtos e evitando, sempre que possível, o cruzamento de tubulações. Em seguida devemos: 1. interligar inicialmente os pontos de luz (tubulações embutidas no teto), percorrendo e interligando assim todos os recintos; 2. interligar os interruptores e tomadas ao(s) ponto(s) de luz de cada recinto. Em algumas ocasiões, recomenda-se a utilização de tubulações embutidas no piso, para o atendimento de circuitos de tomadas baixas e médias. 59 Na representação da fiação, deve-se observar: 1. representar os condutores que passam em cada trecho de eletroduto, utilizando a simbologia gráfica normatizada; 2. identificar a que circuitos pertencem os condutores representados; 3. identificar as suas seções nominais em mm². TÓPICO 6 PRUMADA ELÉTRICA A prumada elétrica é um desenhoesquemático que visa representar a instalação no plano vertical. Ela mostra a interligação de toda a instalação, contendo basicamente: caixa seccionadora, alimentador geral de baixa tensão, quadro geral de baixa tensão, centros de medidores, caixas de passagem, alimentadores dos quadros de distribuição parciais e dos quadros terminais. A visualização em um só desenho, de todo o sistema elétrico do prédio permite uma compreensão clara das interligações existentes entre os diversos pavimentos e setores da instalação, bem como a rápida identificação das bitolas dos eletrodutos e dos condutores que os interligam, pois esses dados devem constar no desenho da prumada elétrica. A figura 2 a seguir representa a prumada da instalação elétrica de um edifício de uso coletivo: Os diâmetros nominais das tubulações devem ser indicados na planta. 60 E a figura 3 a seguir traz as convenções utilizadas na prumada da instalação elétrica: As figuras dos Tópicos 5 e 6 e 7 desta Unidade foram retiradas de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 61 TÓPICO 7 DIAGRAMAS UNIFILARES Os diagramas unifilares são desenhos esquemáticos dos quadros de distribuição. Esses desenhos são executados a partir das informações contidas nos quadros de distribuição de cargas e, de certa forma, constituem a representação desses quadros em forma de desenho. Os diagramas são ditos unifilares quando temos apenas uma linha para a representação da saída dos condutores de cada circuito, estando representada sobre esta a fiação correspondente. Nos diagramas multifilares cada condutor de cada circuito é representado por uma linha exclusiva, sendo uma representação integral das conexões elétricas existentes no interior de cada quadro da instalação. A seguir estão representados alguns exemplos de diagramas multifilares e unifilares de quadros terminais e de 62 distribuição de circuitos em instalações elétricas de edifícios de apartamentos. A figura 4 abaixo mostra o diagrama multifilar de um quadro de distribuição de circuitos: A próxima figura, 5, apresenta o diagrama unifilar de um quadro de distribuição de um apartamento: 63 A última figura, 6, desta unidade apresenta o diagrama unifilar geral da instalação elétrica de um edifício de apartamentos, observe: 64 65 EXERCÍCIO 1. Seguindo as recomendações estudadas nessa unidade, utilize a planta baixa a seguir para representar a fiação elétrica. Note que os números dos circuitos estão representados na planta. Utilize a simbologia indicada. 66 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: que os pontos elétricos devem ser locados uniformemente em planta em locais de fácil acesso; que uma instalação elétrica é composta por circuitos elétricos, quadros de alimentação e distribuição, dispositivos de manobra e proteção, entre outros; que uma instalação elétrica quando dividida em circuitos terminais, torna-se mais segura e facilita a manutenção. 67 UNIDADE 6 FORNECMENTO DE ENERGIA Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: explicar os conceitos importantes relacionados ao fornecimento de energia; dimensionar os componentes do ramal de ligação e ramal de entrada de uma instalação em baixa e alta tensão. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em três tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: INTRODUÇÃO TÓPICO 2: DEFINIÇÕES TÓPICO 3: DIMENSIONAMENTOS 68 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO As concessionárias de energia elétrica estabelecem, por meio de suas normas técnicas, os padrões, os limites e os tipos de fornecimentos para unidades consumidoras individuais e edificações coletivas, em função de suas potências instaladas e das demandas máximas previstas. A partir desses dados, define-se se o atendimento será em tensão primária ou em tensão secundária e, nesse caso, o número de condutores que interliga a unidade consumidora ao sistema de distribuição da concessionária, conforme sejam consumidores monofásicos, bifásicos ou trifásicos. Os sistemas de distribuição são caracterizados por sua tensão nominal, número de condutores fases e neutro e pela frequência nominal, padronizada em 60 Hertz no Brasil. TÓPICO 2 DEFINIÇÕES As normas das concessionárias utilizam termos técnicos baseados nas normas da ABNT. A seguir serão apresentados alguns termos importantes. Consumidor: pessoa física ou jurídica que solicitar a concessionária o fornecimento de energia elétrica e assumir a responsabilidade de todas as obrigações regulares e contratuais; Unidade Consumidora: instalações de um único consumidor, caracterizada pela entrega de energia elétrica em um só ponto, com medição individualizada; Algumas descrições dessa unidade foram retiradas das Normas FECO D-03 e FECO D-04. Da Fecoerusc/ SC. 69 Edifício de Uso Coletivo: prédio que tem mais de uma unidade consumidora, cujas áreas comuns, com consumo de energia, sejam de responsabilidade do condomínio; Entrada de Serviço: conjunto de equipamentos, condutores e acessórios instalados desde o ponto de derivação da rede de distribuição da concessionária até a proteção e/ou medição, inclusive; Ponto de Entrada: ponto de conexão do sistema da concessionária com instalação do consumidor. Até este ponto a concessionária se obriga a fornecer energia elétrica, com a participação nos investimentos necessários, bem como se responsabiliza pela execução dos serviços e pela manutenção; Ramal de Ligação: conjunto de condutores e acessórios instalados pela concessionária desde o ponto de derivação da rede pública até o ponto de entrega; Ramal de Entrada: conjunto de condutores e acessórios instalados desde o ponto de entrega até a proteção geral; Caixa Seccionadora: caixa instalada dentro da propriedade do consumidor, na qual se aloja o disjuntor de proteção geral da instalação consumidora; Alimentador Geral: continuação do ramal de entrada, constituído por condutores, eletrodutos e acessórios instalados a partir da proteção geral até o quadro geral de baixa tensão e/ou centro de medição; Alimentador Secundário: ramificação do alimentador geral, constituído por condutores, 70 eletrodutos e acessórios instalados a partir do quadro geral de baixa tensão até os centros de medição; Quadro Geral de Distribuição ou Quadro Geral de Baixa Tensão: quadro, painel ou caixa modular destinada à instalação dos equipamentos de proteção dos ramais alimentadores dos centros de medição; Centro de Medição: local onde estão instalados os medidores de energia e os disjuntores termomagnéticos limitadores de fornecimento de cada unidade consumidora. TÓPICO 3 DIMENSIONAMENTOS As entradas de serviço de edificações de uso coletivo e a alimentação das unidades consumidoras individuais serão dimensionadas com base em suas demandas máximas previstas, em kVA. As concessionárias apresentam tabelas de dimensionamentopara a padronização das entradas e dos ramais das unidades consumidoras, conforme faixas de demandas estabelecidas. A tabela 10, a seguir, retirada da norma técnica FECO- D-04 apresenta o dimensionamento dos componentes para entrada em baixa tensão 380/220 V. 71 A tabela ao lado foi retirada da Norma FECO D-04. Da Fecoerusc/ SC. 72 tomando como exemplo o exercício da Unidade 4, no qual: demanda do apartamento de 15 kVA; demanda do condomínio de 39,19 kVA; demanda da cafeteria de 34,54 kVA. Dimensione os ramais de alimentação. Considere os ramais de ligação e de entrada aéreos, tensão 380/220 V. Solução: demanda do apartamento de 15 kVA: fornecimento bifásico a 3 fios, tensão entre fase e neutro 220 V, disjuntor geral de proteção: 40 A, ramal alimentador: 2#10(10) T10 mm², eletroduto: 1”; demanda do condomínio de 39,19 kVA: fornecimento trifásico a 4 fios, tensão entre fases 380 V, disjuntor geral de proteção: 70 A, ramal alimentador: 3#16(16) T16 mm², eletroduto: 1.1/4”; demanda da cafeteria de 34,54 kVA: fornecimento trifásico a 4 fios, tensão entre fases 380 V, disjuntor geral de proteção: 70 A, ramal alimentador: 3#16(16) T16 mm², eletroduto: 1.1/4”. As tabelas a seguir, retiradas da norma técnica FECO- D-03 apresentam o dimensionamento dos componentes para entrada em alta tensão. A tabela 11, a seguir, traz o dimensionamento do ramal de entrada subterrâneo: As tabelas abaixo foram retiradas da Norma FECO D-03. Da Fecoerusc/ SC. 73 Abaixo, a tabela 12 mostra o dimensionamento do ramal de entrada aéreo: tomando como exemplo o exercício da unidade 4, no qual: demanda do edifício de 139,96 kVA; tensão primária: 13.800 V. Dimensione o ramal de alimentação. Considere os ramais de ligação e de entrada aéreos. 74 Solução: demanda do edifício de 139,96 kVA: fornecimento trifásico a 4 fios, tensão de alimentação: 13,8 kV; condutores (fase e neutro) em alumino 2 AWG. 75 EXERCÍCIO 1. Dimensione os ramais de alimentação para os circuitos descritos abaixo. Considere os ramais de ligação e de entrada aéreos, tensão primária 13,8 kV, tensão secundária 380/220 V. Demanda do Apartamento de 23,1 kVA; Demanda do Condomínio de 49,97kVA; Demanda das Lojas: 13 kVA; Demanda do Edifício: 293,28 kVA. 76 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: sobre os principais conceitos relacionados ao fornecimento de energia elétrica para unidades consumidoras; dimensionar os componentes para alimentação dos ramais de ligação e de entrada. 77 UNIDADE 7 DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: explicar a importância do correto dimensionamento dos condutores utilizados nas instalações elétricas; dimensionar os condutores elétricos por meio dos critérios da capacidade de condução de corrente, limite de queda de tensão e seções mínimas. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em quatro tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: INTRODUÇÃO TÓPICO 2: CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE TÓPICO 3: CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO TÓPICO 4: SEÇÕES MÍNIMAS DOS CONDUTORES 78 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO Dimensionar um circuito é definir a seção mínima dos condutores, de forma a garantir que eles suportem as condições de: a) limite de temperatura determinado pela capacidade de condução de corrente; b) limite de queda de tensão; c) capacidade dos dispositivos de proteção contra sobrecargas; d) capacidade de condução da corrente de curto- circuito por tempo limitado. TÓPICO 2 CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE Este critério tem por objetivo garantir condições satisfatórias de operação aos condutores e as suas isolações, submetidos aos efeitos térmicos produzidos pela circulação da corrente elétrica. A seguir veremos um roteiro para o dimensionamento dos condutores por meio do critério da capacidade de condução de corrente. 1. Tipo de isolação: deve-se escolher o tipo de isolação dos condutores, o qual determina a temperatura máxima a que eles estão submetidos em regime contínuo; Abaixo, a tabela 13 destaca as temperaturas características dos condutores de acordo com a NBR 5410: Essa unidade baseia-se na NBR 5410:2004. 79 Tipo de Isolação Temperatura Máxima para Serviço Contínuo (Condutor) - ºC Temperatura Limite de Sobrecarga (Condutor) - ºC Temperatura Limite do Curto-Circuito (Condutor) - ºC Cloreto de polivinila (PVC) 70 100 160 Borracha etileno- propileno (EPR) 90 130 250 Polietileno- reticulado (XLPE) 90 130 250 2. Maneira de instalar: a maneira como os condutores são instalados influencia na capacidade de troca térmica entre os condutores e o ambiente e, em consequência, na capacidade de condução de corrente elétrica que eles proporcionam; A seguir, a tabela 14, apresentada em uma sequência de tabelas, mostrará os tipos de linhas elétricas de acordo com a tabela 33 NBR 5410:2004: 80 81 82 83 84 85 3. Corrente Nominal ou Corrente de Projeto (Ip): é a corrente do circuito, levando-se em consideração as suas características nominais. Ela será calculada por uma das equações que serão apresentadas na sequência: circuitos monofásicos (fase e neutro): 𝐼𝑝 = 𝑃𝑛 𝑣. cos φ . 𝜂 Sendo: Ip: corrente de projeto do circuito, em ampéres (A); Pn: potência nominal do circuito, em watts; v: tensão entre fase e neutro, em volts; cos φ: fator de potência; η: rendimento. Observação: para circuitos puramente resistivos, compostos apenas por lâmpadas incandescentes e resistências, por exemplo, temos: η = 1 e cos φ = 1. circuitos trifásicos (3F e N): 86 𝐼𝑝 = 𝑃𝑛 3. 𝑣. 𝑐𝑜𝑠 𝜑. 𝜂 circuitos trifásicos equilibrados (3F): 𝐼𝑝 = 𝑃𝑛 √3. 𝑣. 𝑐𝑜𝑠 𝜑. 𝜂 circuitos bifásicos (2F): 𝐼𝑝 = 𝑃𝑛 𝑣. 𝑐𝑜𝑠 𝜑. 𝜂 4. Número de condutores carregados: considera-se condutor carregado aquele que efetivamente é percorrido pela corrente elétrica no funcionamento normal do circuito. Nesse caso, consideram-se os condutores fase e neutro. O condutor de proteção equipotencial, PE, não é considerado condutor carregado; A tabela a seguir estabelece a capacidade de condução de corrente, em ampéres, para as maneiras de instalar (métodos de referência) A1, A2, B1, B2, C e D, da tabela 14: condutores e cabos isolados em PVC, cobre ou alumínio; dois e três condutores carregados; temperatura no condutor: 70 ºC; temperatura ambiente: 30 ºC para instalação não enterrada (ar) e 20 ºC para instalação enterrada (solo). 87 A tabela 15, na sequência, mostra a capacidade de condução de corrente, em Ampéres, para as maneiras de instalar (métodos de referência) A1, A2, B1, B2,C e D da tabela 14 – conforme a tabela 36 da NBR 5410:2004: A tabela 16, a seguir, estabelece a capacidade de condução de corrente, em Ampéres, para as maneiras de instalar (métodos de referência) A1, A2, B1, B2, C e D da tabela 14 – conforme a tabela 37 da NBR 5410:2004: 88 condutores e cabos isolados de XLPE ou EPR, cobre ou alumínio; dois e três condutores carregados; temperatura no condutor: 90 ºC; temperatura ambiente: 30 ºC para instalação não enterrada (ar) e 20 ºC para instalação enterrada (solo). 89 A tabela 17, a seguir, estabelece a capacidade de condução de corrente, em Ampéres, para as maneiras de instalar (métodos de referência) E, F e G da tabela 14 – conforme a tabela 38 da NBR 5410:2004: condutores e cabos isolados de PVC, cobre ou alumínio; temperatura no condutor: 70 ºC; temperatura ambiente: 30 ºC. 90 A tabela 18, a seguir, estabelece a capacidade de condução de corrente, em Ampéres, para as maneiras de instalar (métodos de referência) E, F e G da tabela 14 – conforme a tabela 39 da NBR 5410:2004: 91 condutores e cabos isolados de XLPE ou EPR, cobre ou alumínio; temperatura no condutor: 90 ºC; temperatura ambiente: 30 ºC. 92 5. Cálculo da Corrente Corrigida: 93 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 ∗ 𝐹𝐶𝐴 Fatores de correção para o dimensionamento de cabos: Fator de Correção de Temperatura (FCT): aplicável para temperaturas ambientes de 30 ºC, para cabos não enterrados, e de 20 ºC (temperatura no solo) para cabos enterrados; Na sequência, a tabela 19 apresenta os Fatores de Correção (FCT) para temperaturas ambientes diferentes de 30 ºC para cabos não enterrados e de 20 ºC (temperatura no solo) para cabos enterrados, de acordo com a tabela 40 da NBR 5410: Temperatura ºC ISOLAÇÃO PVC EPR ou XLPE PVC EPR ou XLPE Ambientes do Solo 10 1,22 1,15 1,10 1,07 15 1,17 1,12 1,05 1,04 20 1,12 1,08 1,00 1,00 25 1,06 1,04 0,95 0,96 30 1,00 1,00 0,89 0,93 35 0,94 0,96 0,84 0,89 40 0,87 0,91 0,77 0,85 45 0,79 0,87 0,71 0,80 50 0,71 0,82 0,63 0,76 55 0,61 0,76 0,55 0,71 60 0,50 0,71 0,45 0,66 65 * 0,65 * 0,60 70 * 0,58 * 0,53 75 * 0,50 * 0,46 80 * 0,41 * 0,38 Fator de Correção de Agrupamento (FCA): aplicável para circuitos que estejam instalados em 94 conjunto com outros circuitos em um mesmo eletroduto, calha, bandeja, agrupados sobre uma superfície, ou ainda para cabos em eletrodutos enterrados, ou cabos diretamente enterrados no solo. As tabelas 20 e 21, apresentadas a seguir, fornecem os valores aplicáveis para o FCA. A tabela 20 traz os fatores de correção aplicáveis a condutores agrupados em feixe e a condutores agrupados num mesmo plano, em camada única, conforme a tabela 42 NBR 5410: A tabela 21 mostra os fatores de correção aplicáveis a agrupamentos consistindo em mais de uma camada de 95 condutores – métodos de referência C, E e F, segundo a tabela 43 da NBR 5410: A tabela 22 apresenta os fatores de correção aplicáveis para linha com cabos diretamente enterrados, de acordo com a tabela 44 da NBR 5410: A tabela 23 apresenta os fatores de correção aplicáveis para linhas em eletrodutos enterrados, conforme a tabela 45 da NBR 5410: 96 6. Bitola do condutor: nas tabelas 15, 16, 17 e 18, na coluna correspondente aos dados obtidos anteriormente, encontramos a bitola do condutor, que deve ser aquela que, por excesso, atenda ao valor da corrente nas condições de instalação definidas para o circuito. 97 TÓPICO 3 CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO A queda de tensão provocada pela passagem de corrente elétrica nos condutores dos circuitos de uma instalação deve estar dentro de determinados limites máximos, a fim de não prejudicar o funcionamento dos equipamentos de utilização ligados aos circuitos terminais. A queda de tensão em uma instalação, considerada desde a sua origem até o último ponto de utilização de qualquer circuito terminal, deve estar dentro dos limites prefixados pela tabela 22. Esta fixa os valores percentuais máximos admissíveis para a queda de tensão, em função do valor da tensão nominal, para os diversos tipos de instalação e cargas. Podemos verificar na tabela 24 os limites de queda de tensão admissíveis: Na figura 7 abaixo, vemos os valores máximos de queda de tensão admitidos de acordo com os setores de uma instalação: As tabelas deste Tópico foram retiradas de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 98 Roteiro para Dimensionamento pela Queda de Tensão a) Dados necessários: maneira de instalar o circuito; material do eletroduto (magnético ou não magnético); tipo do circuito (monofásico ou trifásico); corrente de projeto, Ip, em Ampéres; fator de potência médio; comprimento do circuito, l, em km; tipo de isolação do condutor; tensão (V); queda de tensão, e (%), admissível. b) Cálculo da queda de tensão unitária: a queda de tensão unitária ΔVunit, em volts/ampére.km, do circuito, é calculada pela expressão: 𝛥𝑉 𝑢𝑛𝑖𝑡 = 𝑒(%). 𝑉 𝐼𝑝 . 𝐼 99 c) Escolha do condutor: com o valor de ΔVunit calculado, entramos em uma das tabelas de queda de tensão para condutores a seguir que apresente as condições de instalação indicadas no item a, e nesta encontramos o valor cuja queda de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada, encontrando daí a bitola nominal do condutor correspondente. Na tabela 25, abaixo, vemos a queda de tensão unitária, em Volts/Ampére.km, condutores com isolação em PVC: 100 . A tabela 26 traz a queda de tensão unitária, em Volts/Ampére.km, condutores com isolação em EPR: 101 TÓPICO 4 SEÇÕES MÍNIMAS DOS CONDUTORES A NBR 5410 define os valores mínimos das seções para condutores fase, neutro e Condutor de Proteção (PE): seção mínima do condutor fase: a tabela 27, a seguir, atentando por razões mecânicas, define as seções mínimas dos condutores fases, em circuitos CA, e dos condutores vivos em circuitos CC, de acordo com a tabela 47 da NBR 5410. 102 seção do condutor neutro (tabela 28): Seção dos Condutores Fase (mm²) Seção Mínima do Condutor Neutro (mm²) 1,5 a 25 A mesma seção do condutor fase 35 25 50 25 70 35 95 50 120 70 150 70 185 95 240 120 300 150 400 185 103 Seção do Condutor de Proteção (PE) – tabela 29: Seção dos Condutores Fase (mm²) Seção Mínima do Condutor de Proteção(mm²) 1,5 a 16 A mesma seção do condutor fase 25 16 35 16 50 25 70 35 95 50 120 70 150 95 185 95 240 120 300 150 seção do condutor de aterramento (tabela 30 – eletrodos de aterramento): 104 dimensione os condutores para um circuito terminal (circuito 2 da figura abaixo) correspondente a alimentação de um circuito de iluminação sendo: Pn = 1.900 W, V = 220 V, Comprimento: 30 metros, condutores isolados em PVC, eletroduto de PVC embutido em alvenaria, temperatura ambientede 35 ºC. Critério da capacidade de condução de corrente: seguindo o roteiro para o dimensionamento de condutores temos: 1. isolação do condutor: PVC; 2. maneira de instalar: B1, conforme tabela 14; 3. corrente de projeto: 𝐼𝑝 = 1900 220 ∗ 1 ∗ 1 = 8,64 𝐴 4. número de condutores carregados: 2; 5. cálculo da corrente corrigida: 𝐼′𝑝 = 8,64 0,94 ∗ 0,65 = 14,14 𝐴 FCT = 0,94, conforme tabela 19; 105 FCA = 0,65, conforme tabela 20. 6. bitola do condutor: com o valor de I’p entramos na tabela 15, coluna B1, 2cc (2 condutores carregados), na qual encontramos o valor de 17,5 A, que corresponde ao condutor de 1,5 mm². Critério do limite de queda de tensão: a) dados necessários: maneira de instalar o circuito: B1; material do eletroduto (magnético ou não magnético), PVC; tipo do circuito (monofásico ou trifásico), monofásico; corrente de projeto, Ip, em Ampéres: 8,64 A; fator de potência médio: 1,0 (considera-se a coluna 0,95 na tabela 25); comprimento do circuito, l, em km: l = 30 m = 0,030 km; tipo de isolação do condutor: PVC; tensão (V): 220 V; queda de tensão, e (%), admissível; 2%, conforme figura 7. b) cálculo da queda de tensão unitária: 𝛥𝑉 𝑢𝑛𝑖𝑡 = 0,02 ∗ 220 8,64 ∗ 0,030 = 16,97 𝑉/𝐴 ∗ 𝑘𝑚 c) escolha do condutor: com o valor de ΔVunit = 16,97 V/A*km calculado, entramos na tabela 25 de queda de tensão, e nesta encontramos o valor cuja queda de tensão seja igual ou imediatamente inferior 106 à calculada, ou seja 16,9 V/A*km encontrando a bitola nominal do condutor de 2,5 mm². Critério das seções mínimas: por tratar-se de um circuito de força (ver tabela 27), a seção mínima para esse circuito é de 1,5 mm² para condutores de cobre. O condutor a ser utilizado para o circuito em questão deve atender aos três critérios, capacidade de condução de corrente, limite de queda de tensão e seção mínima. Nesse caso o condutor fase a ser utilizado deverá ser de 4 mm². Visto que o condutor fase deve ser de 2,5 mm²; na tabela 28 verificamos que o condutor neutro também deverá ser de 2,5 mm², assim como o condutor de proteção (conforme tabela 29). 107 EXERCÍCIO 1. Dimensione os condutores para um circuito terminal (circuito 1 da figura abaixo) correspondente a alimentação de uma torneira elétrica sendo: Pn = 4.500 W, V = 220 V, comprimento: 15 metros, condutores isolados em PVC, eletroduto de PVC embutido em alvenaria, temperatura ambiente de 30 ºC. 108 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: que em uma instalação elétrica, os condutores devem ser dimensionados de forma a garantir a funcionalidade dos circuitos, bem como a segurança das instalações; os condutores elétricos devem ser selecionados a partir dos critérios da capacidade de condução de corrente, limite de queda de tensão e obedecendo as seções mínimas estabelecidas pela NBR 5410, adotando-se o condutor de maior seção. 109 UNIDADE 8 PROTEÇÃO CONTRA SOBRECORRENTES Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: dimensionar os dispositivos de proteção contra sobrecarga; dimensionar os dispositivos de proteção contra curto-circuito. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em cinco tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: INTRODUÇÃO TÓPICO 2: PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA TÓPICO 3: PROTEÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITO TÓPICO 4: CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO PRESUMIDA TÓPICO 5: DIMENSIONAMENTO DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO 110 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO A NBR-5410/90 estabelece que “os condutores devem ser protegidos por um ou mais dispositivos de seccionamento automático contra sobrecargas e contra curtos-circuitos”. Estabelece também que “as proteção contra os curtos- circuitos e contra as sobrecargas devem ser devidamente coordenadas, de modo que a energia que o dispositivo de proteção contra curtos-circuitos deixa passar, por ocasião de um curto, não seja superior à que pode suportar, sem danos, o dispositivo de proteção contra sobrecargas”. TÓPICO 2 PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA De acordo com a NBR-5410, o projetista deverá prever dispositivos de proteção para interromper toda corrente de sobrecarga nos condutores dos circuitos antes que esta possa provocar um aquecimento prejudicial à isolação, as ligações, aos terminais ou as vizinhanças das linhas. Deve haver uma coordenação entre os condutores e o dispositivo de proteção, de forma a satisfazer as duas condições seguintes: 1. IB ≤ In ≤ Iz; 2. I2 ≤ 1,45 . Iz. Sendo: IB = corrente de projeto do circuito; IZ = capacidade de condução de corrente dos condutores; Essa unidade baseia-se no livro: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 111 IN = corrente nominal do dispositivo de proteção; I2 = corrente que assegura efetivamente a atuação do dispositivo de proteção; na prática, a corrente I2 é considerada igual à corrente convencional de atuação para disjuntores, ou a corrente convencional de fusão, para fusíveis. Observação: a condição “2” é aplicável quando for possível assumir que a temperatura limite de sobrecarga dos condutores não seja mantida por um tempo superior a 100 horas durante doze meses consecutivos ou 500 horas ao longo da vida útil do condutor. Quando isto não for ocorrer, a condição “2” deve ser substituída por: I2 ≤ Iz A tabela 31, abaixo, mostra os tempos e as correntes convencionais de atuação (I2) para disjuntores termomagnéticos, observe: TÓPICO 3 PROTEÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITO Além da proteção contra sobrecargas, a NBR 5410 estabelece que devem ser previstos dispositivos de proteção para interromper toda corrente de curto-circuito nos condutores dos circuitos, antes que os efeitos térmicos e mecânicos dessa A tabela ao lado foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 112 corrente possam tornar-se perigosos aos condutores e suas ligações. Devem ser calculadas as correntes presumidas de curto-circuito em todos os pontos da instalação julgados necessários, nos quais serão aplicados os dispositivos de proteção. A seguir serão descritas algumas recomendações para o dimensionamento da proteção contra curto-circuito: 1. a capacidade de ruptura do dispositivo de proteção deve ser compatível com a corrente de curto-circuito presumida no ponto de sua instalação: 𝐼𝑅 ≥ 𝐼𝑐𝑠 2. o dispositivo de proteção deve atuar antes que os condutores do circuito ultrapassem a temperatura limite: 𝑇𝑑𝑑 ≤ 𝑡 Nos casos em que a duração dos curto-circuitos simétricos, ou assimétricos, for inferior a cinco segundos, o tempo limite de atuação do dispositivo de proteção pode ser calculado aplicando-se a fórmula: 𝑡 = 𝐾² ∗ 𝑆² 𝐼²𝑐𝑠 Onde: IR: corrente de ruptura do dispositivo de proteção; 113 Ics: corrente de curto-circuito presumida no ponto onde será instalado o dispositivo de proteção; Tdd: tempo de disparo do dispositivode proteção para o valor de Ics; T: tempo limite de atuação do dispositivo de proteção, em segundos; S: seção do condutor, em mm²; K: constante relacionada ao material do condutor e da isolação do condutor, de acordo com a NBR 5410: K = 115 para os condutores de cobre isolados em PVC, com seção nominal até 300 mm²; K = 103 para os condutores de cobre isolados em PVC, com seção nominal acima de 300 mm²; K = 143 para os condutores de cobre isolados em EPR ou XLPE; K = 76 para os condutores de alumínio isolados em PVC, com seção nominal até 300 mm²; K = 68 para os condutores de alumínio isolados em PVC, com seção nominal acima de 300 mm²; K = 94 para os condutores de alumínio isolados em EPR ou XLPE. TÓPICO 4 CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO PRESUMIDA O valor da corrente de curto-circuito presumida é necessário para o dimensionamento dos dispositivos de proteção. A seguir veremos um procedimento de cálculo que conduz a um resultado com boa aproximação para curtos-circuitos em instalações elétricas prediais. 1. Cálculo da Impedância até o ponto da falta: resistência da linha: 114 𝑅𝐿 = 𝑟 ∗ 𝐿 𝑁 impedância da linha: 𝑋𝐿 = 𝑥 ∗ 𝐿 𝑁 resistência do transformador: 𝑅𝐸 = 1000 ∗ 𝑃𝑐𝑢 3 ∗ 𝐼𝑁² impedância do transformador: 𝑍𝐸 = 𝑍% ∗ 𝑈𝑐² 100 ∗ 𝑃 reatância do transformador: 𝑋𝐸 = √𝑍𝐸2 − 𝑅𝐸2 impedância de curto-circuito: 𝑍𝑐𝑐 = √(𝑅𝐿 + 𝑅𝐸)2 + (𝑋𝐿 + 𝑋𝐸)² 2. Cálculo da corrente de curto-circuito presumida: 𝐼𝑐𝑠 = 𝑈𝑐 √3 ∗ 𝑍𝑐𝑐 Onde: 115 RL: resistência da linha a montante (mΩ); r: resistência específica da linha (mΩ/m), conforme tabela 32; L: comprimento da linha a montante (m); (entre a fonte e o curto-circuito); N: número de condutores em paralelo em uma mesma fase; x: reatância específica da linha (mΩ/m), conforme tabela 32; XL: reatância da linha a montante (mΩ); Pcu: perdas no cobre (W), conforme a tabela 33; RE: resistência equivalente secundária do transformador (mΩ); In: corrente nominal do transformador; ZE: impedância equivalente secundária do transformador (mΩ); XE: reatância equivalente secundária do transformador (mΩ); Uc: tensão nominal de linha (V); Z%: impedância percentual do transformador; P: potência nominal do transformador (kVA); Zcc: impedância total de curto-circuito (mΩ); Icc: corrente de curto-circuito simétrica presumida (kA). A corrente de curto circuito para os circuitos subsequentes, trifásicos ou monofásicos pode ser determinada, simplificadamente, utilizando-se o gráfico a seguir. Tabela 32 - impedância dos condutores: 116 A tabela 33 traz os dados dos transformadores trifásicos, classe 15 kV, 60 Hz: As tabelas e figuras deste Tópico foram retiradas de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 117 Abaixo, a figura 8 mostra o diagrama simplificado para determinação da corrente de curto-circuito presumida: 118 para o circuito representado na figura abaixo, determine a corrente de curto-circuito nos pontos 1, 2. Os valores encontrados serão os valores mínimos da capacidade de ruptura dos disjuntores que serão instalados nos barramentos do Quadro Geral de Baixa Tensão (QGBT), do Centro de Controle de Motores 01 (CM-01). Sendo: transformador trifásico de 112,5 kVA – 13,8 kV / 220 – 127 V ; corrente nominal do transformador: 296 A; perdas no cobre: Pcu = 1650 W, conforme tabela 33; Z% = 3,5 %, conforme tabela 33; alimentador 1: 3 # 2 x 95 (2 x 95) T 95 mm² - L1 = 50 m; alimentador 2: 3 # 35 (35) T 16 mm² - L2 = 10 m. Solução: Cálculo da corrente de curto-circuito no ponto 1: resistência da linha: 𝑅𝐿 = 0,236 ∗ 50 2 = 5,9 𝑚𝛺 119 r = 0,236 mΩ/m (ver tabela 32) impedância da linha: 𝑋𝐿 = 0,0975 ∗ 50 2 = 2,43 𝑚𝛺 X = 0,0975 mΩ/m (ver tabela 32) resistência do transformador: 𝑅𝐸 = 1000 ∗ 1650 3 ∗ 296² = 6,277 𝑚𝛺 impedância do transformador: 𝑍𝐸 = 3,5 ∗ 220² 100 ∗ 112,5 = 15,057 𝑚𝛺 reatância do transformador: 𝑋𝐸 = √15,057 − 6,277 = 13,686 𝑚𝛺 impedância de curto-circuito: 𝑍𝑐𝑐 = √(5,9 + 6,277)2 + (2,43 + 13,686)² = 21,31 𝑚𝛺 cálculo da corrente de curto-circuito presumida: 𝐼𝑐𝑠 = 220 √3 ∗ 21,31 = 5,96 𝑘𝐴 120 Cálculo da corrente de curto-circuito no ponto 2: Para encontrar a corrente de curto-circuito no ponto 2 temos duas opções. A primeira seria repetir os cálculos utilizados para calcular a corrente de curto do ponto 1. A segunda opção é utilizar a figura 8. No gráfico da figura 8, conforme ilustrado novamente abaixo, determina-se o ponto P, na interseção da curva de 35 mm² com a ordenada 10 m. A partir do ponto P, na vertical procuramos a Ics = 5,96 kA (valor da corrente de curto-circuito no início do trecho 2, determinando o ponto P1. A partir de P1 traça-se uma linha na horizontal até encontrar a ordenada Ics2. Nesse caso Ics2 = 4,6 kA. 121 122 TÓPICO 5 DIMENSIONAMENTO DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO Conhecendo-se o valor da corrente de curto-circuito do ponto onde será instalado o dispositivo de proteção, é possível dimensionar tal dispositivo. A seguir estaremos apresentando um exemplo de dimensionamento: o circuito abaixo é constituído por condutores unipolares de cobre, isolados em PVC, conduzidos através de eletroduto de PVC embutido em alvenaria. A corrente de curto- circuito presumida no ponto da instalação é de 2,0 kA. Deseja-se dimensionar o dispositivo de proteção adequado para o circuito em questão. Sobrecarga: 1. IB ≤ In ≤ Iz; Sabemos que IB = 24 A; Maneira de Instalar: B1 (ver tabela 14); Para 2 condutores carregados encontramos na tabela 15, Iz = 32 A. Colocando na fórmula temos: 24 ≤ In ≤ 32 123 Para atender a condição acima podemos selecionar o disjuntor de 25 A. In = 25 A 2. I2 ≤ 1,45 . Iz. I2 = 1,35 * In (o valor de I2 deverá ser retirado da tabela 31). I2 = 1,35 * 25 = 33,75 A I2 ≤ 1,45 . Iz 33,75 ≤ 1,45 . 32. 33,75 ≤ 46,4 Curto-Circuito 1. 𝐼𝑅 ≥ 𝐼𝑐𝑠; Para encontrar o valor de IR devemos consultar as tabelas de fabricantes de disjuntores e selecionar um disjuntor monopolar com corrente nominal igual a 25 A e capacidade de interrupção maior que 2 kA. A tabela a seguir apresenta as características dos disjuntores termomagnéticos linha Supertibra. 124 2. 𝑇𝑑𝑑 ≤ 𝑡. 𝐼𝑐𝑠 𝐼𝑛 = 2000 25 = 80 Tdd = 0,02 segundos (ver gráfico característica tempo x corrente dos disjuntores termomagnéticos linha Supertibra da figura a seguir). 𝑡 = 𝐾²∗𝑆² 𝐼²𝑐𝑠 = 1152∗ 42 20002 = 0,053 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 𝑇𝑑𝑑 ≤ 𝑡 0,02 𝑠 ≤ 0,053 𝑠 125 126 EXERCÍCIO 1. Para o circuito representado na figura abaixo, determine a corrente de curto-circuito no ponto 3, sabendo-se que a corrente de curto-circuito calculada no ponto 2 é de 4,6 kA. O valor encontrado será o valormínimo da capacidade de ruptura do disjuntor que será instalado no barramento do QT-01 (Quadro Terminal 01). Sendo: transformador trifásico de 112,5 kVA – 13,8 kV / 220 – 127 V; corrente nominal do transformador: 296 A; perdas no cobre: Pcu = 1650 W, conforme tabela 33; Z% = 3,5 %, conforme tabela 33; alimentador 3: # 10 (10) T 10 mm² - L3 = 10 m. 127 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: que deve-se calcular a corrente nominal do circuito para assim selecionar o dispositivo de proteção contra sobrecarga; que a corrente de curto-circuito presumida deve ser calculada nos pontos onde serão instalados os dispositivos de proteção de uma instalação elétrica. 128 UNIDADE 9 ELETRODUTOS Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: explicar a importância da utilização dos eletrodutos; dimensionar eletrodutos. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em dois tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: INTRODUÇÃO TÓPICO 2: DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTOS 129 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO As instalações elétricas dispõem de um componente que propicia um meio envoltório, ou invólucro, aos condutores elétricos, o qual chamamos de condutos. Dentre os diversos tipos de condutos, destacam-se os eletrodutos, como aqueles que têm maior aplicação nas instalações elétricas prediais. Em instalações comerciais ou industriais, além dos eletrodutos, são utilizados também as calhas e bandejas metálicas, prateleiras, canaletas e etc. Vamos nos concentrar nos estudos dos eletrodutos, os quais desempenham as seguintes funções: proteção mecânica para os condutores; proteção aos condutores contra os efeitos do meio ambiente (corrosão, ataques químicos); proteção para as instalações contra os perigos de incêndio resultantes de eventuais superaquecimentos dos condutores ou arcos voltaicos. TÓPICO 2 DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTOS Dimensionar os eletrodutos de uma instalação significa calcular o diâmetro mínimo necessário para abrigar os condutores. A seguir veremos um roteiro para dimensionar os eletrodutos de uma instalação: 1. determina-se a seção total ocupada pelos condutores, aplicando tabelas de fabricantes de condutores e cabos; 130 2. determina-se o diâmetro externo nominal do eletroduto (mm) entrando nas tabelas de fabricantes de eletrodutos com o valor encontrado no item anterior; 3. caso os condutores instalados em um mesmo eletroduto sejam do mesmo tipo e tenham seções nominais iguais, pode-se eliminar os itens 1 e 2, encontrando o diâmetro externo nominal do eletroduto em função da quantidade e seção dos condutores diretamente por tabelas específicas. A tabela 34, a seguir, mostra as dimensões totais dos condutores isolados: A tabela 35 traz eletrodutos de PVC rígido roscável – classe A: As tabelas deste Tópico foram retiradas de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 131 A tabela 36 mostra os eletrodutos rígidos de aço carbono roscável: Na tabela 37 temos a cupação máxima dos eletrodutos de PVC por condutores de mesma bitola: 132 A tabela 38 apresenta a ocupação máxima dos eletrodutos de aço por condutores de mesma bitola: dimensionar o trecho de eletroduto de PVC rígido, indicado na figura abaixo, no qual deverão ser instalados os seguintes circuitos: Circuito 1: # 1,5 (1,5) mm²; Circuito 2: # 2,5 (2,5) mm²; 133 Sabe-se que os cabos são isolados em Pirastic Antiflan. Solução: 1. determina-se a seção total ocupada pelos condutores: na tabela 34, coluna área total, encontramos 2 valores. O primeiro valor refere-se ao diâmetro dos fios (condutor sólido) e o segundo é referente ao diâmetro dos cabos (vários fios): 2 * 7,1 = 14,2 mm² 2 * 10,7 = 21,4 mm² Total: 35,6 mm² 2. determina-se o diâmetro externo nominal do eletroduto (mm) entrando nas tabelas de fabricantes. Na tabela 35, coluna: área útil 2 cabos (31%) com o valor de 35,6 mm² encontramos o valor 39,3 mm² que corresponde ao eletroduto de 3/8” ou 16 mm. 134 EXERCÍCIO 1. Dimensionar o trecho de eletroduto de PVC rígido, indicado na figura abaixo. Sabe-se que os cabos possuem diâmetro nominal de 10 mm² e são isolados em Pirastic Antiflan. 135 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: os eletrodutos oferecem proteção aos condutores contra danos mecânicos, bem como os efeitos do meio ambiente, além de oferecer proteção para as instalações contra o risco de incêndio; os eletrodutos são dimensionados a partir da quantidade e do diâmetro externo dos condutores contidos nele. 136 UNIDADE 10 ATERRAMENTO DAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: identificar os tipos de aterramento existentes; identificar os componentes de um sistema de aterramento; explicar os esquemas de aterramento utilizados nas instalações elétricas. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em seis tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: ATERRAMENTO TÓPICO 2: TIPOS DE ATERRAMENTO TÓPICO 3: COMPONENTES DE UM SISTEMA DE ATERRAMENTO TÓPICO 4: ESQUEMAS DE ATERRAMENTO TÓPICO 5: PERIGOS E EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA TÓPICO 6: DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO À CORRENTE DIFERENCIAL RESIDUAL (DR) 137 TÓPICO 1 ATERRAMENTO Aterramento é a ligação elétrica intencional com a terra. Essa ligação visa proporcionar um meio favorável e seguro ao percurso de correntes elétricas perigosas e indesejáveis. É o caso das descargas elétricas (raios) ou ainda por ocasião de falhas elétricas. As instalações elétricas estão sujeitas a defeitos, como falhas de isolamento de condutores ou partes energizadas que, em contato com superfícies condutoras, poderão colocá-las sob um potencial elétrico diferente daquele que existe na Terra. Alguém, em contato com a terra ou com algum elemento condutor em contato com esta, no instante em que tocar superfícies com potencial elétrico diferente daquele presente na Terra, estabelecerá um caminho condutor fechado entre dois pontos sob potencial elétrico diferente. Isso ocasionará a circulação de corrente elétrica deste ponto à Terra. Este é o fenômeno do choque elétrico. Por outro lado, algumas instalações utilizam a propriedade condutora da superfície da terra como meio funcional. TÓPICO 2 TIPOS DE ATERRAMENTO Em uma instalação elétrica, podem-se ter dois tipos de aterramento: aterramento funcional e de proteção. O aterramento funcional deve ser utilizado para garantir o funcionamento correto dos equipamentos ou para permitir o funcionamento adequado da instalação. Ele consiste na ligação a Terra de um dos condutores da instalação, ocondutor neutro, assim denominado, pois o seu potencial elétrico é (teoricamente) nulo em relação ao potencial da terra, considerado zero. Essa unidades baseia-se na NBR 5410:2004. 138 Algumas instalações especiais utilizam a superfície da terra funcionalmente com condutor neutro (condutor de retorno). É o caso das redes de distribuição Monofásico com Retorno pela Terra (MRT) que possuem um único condutor (o outro terminal do transformador de distribuição é firmemente conectado a terra) e dos sistemas de transporte e bondes, no qual também só existe um condutor que alimenta os equipamentos, pois o retorno da corrente se dá pelos trilhos, em contato com a superfície da terra. O condutor neutro é representado pela letra N e a NBR 5410 recomenda a utilização de cor azul para a isolação deste condutor. O aterramento de proteção consiste na ligação das massas (carcaças metálicas de quadros de distribuição, de transformadores, de motores, eletrodutos metálicos, etc.) e de elementos condutores estranhos à instalação a terra, com o objetivo de garantir a proteção contra contatos indiretos. O condutor de proteção é representado pela letra PE (Protection to Earth) e, em condutores isolados, deve-se usar a cor verde ou verde-amarela, conforme recomendação da NBR 5410. TÓPICO 3 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE ATERRAMENTO Conforme a NBR 5410, todo e qualquer tipo de instalação elétrica predial deve possuir um sistema de aterramento. A figura 9 identifica os principais componentes de um sistema de aterramento, que estão definidos a seguir, conforme terminologia adotada na NBR 5473: As tabelas deste Tópico foram retiradas de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 139 Terra: superfície equipotencial que se considera como o potencial zero para referência de tensões elétricas; Sistema de aterramento: conjunto de todos os condutores e peças condutoras, com os quais é constituído um aterramento, num determinado local; Eletrodo de aterramento: condutor ou conjunto de condutores enterrados no solo e eletricamente ligados a terra. Os tipos de eletrodos mais usados em instalações são as hastes de aterramento, que são hastes rígidas de cantoneiras de aço galvanizado ou circulares de aço revestidas em cobre, cravadas no solo; 140 Terminal de aterramento principal: terminal (ou barra) que tem a função de interligar o condutor de aterramento aos condutores de proteção, inclusive aos condutores de equipotencialidade e condutores de aterramento funcional (se existirem); Condutor de aterramento: condutor que interliga o terminal de aterramento principal ao eletrodo de aterramento; Ligação equipotencial: ligação elétrica entre massas e/ou elementos condutores estranhos à instalação para evitar diferenças de potencial entre as mesmas; Condutores de equipotencialidade principais: interligam as tubulações metálicas não pertencentes à instalação elétrica, os elementos metálicos e as estruturas da construção ao terminal de aterramento principal; Condutores de equipotencialidade suplementares: iterligam ao terminal de aterramento principal, os eletrodos de aterramento da antena externa da TV e do sistema de proteção contra descargas atmosféricas, quando os mesmos possuírem sistemas de aterramento separados; Condutor de Proteção (PE): condutor que liga as massas e os elementos condutores estranhos à instalação, entre si e/ou a um terminal de aterramento; Condutor PEN: condutor que cumpre simultaneamente as funções de Condutor de Proteção (PE) e de Condutor Neutro (N); Dispositivo de verificação do sistema de aterramento: dispositivo situado em local acessível, combinado ao terminal de aterramento principal, 141 desmontável com a utilização de ferramenta mecânica, que tem por finalidade desligar o condutor de aterramento e permitir a medição da resistência de aterramento do eletrodo. TÓPICO 4 ESQUEMAS DE ATERRAMENTO A ABNT possui uma norma que rege o campo de instalações elétricas em baixa tensão e utiliza a seguinte simbologia para classificar os sistemas de aterramento em relação à alimentação e das massas em relação à Terra: primeira letra: especifica a situação da fonte de alimentação em relação à Terra: T- um ponto diretamente aterrado; I - isolação de todas as partes vivas em relação à Terra ou aterramento de um ponto por meio de uma impedância elevada. segunda letra: especifica a situação das massas (carcaças) das cargas ou equipamentos em relação à Terra: T - massas diretamente aterradas, independentemente do aterramento eventual da fonte de alimentação; N - massas ligadas diretamente ao ponto de alimentação aterrado (em corrente alternada normalmente é o ponto neutro); I - massa isolada, isto é, não aterrado. terceira letra: especifica a forma de ligação do aterramento da massa do equipamento, usando o sistema de aterramento da fonte: 142 S - separado, isto é, o aterramento da massa é feito com um fio (PE) separado (distinto) do neutro; C - comum, isto é, o aterramento da massa do equipamento é feito usando o fio neutro (PEN). Esquema TT Neste sistema, um ponto (geralmente o centro da estrela em um sistema de baixa tensão ligado em estrela) da fonte é conectado diretamente à Terra. Todas as partes metálicas expostas e todas as partes metálicas estranhas à instalação são ligadas a um eletrodo de terra separado na instalação. Nesse caso, o percurso de uma corrente fase-massa inclui a terra, o que limita em muito o valor da corrente devido ao elevado valor da resistência de Terra. Essa corrente é insuficiente para acionar dispositivos de proteção (disjuntores ou fusíveis), mas suficiente para colocar uma pessoa em perigo. Portanto, ela deve ser detectada e eliminada por dispositivos mais sensíveis, geralmente chamados de interruptores diferenciais residuais (DRs). A figura 10, a seguir, ilustra um esquema TT: As figuras deste Tópico foram retiradas do site: http://monografias.p oli.ufrj.br/monografia s/monopoli1000606 6.pdf 143 Esquema TN Como no esquema TT, o neutro da fonte também é aterrado diretamente, estando todas as partes metálicas expostas e todas as partes metálicas não pertencentes à instalação ligadas a esse ponto por condutores metálicos. Nesse caso, o percurso de uma corrente fase-massa possui uma impedância baixíssima e a corrente pode atingir valores elevados, suficientes para serem detectados e interrompidos por disjuntores ou fusíveis. No esquema TN, podemos ter as seguintes variações: esquema TN-S, esquema TN-C e esquema TN-C-S, os quais serão explicados na sequência. 1. Esquema TN-S É comumente conhecido como sistema a cinco condutores. Nesse caso, o condutor de proteção conectado à malha de terra na origem do sistema interliga todas as massas da instalação que são compostas, principalmente, pela carcaça dos equipamentos. O condutor de proteção é responsável pela condução das correntes de defeito entre fase e massa. As massas solidárias ao Condutor de Proteção (PE) podem sofrer sobretensões, devido à elevação de potencial no ponto de ligação com o neutro de sistema. Em sistemas com cabo enterrado onde exista uma capa de proteção de chumbo, o condutor de proteção é geralmente a capa de chumbo. Essa configuração traz um aspecto relevante paraa segurança pessoal, pois como as massas estão ligadas ao ponto aterrado da fonte diferente do neutro, elas mantêm o mesmo potencial, que é zero, submetendo o operador do equipamento a uma tensão de toque nula. Outro aspecto positivo é que o Cabo de Proteção (PE) fica imune aos resíduos elétricos gerados pelos desequilíbrios das 144 cargas e as harmônicas geradas pelas cargas lineares que escoam pelo condutor neutro. A utilização de condutores separados N e PE é obrigatória para circuitos com seção inferior a 10 mm² para cobre e 16 mm² para alumínio e em equipamentos móveis. A figura 11, abaixo, ilustra o esquema TN-S: 2. Esquema TN-C O condutor neutro é utilizado também como condutor de proteção e designado como PEN (condutor de proteção + neutro). Nesse caso, diferentemente do esquema TN-S, as massas das cargas elétricas ficam submetidas a potencias diferentes causadas pelas tensões geradas devido ao desequilíbrio das cargas e das harmônicas geradas pelas cargas não lineares. Esse tipo de esquema não é permitido para condutores de seção inferior a 10 mm² e para equipamentos móveis. Na sequência, a figura 12 mostra o esquema TN – C: 145 3. Esquema TN-C-S As funções do condutor neutro e do condutor de proteção são combinadas em parte da instalação. Veja na figura 13, a seguir, o esquema TN – C – S: 146 Esquema IT É um esquema TT com neutro da fonte aterrado por impedância. Normalmente utiliza-se uma impedância na ordem de 1000 a 2000 Ohms entre o neutro do enrolamento de baixa tensão do transformador e a Terra. Com isso, limita-se a corrente de falta a um valor desejado, de forma a não permitir que uma primeira falha desligue o sistema. Geralmente, essa corrente não é perigosa para as pessoas, mas como a instalação estará operando em condição de falta, devem ser utilizados dispositivos que monitorem a isolação dos condutores, evitando a excessiva degradação dos componentes da instalação. Todas as partes condutoras expostas e estranhas à instalação são ligadas a um eletrodo de terra. A figura 14 a seguir mostra um esquema IT: Esse tipo de esquema de aterramento possui diversas vantagens e desvantagens. As principais vantagens são: continuidade (mantém o circuito em funcionamento quando submetido ao primeiro defeito); 147 limitar a corrente de curto-circuito de acordo a capacidade de suportabilidade dos componentes da instalação; reduzir as harmônicas de maneira acentuada na operação do sistema elétrico utilizado; segurança pessoal (protege o operador contra choques elétricos). Por outro lado, esse esquema de aterramento apresenta dificuldade em sistemas de grande porte, obrigando o emprego de dispositivos e técnicas especiais para a sinalização e a localização do primeiro defeito. Na ocorrência de um segundo defeito, a segurança humana é comprometida. No geral, o uso dos sistemas IT fica restrito aos casos onde uma primeira falha não pode desligar imediatamente a alimentação. Têm-se, como exemplo, processos importantes como salas de cirurgia e processos metalúrgicos. TÓPICO 5 PERIGOS E EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA Ao circular pelo corpo humano, ou de animais, a corrente elétrica produz um efeito patofisiológico chamado choque elétrico, o qual pode, muitas vezes, provocar lesões graves ou mesmo vítimas fatais. Os efeitos da circulação da corrente elétrica pelo corpo humano dependem principalmente de sua intensidade e do tempo de circulação da mesma. Ela provoca reações patofisiológicas nas pessoas, cujos principais efeitos são os seguintes: tetanização; parada respiratória; queimaduras; 148 fibrilação ventricular. A tabela 39, abaixo, descreve os efeitos da corrente elétrica sobre o corpo humano: TÓPICO 6 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO À CORRENTE DIFERENCIAL RESIDUAL (DR) Os Dispositivos de Proteção à Corrente Diferencial Residual (DRs) visam garantir a proteção das pessoas contra choques elétricos provocados por contatos diretos e/ou indiretos com partes energizadas, bem como a proteção contra os riscos de incêndio devido aos possíveis efeitos de circulação das correntes de fuga ou de falta para a terra. A corrente diferencial-residual representa a soma fasorial das correntes que percorrem os condutores vivos de um circuito em um determinado ponto, e, teoricamente, o valor de IDR será nulo, a menos que existam correntes de fuga ou de falta para a terra no circuito. Na prática, todos os circuitos apresentam uma corrente de fuga, limitada a valores mínimos, devido à inexistência real de isolação perfeita. O que o dispositivo DR faz é A tabela ao lado foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 149 supervisionar a existência da corrente diferencial-residual no circuito ao qual está conectado. O dispositivo DR atuará provocando o seccionamento da alimentação do circuito, sempre que o valor de IDR ultrapassar um valor preestabelecido, que é a corrente diferencial – residual nominal de atuação do dispositivo. A figura 15 apresenta, esquematicamente, as partes principais de um dispositivo de proteção à corrente diferencial – residual: Algumas recomendações devem ser seguidas para a correta instalação dos dispositivos DR: a) os disjuntores termomagnéticos diferenciais – residuais (módulos acoplados em um único dispositivo) serão dimensionados atendendo simultaneamente as prescrições de proteção contra sobrecorrentes, conforme roteiro descrito no capítulo 9, e as prescrições de proteção contra choques elétricos, definidas neste capítulo; b) quando o dispositivo DR não for associado a um dispositivo de proteção contra sobrecorrentes, a proteção contra sobrecorrentes deve ser feita por dispositivo específico e o dispositivo DR deverá suportar as solicitações térmicas e mecânicas A figura ao lado foi retirada de: Instalações Elétricas Prediais – Domingos Leite Lima Filho. . 150 provocadas por correntes de falta à jusante de seu local de instalação; c) podem ser instalados dispositivos DRs na proteção geral da instalação e/ou nas proteções individuais de circuitos terminais; d) dependendo dos níveis de corrente de fuga do sistema (à instalação), devem-se tomar cuidados especiais com relação a sensibilidade dos dispositivos DR, principalmente se eles forem instalados na proteção geral, pois poderão causar seccionamentos intempestivos da alimentação de toda a instalação; e) quando tivermos dispositivos DR na proteção geral e nos circuitos terminais, deverá ser feita uma coordenação buscando a seletividade de atuação. O dispositivo de menor sensibilidade de atuação deverá ser instalado no circuito terminal e o de maior sensibilidade no circuito de distribuição, obedecidos os limites fixados em norma; f) em instalações residenciais em locais molhados, em particular banheiros e piscinas, as tomadas de corrente devem ser instaladas obedecendo às distâncias mínimas e devem ser feitas ligações de equipotencialidade, conforme definido na NBR 5410. Nos circuitos terminais dessas áreas, é recomendável a utilização de dispositivos diferenciais – residuais de alta sensibilidade; g) em nenhum caso, o condutor neutro deve ser interligado a terra a jusante de um dispositivo diferencial – residual.151 EXERCÍCIOS 1. Quais os tipos de aterramento existentes? Qual é a diferença entre eles? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 2. Qual a diferença entre Condutor de Proteção (PE) e Condutor PEN? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 3. Qual é o esquema de aterramento mais indicado para salas de cirurgia? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 4. Para que servem os Dispositivos de Proteção à Corrente Diferencial Residual (DRs)? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 152 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: aterramento é a ligação que visa proporcionar um meio favorável e seguro ao percurso de correntes elétricas perigosas e indesejáveis; em uma instalação elétrica, pode-se ter o aterramento funcional e o de proteção; os DRs visam garantir a proteção das pessoas contra choques. 153 UNIDADE 11 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade você deverá: saber como é feita a classificação das estruturas para prevenção contra as descargas atmosféricas; saber os métodos de proteção contra descargas atmosféricas existentes; explicar como deve ser elaborado o projeto de um SPDA para um edifício. Plano de Estudos Esta unidade está dividida em sete tópicos, organizados de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: INTRODUÇÃO TÓPICO 2: FORMAÇÃO DO RAIO TÓPICO 3: MODELO ELETROGEOMÉTRICO TÓPICO 4: MÉTODO DE FRANKLIN TÓPICO 5: MÉTODO DE FARADAY TÓPICO 6: CONDUTORES DE DESCIDA TÓPICO 7: SISTEMA DE ATERRAMENTO 154 TÓPICO 1 INTRODUÇÃO As descargas atmosféricas podem ser diretas ou indiretas. A incidência de uma descarga atmosférica diretamente em uma linha de transmissão de energia submete os componentes do sistema próximos ao ponto de incidência. Os sistemas de proteção contra descargas diretas têm por objetivo básico interceptar raios e conduzi-los para a terra. As descargas que incidem em uma região próxima a linha exercem influência no comportamento da mesma. Tais descargas são as descargas indiretas ou descargas para o solo. Quando elas atingem o solo, induzem tensão e corrente no sistema provocando sobretensões. Na Terra ocorrem cerca de 100 relâmpagos por segundo enquanto que no Brasil, ocorrem 3,2, sendo a maior incidência de raios do mundo. Anualmente, as descargas atmosféricas são responsáveis por prejuízos de, aproximadamente, um bilhão de dólares em todo o mundo e pela morte de 6.000 pessoas por ano, das quais 200 só no Brasil. TÓPICO 2 FORMAÇÃO DO RAIO Ao longo dos anos, várias teorias foram desenvolvidas para explicar o fenômeno dos raios. Atualmente, sabe-se que a fricção entre as partículas de água e gelo que formam as nuvens dão origem a uma grande quantidade de cargas elétricas. A nuvem, por sua vez, fica carregada positivamente na parte superior e negativamente na parte inferior. A nuvem carregada induz no solo cargas positivas que ocupam uma área correspondente ao tamanho da nuvem. Entre a Essa unidade baseia-se no site: http://monografias.p oli.ufrj.br/monografia s/monopoli1000606 6.pdf 155 nuvem e a Terra formam-se diferenças de potenciais que variam de 10.000 a 1.000.000 kV, sendo que a nuvem se encontra entre 300 e 5.000 metros de altura. Porém, não é necessário um gradiente de tensão superior à camada de ar entre a nuvem e o solo, pois essa camada contém grande quantidade de impurezas o que enfraquece a rigidez dielétrica da mesma. Sendo assim, o raio consegue perfurar o ar e descarregar na Terra. As correntes dos raios penetram na instalação pelos captores e são conduzidas até o aterramento por meio das descidas, que são ligadas aos eletrodos de aterramento. Os eletrodos de aterramento podem ser de cobre, aço galvanizado a quente ou aço inoxidável, não sendo permitido o uso de alumínio. É possível também utilizar o aço revestido de cobre (copperweld) com uma camada mínima de 254 milímetros. O eletrodo de terra pode ter a forma de cabo, barra chata ou redonda ou tubo, com seções mínimas de 50 mm² para o cobre, 80 mm² para o aço galvanizado e 100 mm² para aço inoxidável. Segundo a norma brasileira NBR 5419/2001, a probabilidade de penetração de uma descarga atmosférica no volume atmosférico a proteger é consideravelmente reduzida pela presença de um subsistema de captação corretamente projetado. A tabela 40 descreve o nível de proteção das estruturas, observe: 156 A tabela ao lado foi retirada do site: http://monografias.p oli.ufrj.br/monografia s/monopoli1000606 6.pdf 157 Os captores podem ser constituídos por uma combinação qualquer dos seguintes elementos: a) hastes; b) cabos esticados; c) condutores em malha; d) elementos naturais. Para o correto posicionamento dos captores de acordo com o nível de proteção, devem ser observados os requisitos da tabela 41 (abaixo), a qual foi retirada da NBR 5419, e da figura 16 (na sequência): Figura 16: A figura ao lado foi retirada do site: http://monografias.p oli.ufrj.br/monografia s/monopoli1000606 6.pdf 158 Sendo: a – largura da malha; b – comprimento da malha; h – altura do captor; α – ângulo de proteção (método Franklin); R – raio da esfera rolante; b ≤ 2ª. Métodos de Projeto dos Captores No projeto dos captores, podem-se utilizar os seguintes métodos, conforme o caso: a) ângulo de proteção (método Franklin);e/ou b) esfera rolante ou fictícia (modelo eletrogeométrico); e/ou c) condutores em malha ou gaiola (método Faraday). TÓPICO 3 MODELO ELETROGEOMÉTRICO O Modelo Eletrogeométrico (MEG) foi embasado em um extensivo trabalho de pesquisa e resgatou o modelo sugerido por Preece em 1881, que previa que o volume de proteção de um elemento captor seria definido por um cone com vértice na extremidade do captor, delimitado pela rotação de um segmento de círculo tangente ao solo. O raio desse segmento de círculo é função do nível de proteção desejado para a instalação. O MEG para aplicação na proteção das estruturas admite algumas hipóteses simplificadoras: 159 só são consideradas as descargas negativas iniciadas nas nuvens; a descarga final se dá para o objeto aterrado mais próximo, independente de sua massa ou condições de aterramento; as hastes verticais e os condutores horizontais têm o mesmo poder de atração. Uma aplicação do MEG pode ser visto na figura 17, a seguir, na qual se verifica que o para-raios existente no topo do campanário protegeapenas uma parte da igreja, sendo necessário mais um para-raios para proteger a ponta da nave da igreja. No MEG, a distância de atração ou o raio de atração Ra, é calculada por: Ra = a * Ibmáx Onde: As figuras deste Tópico foram retiradas do site: http://monografias.p oli.ufrj.br/monografia s/monopoli1000606 6.pdf 160 Imáx: é o valor de pico da corrente de retorno do raio; a e b: são as constantes que variam conforme propostas de vários pesquisadores. Quando aplicadas as estruturas, a norma NBR- 5419/2005 adota a=10 e b=0,65. O Modelo Eletrogeométrico é compatível com a constatação prática de que as estruturas muito altas são susceptíveis de serem atingidas por descargas laterais. Efetivamente, se a estrutura tiver uma altura superior à distância R, um elemento captor no seu topo não garantirá uma proteção adequada, pois o segmento de círculo tangente ao solo tocará lateralmente na estrutura. A figura 18, abaixo, mostra a área protegida de uma descarga lateral: 161 TÓPICO 4 MÉTODO DE FRANKLIN O Método de Franklin consiste em uma haste captora em forma de ponta, que é fixada em mastros elevados, à qual são ligados os cabos de descida que se interligam ao eletrodo de aterramento, proporcionando o caminho de escoamento da descarga. É o método mais usual para proteção de edifícios. TÓPICO 5 MÉTODO DE FARADAY Neste sistema de proteção, uma rede de condutores, lançada na cobertura e nas laterais da instalação, forma uma blindagem eletrostática, destinada a interceptar as descargas atmosféricas incidentes. Elementos metálicos estruturais, de fachada e de cobertura, podem integrar esta rede de condutores, desde que atendam a requisitos específicos. Edificações com estruturas metálicas e continuidade elétrica nas ferragens estruturais, assim como o aterramento em fundações (ou anel) têm bom desempenho como Gaiola de Faraday. Galpões em estrutura metálica (colunas e cobertura) constituem-se em Gaiolas de Faraday naturais, mesmo assim, devem ser complementados com um aterramento adequado, preferencialmente integrado às armaduras das fundações. O Método de Faraday é também aplicável a edificações de grande área de cobertura (usualmente prédios industriais), onde a adoção de outras técnicas de dimensionamento da rede captora implica a utilização de grande número de mastros captores, que demandam uma ampla rede de condutores de interligação que, por si só, já é uma aproximação de uma Gaiola de Faraday. Pode-se fazer também uma blindagem em equipamentos elétricos (fontes de alimentação, inversores de 162 frequência, PCs. etc.), utilizando o conceito da Gaiola de Faraday que não permite que cargas elétricas penetrem ou saiam do ambiente em que estão confinadas. Dessa forma, esses equipamentos possuem suas caixas de montagem feitas de metal que são ligadas ao terminal terra. TÓPICO 6 CONDUTORES DE DESCIDA Os condutores de descida devem atender algumas recomendações: a) o comprimento desses condutores deve ser o menor possível; b) a corrente de descarga deve escoar por diversos trajetos paralelos; c) a distribuição dos condutores de descida ao longo do perímetro a proteger, deve ser feita de acordo com os espaçamentos mínimos indicados na tabela 42. São necessários, no mínimo 2 condutores de descida, independente do perímetro; d) os condutores de descida externos devem ser interligados por meio de condutores horizontais, formando anéis, sendo o primeiro próximo do nível do solo e os outros a cada 20 metros de altura; e) os condutores podem ser instalados externos à estrutura, fixados por espaçadores ou embutidos se a parede for de material não combustível; f) não devem ser feitas emendas nos cabos de descida, exceto por solda exotérmica; g) devem ser instalados a uma distância mínima de 50 cm de portas, janelas e outras aberturas; 163 h) devem ser protegidos contra danos mecânicos até no mínimo 2,5 metros de altura por meio de eletroduto de PVC ou metálico. Quando são utilizados eletrodutos metálicos, o cabo de descida deve ser conectado às extremidades superior e inferior do eletroduto; i) as seções mínimas dos captores, condutores de descida e de eletrodos de aterramento estão definidas na tabela 43. Na prática são adotadas seções maiores, visando propiciar maior resistência mecânica. Usualmente, utiliza-se o mínimo de 35 mm² para os condutores de descida e 50 mm² para os eletrodos de aterramento de cobre; j) podem ser utilizados como captores e condutores de descida naturais, os elementos metálicos da cobertura, pilares metálicos e armações de aço da estrutura, desde que atendam as recomendações específicas da NBR 5419. Abaixo, a tabela 42 apresenta o espaçamento médio dos condutores de descida: Na sequência, a tabela 43 traz as seções mínimas dos materiais do SPDA: As tabelas deste Tópico foram retiradas da Norma Técnica 40/2014 – Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas. 164 TÓPICO 7 SISTEMA DE ATERRAMENTO Uma parte importante do SPDA é seu sistema de aterramento. Este deve assegurar a disperção da corrente de descarga sem causar sobretensões perigosas. A resistência de aterramento não deve ser superior a 10 Ω independente da época do ano. Os eletrodos de aterramento devem ser interligados entre si e com o terminal de aterramento principal da instalação. Podem ser utilizados como eletrodo de aterramento: condutores em anel; hastes verticais ou inclinadas; condutores horizontais radiais; armações de aço da fundação. As hastes de aterramento verticais ou inclinadas instaladas em paralelo devem ser espaçadas entre si por uma distância não inferior a sua profundidade de cravação no solo. projetar o SPDA para um edifício residencial com as seguintes características: 165 Solução: nível de proteção: estrutura comum, uso residencial. Nível de proteção III (ver tabela 40); tipo de SPDA: utilizaremos um captor tipo Franklin, instalado em haste metálica (eletroduto de aço) fixada no ponto central da laje superior da caixa d’água do edifício; zona de proteção: h= 18 + 4,5 + 4,5 = 27 metros α = 35º, conforme tabela 41 Pela figura abaixo notamos que: 166 𝑡𝑔 35𝑜 = (2 + 4) 𝐿 + 4,5 𝐿 = 4,07 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 O comprimento da haste metálica deverá ser de 4,5 metros, de forma a garantir a proteção total da estrutura utilizando-se apenas um captor Franklin. condutores de descida: o perímetro da edificação P = 12 + 12 + 12 + 12 = 48 metros. Por meio da tabela 42 verificamos que é necessário um condutor a cada 20 metros, logo: Nc = 48/20 = 2,4 condutores de descida. Nesse caso utilizam-se três condutores de descida de cobre, de 35 mm² de seção. eletrodos de aterramento: utilizaremos em cada descida, um condutor de cobre de 50 mm² para interligar o ponto de medição a um conjunto de três hastes de aterramento de cobre ¾” com 3 metros de comprimento. Se for necessário, após a medição deverão ser instaladas mais hastes a fim de obter uma resistência máxima de 10 Ω. A figura a seguir representa o desenho da instalação. 167 168 EXERCÍCIOS 1. Supondo que você sejacontratado para desenvolver o projeto do sistema de proteção contra descargas atmosféricas de um hospital. Qual o nível de proteção mais adequado para esse tipo de ambiente? Consulte a NBR 5419. _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 2. Qual o método de proteção para SPDA mais utilizado no caso de edifícios de uso coletivo? _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 3. Cite três recomendações importantes para os condutores de descida de um SPDA. _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________________________ 169 CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender: o nível de proteção de uma edificação é classificado de acordo com o tipo de ocupação; os métodos de proteção contra descargas atmosféricas baseiam-se nos modelos Franklin, Faraday e no Modelo Eletrogeométrico. 170 GABARITO COMENTADO UNIDADE 1 Questão 1 Projetar é elaborar soluções que podem ser implementadas para a resolução de determinados problemas. O projetista deverá ter em mente que a solução não é única. Frequentemente, existem diversas alternativas de soluções possíveis cabendo ao projetista examiná-las, avaliar as possibilidades de cada uma delas e, finalmente, inclinar-se por aquela que julgar a mais adequada. Questão 2 O CREA é o Conselho Regional de Engenharia, ele responsável pela fiscalização do exercício das profissões da área tecnológica em âmbito regional. Essa organização exerce o papel de primeira e segunda instância, verificando, orientando e fiscalizando o exercício profissional com a missão de defender a sociedade da prática ilegal das atividades abrangidas pelo sistema CONFEA/CREA. Questão 3 Para o desempenho profissional de suas atividades, o projetista deve obter habilitação especifica por meio de formação em centros educacionais especializados (universidades, faculdades de engenharia, centros de educação tecnológica, escolas técnicas, etc.) e registro no respectivo Conselho Profissional. Questão 4 Os profissionais habilitados para as atividades de elaboração de projetos de instalação de energia são os engenheiros e técnicos industriais de nível médio, conforme atribuições definidas para cada categoria profissional. 171 UNIDADE 2 Questão 1 Elaborar um projeto elétrico consiste em quantificar, determinar os tipos e localizar os pontos de utilização de energia elétrica; dimensionar, definir o tipo e o caminho dos condutores e condutos; dimensionar, definir o tipo e a localização dos dispositivos de comando, de medição de energia elétrica e demais acessórios. Questão 2 Na elaboração de um projeto elétrico devem ser observadas: NBR 5410, NBR 14039, NBR 5419, NBR 5413. Questão 3 A Norma Regulamentadora nº 10 refere-se a Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade. UNIDADE 3 Questão 1 a) Calculando a potência mínima necessária para iluminação. Dormitório 1: 4 m x 4 m = 16 m² 6 m² - 100 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA Total: 220 VA Dormitório 2: 5 m x 4 m = 20 m² 6 m² - 100 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA Total: 280 VA 172 Dormitório 3: 5 m x 3,5 m = 17,5 m² 6 m² - 100 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA Total: 220 VA Banheiro 1: 2,5 m x 2,0 m = 5 m² Até 6 m² - 100 VA Total: 100 VA Banheiro 2: 2,5 m x 2,0 m = 5 m² Até 6 m² - 100 VA Total: 100 VA Sala Estar: 5 m x 4 m = 20 m² 6 m² - 100 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA Total: 280 VA Cozinha: 4 m x 4 m 6 m² - 100 VA 4 m² - 60 VA 4 m² - 60 VA Total: 220 VA Lavanderia: 3 m x 2 m = 6 m² Até 6 m² - 100 VA Total: 100 VA Total: 220 + 280 + 220 VA + 100 VA + 100 VA + 280 VA + 220 VA + 100 VA = 1520 VA 173 b) Calculando a potência mínima necessária para TUGs. Dormitório 1: 4 m x 4 m = 16 m 16/5 = 3,2 = 4 tomadas de 100 VA = 400 VA Dormitório 2: 5 m x 4 m = 18 m 18/5 = 3,6 = 4 tomadas de 100 VA = 400 VA Dormitório 3: 5 m x 3,5 m = 17 m 17/5 = 3,4 = 4 tomadas de 100 VA = 400 VA Banheiro 1: 2,5 m x 2,0 m = 9 m 1 tomada de 600 VA Banheiro 2: 2,5 m x 2,0 m 1 tomada de 600 VA Sala Estar: 5 m x 4 m = 18 m 18/5 = 3,6 = 4 tomadas de 100 VA = 400 VA Cozinha: 4 m x 4 m = 16 m 16/3,5 = 4,6 = 5 tomadas sendo 3 de 600 VA cada e 2 de 100 VA cada = 2000 VA Lavanderia: 3 m x 2 m = 10 m 10/3,5 = 2,9 = 3 tomadas de 600 VA cada = 1800 VA Total: 400 + 400 + 400 + 600 + 600 + 400 + 2000 + 1800 = 7000 VA UNIDADE 4 Questão 1 a) Cálculo da demanda individual de um apartamento: 174 PD = (P1 * g) + P2 P1 = 3200 + 8600 = 11800 W ou 11,8 kVA g = 0,24 P2 = (2 * 5400) + 3700 + 1650 + (2500/0,85) + (1000/0,85) = 20,27 kVA PD = (11,8 * 0,24) + 20,27 = 23,10 kVA b) Cálculo da demanda do condomínio: Dcondom = I1 + 0,25 * I2 + 0,2 * T + M I1 = (10/0,95) = 10,53 kVA I2 = (6/0,95) = 6,31 kVA T = 7 + (2 * 5,4) = 17,8 kVA Motores: 1 Portão Automático de 2 CV – trifásico: 2,7 2 bombas para piscina de 2 CV – trifásicas: 4,04 2 Elevadores de 10 CV – trifásicos 17,31 2 Bombas de recalque de 5 CV – trifásicas – 1 reserva 6,02 2 Bombas de 1 CV – Trifásicas – 1 reserva 1,52 1 Bomba de Combate a incêndio de 2 CV – trifásica 2,7 Total M: 34,30 Dcondom = 10,53 + (0,25 * 6,31) + (0,2 * 17,80) + 34,30 Dcondom = 49,97 kVA c) Cálculo da demanda de cada loja: PD = D1 + D2 + D3 D1 = Demanda de Iluminação e TUG D1 = 100 % * (2400 + 3800) = 6,2 kVA D2 = Demanda de Condicionadores de Ar D2 = 100% * (2 * 1650) = 3,3 kVA D3 = Demanda do Chuveiro 175 D3 = 100% * (1 * 3500) = 3,5 kVA PD = 6,2 + 3,3 + 3,5 = 13 kVA d) Cálculo da demanda do edifício: 𝑫𝒆𝒅𝒊𝒇 = 𝟏, 𝟐𝟎 (𝑫𝒂𝒑𝒕𝒐𝒔 + 𝑫𝒄𝒐𝒏𝒅𝒐𝒎 + 𝑫𝒖𝒏. 𝒄𝒐𝒎𝒆𝒓) Daptos = F1 * F2 F1 = 29,52 F2 = 2,31 Daptos = 29,52 * 2,31 = 68,19 kVA Dcondom = 49,97 kVA Dun.comer = D1 + D2 + D3 Precisamos calcular a demanda total considerando as 12 lojas: D1 = 100% * 12 * (2400 + 3800) = 74,40 kVA D2 = 80% * 24 * 1650 = 31,68 kVA D3 = 48% * 12 * 3500 = 20,16 kVA PD = 74,40 + 31,68 + 20,16 = 126,24 kVA 𝑫𝒆𝒅𝒊𝒇 = 𝟏, 𝟐𝟎 (𝑫𝒂𝒑𝒕𝒐𝒔 + 𝑫𝒄𝒐𝒏𝒅𝒐𝒎 + 𝑫𝒖𝒏. 𝒄𝒐𝒎𝒆𝒓) 𝑫𝒆𝒅𝒊𝒇 = 𝟏, 𝟐𝟎 (𝟔𝟖, 𝟏𝟗 + 𝟒𝟗, 𝟗𝟕 + 𝟏𝟐𝟔, 𝟐𝟒) = 𝟐𝟗𝟑, 𝟐𝟖 𝒌𝑽𝑨 UNIDADE 5 Questão 1 A representação das tubulações e fiação pode variar de acordo com o projetista. A planta abaixo apresenta uma das possíveis soluções:176 UNIDADE 6 Questão 1 Demanda do apartamento de 23,1 kVA: fornecimento trifásico a 4 fios, tensão entre fases 380 V, disjuntor geral de proteção: 40 A, ramal alimentador: 2#10(10) T10 mm², eletroduto: 1”. Demanda do condomínio de 49,97 kVA: fornecimento trifásico a 4 fios, tensão entre fases 380 V; disjuntor geral de proteção: 100 A, ramal alimentador: 3#25(25) T16 mm², eletroduto: 1.1/2”. Demanda da loja de 13 kVA: fornecimento bifásico a 3 fios, tensão entre fase e neutro 220 V, disjuntor geral de proteção: 40 A, ramal alimentador: 2#10(10) T10 mm², Eletroduto: 1”. 177 Demanda do edifício de 293,28 kVA: fornecimento trifásico a 4 fios, tensão de alimentação: 13,8 kV, condutores (fase e neutro) em alumino 2 AWG. UNIDADE 7 Questão 1 Solução Critério da Capacidade de Condução de Corrente Seguindo o roteiro para o dimensionamento de condutores temos: 1. isolação do condutor: PVC; 2. maneira de instalar: B1, conforme tabela 14; 3. corrente de Projeto: 𝐼𝑝 = 4500 220 ∗ 1 ∗ 1 = 20,45 𝐴 4. número de condutores carregados: 2; 5. cálculo da corrente corrigida: 𝐼′𝑝 = 20,45 1 ∗ 0,65 = 31,46 𝐴 FCT = 1, conforme tabela 19; FCA = 0,65, conforme tabela 20. 6. bitola do condutor: com o valor de I’p entramos na tabela 15, coluna B1, 2cc (2 condutores carregados), onde encontramos o valor de 32 A, que corresponde ao condutor de 4 mm². Critério do Limite de Queda de Tensão 178 a) Dados necessários: maneira de instalar o circuito: B1; material do eletroduto (magnético ou não magnético), PVC; tipo do circuito (monofásico ou trifásico), bífásico (considera-se monofásico na tabela 25); corrente de projeto, Ip, em Ampéres: 20,45 A; fator de potência médio: 1,0 (considera-se a coluna 0,95 na tabela 25); comprimento do circuito, l, em km: l = 15 m = 0,015 km; tipo de isolação do condutor: PVC; tensão (V): 220 V; queda de tensão, e (%), admissível; 2%, conforme figura 7. b) Cálculo da queda de tensão unitária: 𝛥𝑉 𝑢𝑛𝑖𝑡 = 0,02 ∗ 220 20,45 ∗ 0,015 = 14,34 𝑉/𝐴 ∗ 𝑘𝑚 c) Escolha do condutor: com o valor de ΔVunit = 14,34 V/A*km calculado, entramos na tabela 25 de queda de tensão e nesta encontramos o valor cuja queda de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada, ou seja, 10,6 V/A*km encontrando a bitola nominal do condutor de 4 mm². Critério das Seções Mínimas Por tratar-se de um circuito de força (ver tabela 27), a seção mínina para esse circuito é de 2,5 mm² para condutores de cobre. O condutor a ser utilizado para o circuito em questão deve atender aos três critérios: capacidade de condução de corrente, limite de queda de tensão e seção mínima. Nesse caso o condutor fase a ser utilizado deverá ser de 4 mm². Visto que o condutor 179 fase deve ser de 4 mm², na tabela 28 verificamos que o condutor neutro também deverá ser de 4 mm², assim como o condutor de proteção (conforme tabela 29). UNIDADE 8 Questão 1 Vamos optar por utilizar o gráfico da figura 8, uma vez que já é conhecido o valor da corrente de curto-circuito no início do trecho Ics2 = 4,6 kA. No gráfico da figura 8, conforme ilustrado novamente abaixo, determina-se o ponto P, na interseção da curva de 10 mm² com a ordenada 20 m (como o circuito 3 é monofásico é necessário dobrar o valor do comprimento para utilizar o mesmo gráfico). A partir do ponto P, na vertical procuramos a Ics = 4,6 kA (valor da corrente de curto- circuito no início do trecho 3, determinando o ponto P1). A partir de P1 traça-se uma linha na horizontal até encontrar a ordenada Ics3. Nesse caso Ics3 = 1,45 kA. 180 181 UNIDADE 9 Questão 1 Solução 1. Determina-se a seção total ocupada pelos condutores: na tabela 34, coluna área total, encontramos dois valores. Lembre-se que o primeiro valor refere-se ao diâmetro dos fios (condutor sólido) e o segundo referente ao diâmetro dos cabos (vários fios). 4 * 27,3 = 109,2 mm² Total: 109,2 mm² 2. Determina-se o diâmetro externo nominal do eletroduto (mm) entrando nas tabelas de fabricantes. Na tabela 35, coluna: área útil ≥ 3 cabos (40%) com o valor de 109,2 mm² encontramos o valor 138,6 mm² que corresponde ao eletroduto de 3/4” ou 25 mm. UNIDADE 10 Questão 1 Em uma instalação elétrica, pode-se ter dois tipos de aterramento: aterramento funcional e de proteção. O aterramento funcional deve ser utilizado para garantir o funcionamento correto dos equipamentos ou para permitir o funcionamento adequado da instalação. Já o aterramento de proteção consiste na ligação das massas (carcaças metálicas de quadros de distribuição, de transformadores, de motores, eletrodutos melálicos, etc.) e de elementos condutores estranhos à instalação a terra, com o objetivo de garantir a proteção contra contatos indiretos. Questão 2 Condutor de Proteção (PE): é o condutor que liga as massas e os elementos condutores estranhos à instalação, entre si e/ou a um terminal de aterramento. Condutor PEN: é o condutor que cumpre simultaneamente as funções de Condutor de Proteção (PE) e de Condutor Neutro (N). 182 Questão 3 O esquema mais indicado para salas de cirurgias é o aterramento IT. Questão 4 Os Dispositivos de Proteção à Corrente Diferencial Residual (DRs) visam garantir a proteção das pessoas contra choques elétricos provocados por contatos diretos e/ou indiretos com partes energizadas, bem como a proteção contra os riscos de incêndio devido aos possíveis efeitos de circulação das correntes de fuga ou de falta para a terra. UNIDADE 11 Questão 1 Para um hospital deve haver nível de proteção II, conforme a tabela 40. Questão 2 No caso de edifícios coletivos, deve-se utilizar o Método Franklin. Questão 3 Recomendações importantes para os condutores de descida de um SPDA: 1. o comprimento desses condutores deve ser o menor possível; 2. não devem ser feitas emendas nos cabos de descida, exceto por solda exotérmica; 3. devem ser instalados a uma distância mínima de 50 cm de portas, janelas e outras aberturas. 183 REFERÊNCIAS CAVALIN, Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações elétricas prediais. 15.ed. São Paulo: Érica, 2006. COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações elétricas. 3.ed. São Paulo: Afiliada, 2001. CREDER, Hélio. Instalações elétricas. 14.ed. Rio de Janeiro: JC, 2000. FILHO, Domingos Leite Lima. Projetos de instalações elétricas prediais. 11.ed. São Paulo: Afiliada, 2007. Disponível em: http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10006066.pdf. Acesso em: 20 fev. 2015. 184