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1 APOSTILA DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PROF. CARLOS HENRIQUE ROCHA 2021 2 CAPÍTULO 1 - ESQUEMA BÁSICO DO SISTEMA ELÉTRICO Toda energia gerada para atender ao sistema elétrico, no território brasileiro, é da forma trifásica, alternada, tendo sido fixada a frequência de 60 HZ, por decreto governamental. Um sistema elétrico compreende os seguintes componentes Produção Transmissão Distribuição 1.1) PRODUCÃO Pode ser realizada por meio do uso da energia potencial da água (hidroelétrica) ou utilização da energia potencial dos combustíveis (termoelétrica). Cerca de 90% da energia gerada no Brasil é através de hidroelétricas, pois nosso país possui um rico potencial hidráulico. As usinas termoelétricas existentes no Brasil utilizam combustíveis fósseis (petróleo, carvão mineral) combustíveis não fósseis (madeira, bagaço de cana, etc.) ou combustível nuclear (urânio enriquecido). 1.2)TRANSMISSÃO Significa transporte da energia elétrica gerada até os centros consumidores. Para que seja economicamente viável, a tensão gerada, normalmente 13,8 KV deve ser elevada para valores padronizados em função da potência à ser transmitida e da distância entre usina e centros consumidores. Portanto temos uma subestação elevadora junto a geração, conforme diagrama à seguir. As tensões mais usuais para transmissão em corrente alternada são 69, 138, 230, 345 e 500 KV. Estudos econômicos podem decidir por transmissão acima de 500 KV em corrente contínua. Um exemplo deste tipo de transmissão é o da Usina de Itaipú cujas linhas de transmissão são de 600 KV em CC. Neste caso necessita-se de uma subestação retificadora e uma subestação inversora. 1.3)DISTRIBUICÃO Parte do sistema elétrico dentro dos centros de utilização (cidades, bairros, indústrias). A distribuição começa na subestação abaixadora onde a tensão da Linha de Transmissão é reduzida para valores padronizados nas redes de distribuição primária (13,2; 15; 34,5 KV). A parte final do sistema elétrico são os trafos abaixadores que reduzem a tensão para valores de utilização (380/220; 220/127 V). As redes de distribuição nos centros urbanos podem ser aéreas ou subterrâneas. As redes de distribuição primária e secundária, normalmente são trifásicas e as ligações aos consumidores poderão ser monofásicas, bifásicas ou trifásicas, de acordo com a carga: Figura 1.1 – Diagrama Unifilar 3 CAPÍTULO 2 - INSTALACÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO As instalações elétricas de baixa tensão, atualmente, são regidas pela Norma Brasileira NBR 5410/04 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Um projeto de instalações elétricas é a previsão escrita, com todos os detalhes, localização dos pontos de utilização da energia elétrica, comandos, trajetos dos condutores, divisão dos circuitos, seção dos condutores, cargas e dispositivos de manobra. De maneira geral, o projeto compreende quatro partes: a) Memória - O projetista justifica, descreve sua solução. b) Conjunto de Plantas - Esquemas e detalhes que deverão conter todos os elementos necessários à perfeita execução do projeto c) Especificações - Onde se descreve o material a ser utilizado e as normas para sua aplicação. d) Orçamento - Onde são levantados quantidades e custos de material e mão de obra. Para elaboração do projeto de instalações o projetista necessita de plantas e cortes de arquitetura. 2.1)DEFINIÇÕES Ponto - É o termo utilizado para designar aparelhos fixos de consumo, centros de luz, tomadas de corrente, arandelas, botões de campainha. Ponto Útil ou Ativo - É o dispositivo onde a corrente elétrica é realmente utilizada ou produz efeito ativo (ex. receptáculo onde é colocada uma lâmpada ou uma tomada onde é ligado um aparelho eletrodoméstico). Ponto de Comando - É o dispositivo por meio do qual se governa um ponto ativo. É constituído por um interruptor de alavanca, botões ou disjuntor. Os principais pontos ativos são: a) Ponto Simples - Corresponde a um aparelho fixo (ex. um chuveiro elétrico). Constituído também por uma só lâmpada ou grupo de lâmpadas funcionando em conjunto. b) Ponto de Duas Seções - Quando constituído por duas lâmpadas ou dois grupos de lâmpadas funcionando por etapas, ligadas independentemente uma da outra. c) Tomada Simples - Quando nela se pode ligar somente um aparelho. Em geral são de 15 A - 220/127 V d) Tomada Dupla - Quando nela podem ser ligados simultaneamente dois aparelhos Os principais pontos de comando são: a) Interruptor Simples - Acende ou apaga uma só lâmpada ou grupo de lâmpadas funcionando em conjunto. Em geral são de 10 A - 220 V. b) Interruptor de Duas Seções - Acende ou apaga separadamente duas lâmpadas ou dois grupos de lâmpadas funcionando em conjunto. c) Interruptor de Três Seções - Acende ou apaga separadamente três lâmpadas ou três grupos de lâmpadas funcionando em conjunto. d) Interruptor Paralelo (Three Way) - Aquele que, operando com outro da mesma espécie, acende ou apaga, de pontos diferentes, o mesmo ponto útil. Usado em corredores e escadas. e) Interruptor Intermediário (Four Way) - É um interruptor, colocado entre interruptores paralelos, que acende e apaga, de qualquer ponto, o mesmo ponto ativo 2.2)FIACÃO No traçado do projeto de instalações elétricas é necessária a marcação dos condutores contidos nas tubulações, para determinar-se o diâmetro da mesma e orientação do trabalho de enfiação. Portanto, é necessário conhecer os esquemas de ligação e a denominação dos fios, segundo a função que desempenham. a) Fio Neutro - Vai, sem exceção, diretamente a todos os pontos ativos. b) Fio Fase - Vai retamente apenas às tomadas e aos interruptores simples e a somente um dos interruptores paralelos (three way) c) Fio Retorno - É o condutor fase que depois de passar por um interruptor “retorna ao ponto de luz”. 4 d) Fios Auxiliares - São condutores existentes nos comandos compostos, por exemplo, os que ligam os interruptores three way e four way. 2.3)SIMBOLOGIA Na elaboração de projetos de instalações elétricas empregam-se símbolos gráficos para representação dos pontos e demais componentes que constituem os circuitos elétricos. A seguir vemos os símbolos gráficos para os projetos de instalações elétricas com as simbologias, usual e normalizada pela ABNT. Tabela 2.1 – Simbologia para Instalações Elétricas 5 Figura 2.1 – Exemplo de Planta de Instalação 2.4) ESQUEMAS FUNDAMENTAIS DE LIGACÃO Figura 2.2- Ponto de luz e interruptor de uma seção 6 Figura 2.3 – Ponto de luz, interruptor de uma seção e tomada baixa Figura 2.4 – Ponto de luz no teto, arandela na parede e interruptor de duas seções. 7 Figura 2.5 – Dois pontos de luz comandados por um interruptor simples Figura 2.6 – Dois pontos de luz comandados por um interruptor de duas seções 8 Figura 2.7 – Dois pontos de luz comandados por interruptor de duas seções + tomada baixa Figura 2.8 – Lâmpada acesa por interruptor de uma seção pelo qual chega a alimentação 9 Figura 2.9 – Duas lâmpadas acesas por interruptor de duas seções pelo qual chega à alimentação Figura 2.10 – Duas lâmpadas comandadas por interruptores independentes, de uma seção cada. 10 Figura 2.11 – Interruptores three-way, situação da lâmpada apagada Figura 2.12 – Interruptor three-way, situação da lâmpada acesa Figura 2.13 – Interruptor three-way (interruptor paralelo) 11 Figura 2.14 – Dois interruptores three-way e um interruptor four-way. Figura 2.15 – Dois interruptores three-way e um interruptorfour-way 12 Exemplos em planta: Figura 2.16 – Exemplos de Plantas de Instalações 13 2.5) DIVISÃO DA CARGA DA INSTALACÃO EM CIRCUITOS Toda instalação deve ser dividida em vários circuitos, de modo a: Limitar as consequências de uma falta, a qual provocará apenas o seccionamento do circuito defeituoso. Facilitar as verificações, os ensaios e a manutenção. Possibilitar a conservação da energia elétrica Viabilizar a criação de diferentes ambientes, por exemplo, em salas de reuniões, recintos de lazer, etc. Chama-se circuito ao conjunto de pontos de consumo, alimentados pelos mesmos condutores e ligados ao mesmo dispositivo de proteção (chave ou disjuntor). Nos sistemas polifásicos os circuitos devem ser distribuídos de modo a assegurar o melhor equilíbrio de cargas entre as fases. Os circuitos de iluminação devem ser separados dos circuitos de tomadas de uso específico. Em residências os pontos de tomada de uso geral podem ser alimentados pelo circuito de iluminação, desde que sejam seguidas as seguintes prescrições: a) A corrente de projeto não seja superior a 16 A. b) Os pontos de iluminação não sejam alimentados em sua totalidade por um único circuito. Observar as seguintes restrições: Prever circuitos independentes para aparelhos de potência superior a 1500 VA, sendo permitida a alimentação de mais de um aparelho do mesmo tipo através de um único circuito. As proteções dos circuitos de condicionamento ou aquecimento de ar de uma residência podem ser agrupadas no quadro de distribuição ou em quadro separado. Quando um mesmo alimentador abastece vários aparelhos individuais de ar condicionado, deve haver uma proteção para o alimentador geral e uma proteção junto a cada aparelho. Cada circuito deverá ter seu próprio condutor neutro Como regra prática, com vistas a facilitar a execução das instalações elétricas é comum dividir os circuitos em potências de: 1200 a 1500 VA em 127 Volts 2100 a 2600 VA em 220 Volts Com estes valores, a princípio, podemos utilizar condutores de 1,5 mm² para quase todos os circuitos, não levando em conta o critério da queda de tensão. Figura 2.17 – Distribuição de Circuitos em Uma Instalação 14 2.6) QUADRO DE DISTRIBUICÃO. Os circuitos de alimentação das cargas da instalação partem do QDBT, quadro onde são instalados os dispositivos de proteção (disjuntores). O QDBT deve ser instalado no ponto central das cargas para melhor equilíbrio dos circuitos, deve ser colocado em local de fácil acesso e livre de umidade. Em residências é comum a instalação do QDBT nos corredores ou na cozinha, mesmo não sendo ponto central, por facilidades de execução e para não prejudicar a estética. Segundo a NBR 5410/04, nos quadros de distribuição, dever ser previsto um espaço de reserva para ampliações futuras, com base no número de circuitos com que o quadro for efetivamente equipado, conforme tabela a seguir: Tabela 2.2 – Reserva nos quadros de distribuição Figura 2.18 – Quadro de distribuição 2.7)QUADRO DE CARGAS Após o dimensionamento e disposição dos pontos de luz e tomadas em planta baixa, juntamente com os interruptores, temos que distribui-los pelos circuitos, marcando ao lado de cada ponto o número do circuito a que pertence. O quadro de cargas resume as informações principais do projeto elétrico. CIRCUITO ILUMINACÃO (W) TOMADAS (w) TOTAL PROT COND FASE OBS 40 60 100 100 600 ESP (A) mm² 1 2 3 4 5 6 Figura 2.19 – Quadro de Cargas 15 2.8) DIMENSIONAMENTO DA CARGA DA INSTALACÃO 2.8.1)DENSIDADE DE CARGA Antes mesmo da elaboração do projeto, há necessidade de se proceder a uma estimativa preliminar de carga, isto é, da potência que será instalada, como base para cálculo da demanda máxima a para consulta prévia à Concessionária. À medida que o projeto vai sendo elaborado e se procede ao estudo luminotécnico, vão sendo definidos com maior exatidão os pontos ativos, com suas respectivas cargas, de modo que se possa, ao final, dispor de elementos para o preparo de uma lista geral de carga. A estimativa preliminar costuma ser feita partindo da densidade de carga (W/m² ou VA/m²) e das áreas que serão servidas pela instalação. LOCAL ESTIMATIVA EM W/m² Auditórios e Salões 15 Bancos 50 Barbearia e Salão de Beleza 30 Clubes e Semelhantes 20 Escolas e Semelhantes 30 Escritórios 50 Garagens e Áreas de Serviço 5 Hospitais e Semelhantes 20 Hotéis e Semelhantes 20 Igrejas e Semelhantes 15 Lojas e Semelhantes 30 Residências e Semelhantes 30 Restaurantes e Semelhantes 20 Tabela 2.3 – Densidade de carga 2.8.2)CARGA DE ILUMINACÃO No caso de residências não há necessidade de um projeto próprio da iluminação, podendo ser adotado o seguinte critério: a) Em cômodos ou dependências com área igual ou inferior a 6 m² deve ser prevista uma carga mínima de 100 VA. b) 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 4m² inteiros. No caso de escritórios, estabelecimentos comerciais e industriais, não se dispensa o projeto luminotécnico, indicando o nível de iluminamento para vários locais. Os valores apurados correspondem à potência destinada a iluminação para efeito de dimensionamento dos circuitos, e não necessariamente à potência da lâmpada. 2.8.3) CARGAS DE TOMADAS Os aparelhos eletrodomésticos e as máquinas de escritório são normalmente alimentados por tomadas de corrente. As tomadas podem ser divididas em duas categorias: a) Tomadas de Uso Específico Alimentam aparelhos fixos ou estacionários, que embora possam ser removidos trabalham sempre num determinado local. É o caso dos chuveiros, torneiras elétricas e ar condicionado. A potência a ser prevista nas tomadas de uso específico será a potência nominal do aparelho a ser usado. Apresentamos a seguir alguns valores típicos de potências para aparelhos eletrodomésticos: 16 Aquecedor de água 30 e 50 l 2000W Aquecedor de água 80 l 2500 W Aquecedor de água 110 e 150 l 3000 W Aquecedor de água 200 l 4000 W Aquecedor de água 300 l 6000 W Aquecedor de ambiente 700 a 1500 W Aspirador de pó 750 a 1100 W Batedeira de bolo 70 a 300 W Cafeteira 600 a 1200 W Chuveiro 4000 a 7500 W Condicionador de ar 7500 BTU 1000 W Condicionador de ar 9000 BTU 1200 W Condicionador de ar 10500 BTU 1500 W Condicionador de ar 12500 BTU 1900 W Condicionador de ar 15000 BTU 2100 W Condicionador de ar 18000 BTU 2900 W Condicionador de ar 21000 BTU 3100 W Condicionador de ar 30000 BTU 4000 W Freezer 500 W Exaustor 300 W Ferro de passar 1000 a 1250 W Forno Elétrico 900 a 2400 W Forno Micro ondas 1200 W Geladeira Doméstica 150 a 400 W Lavadora de Louças 2700 W Lavadora de Roupas 500 a 1000 W Liqüidificador 100 a 250 W Máquina de escrever 150 W Micro computador e impressora 500 W Secadora de roupas 3500 a 6000 W Secador de Cabelo 500 a 1500 W Televisor 70 a 300 W Torneira elétrica 2500 a 3200 W Torradeira 500 a 1200 W Ventilador Portátil 60 a 100 W Tabela 2.4 – Potência nominal de alguns equipamentos elétricos b) Tomadas de Uso Geral Nelas são ligados aparelhos portáteis como abajures, enceradeiras, aspiradores de pó, liqüidificadores e batedeiras. Nestas tomadas devemos prever as seguintes cargas: Instalações Residenciais - 100 VA por tomada Instalações Comercias - 200 VA por tomada O número mínimo de tomadas de uso geral é estabelecido pela NBR 5410/04 e é determinado em função da destinação do local e dos equipamentos elétricos que podem ser aí utilizados, observando os seguintes critérios:17 a) Residências (casas e apartamentos) Cômodo ou dependência com área menor que 6m² - pelo menos uma tomada Cômodo ou dependência com área maior que 6m² (sala ou quartos) - pelo menos uma tomada para cada 5m, ou fração de perímetro, uniformemente distribuídas. Banheiros - uma tomada junto ao lavatório Cozinhas ou Copas-cozinhas - pelo menos uma tomada para cada 3,5m ou fração de perímetro, sendo que acima de cada banca de pia, devem ser previstas no mínimo duas tomadas de corrente, no mesmo ponto ou em pontos distintos. Subsolos, sótãos, varandas e garagens - uma tomada no mínimo. OBS: Em banheiros, cozinhas, copas-cozinhas, áreas de serviço, lavanderias e locais análogos, no mínimo 600 VA por ponto de tomada, até três pontos, e 100 VA para os pontos excedentes, considerando-se os ambientes separadamente. Quando o total de tomadas no conjunto desses ambientes for superior a seis pontos, admite-se que o critério de atribuição de potências seja de no mínimo 600VA por ponto de tomada, até seis pontos, e 100 VA por ponto para os excedentes, sempre considerando cada um dos ambientes separadamente. b) Comerciais Escritórios com áreas iguais ou inferiores a 40m² - uma tomada para cada 3m ou fração de perímetro, ou uma tomada para cada 4m² ou fração de área. (adota-se o critério que conduzir ao maior número de tomadas) Escritórios com áreas superiores a 40m² - dez tomadas para os primeiros 40m² mais uma tomada para cada 10m² ou fração de área restante. Lojas - uma tomada para cada 30m² ou fração, não computadas as tomadas destinadas a lâmpadas, vitrines e demonstração de aparelhos. Exemplos: 1)Determinar o número mínimo de tomadas de uso geral (TUG´s) para uma sala de estar que possui 3m de largura e 5m de comprimento. 2)Calcular a carga mínima de iluminação para o cômodo descrito no exemplo 1. 3)Determinar o número mínimo de tomadas de uso geral para uma cozinha que possui 2m de largura e 3m de comprimento. 4)Calcular a carga mínima de iluminação para o cômodo descrito no exemplo 3. 18 CAPÍTULO 3 - DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES Condutor elétrico é um corpo constituído de material bom condutor, destinado à transmissão da eletricidade. Em geral é de cobre eletrolítico e, em certos casos, de alumínio. Fio é um condutor sólido, maciço, de seção circular, com ou sem isolamento. Cabo é um conjunto de fios encordoados, não isolados entre si. Pode ser isolado ou não, conforme o uso a que se destina. É mais flexível que um fio de mesma capacidade de carga. Figura 3.1 – Fios e Cabos Seção nominal de um fio ou cabo é a área da seção transversal do fio ou da soma das seções dos fios componentes de um cabo. A seção de um condutor a que nos referimos, não inclui a isolação. Atualmente a especificação dos condutores, segundo a NBR 5410/04, é feita por sua seção em milímetros quadrados (mm²). Em instalações residenciais só podem ser utilizados condutores de cobre, exceto condutores de aterramento e proteção. Os condutores de alumínio podem ser utilizados em instalações industriais e devem atender as seguintes prescrições: Seção nominal dos condutores seja ≥ 16 mm² A instalação seja alimentada diretamente por subestação de transformação ou transformador, a partir de uma rede de alta tensão, ou possua fonte própria. A instalação e manutenção sejam realizadas por pessoas qualificadas. Nas instalações comerciais os condutores de alumínio podem ser utilizados se as seguintes prescrições forem satisfeitas: Seção nominal dos condutores seja ≥ 50 mm² Os locais tenham baixa densidade de ocupação e percurso de fuga breve. A instalação e manutenção sejam realizadas por pessoas qualificadas. 3.1) TIPOS DE CONDUTORES Em geral, os fios e cabos são designados em termos de seu comportamento quando submetidos à ação do fogo, isto é, em função do material de sua isolação e cobertura. Assim os cabos elétricos podem ser: Propagadores de Chama - São aqueles que entram em combustão sob ação direta da chama e a mantém mesmo após a retirada da chama. Pertencem a esta categoria o etilenopropileno (EPR) e o polietileno reticulado (XLPE). Não Propagadores de Chama - Removida a chama ativadora a combustão do material cessa. Considera- se o cloreto de polivinila (PVC) e o neoprene não propagadores de chama. Resistentes à Chama - Mesmo em caso de exposição prolongada, a chama não se propaga ao longo do material isolante do cabo. É o caso dos cabos Sintenax Antiflan da Pirelli. Resistentes ao Fogo - São materiais especiais incombustíveis, que permitem o funcionamento do circuito elétrico mesmo na presença de um incêndio. São usados em circuitos de segurança e sinalização de emergência. A Pirelli classifica estes cabos como Afumex. 19 3.2) DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES FASE Os condutores são dimensionados segundo os seguintes critérios: a) Critério da Seção Mínima b) Critério da Capacidade de Condução de Corrente c) Critério da Queda de Tensão d) Critério da Capacidade Momentânea Uma vez determinadas as seções possíveis para o condutor, calculadas de acordo com os critérios acima referidos, adota-se a maior seção encontrada. O critério da Capacidade Momentânea só é aplicado obrigatoriamente nos alimentadores principais e secundários de elevada carga, verificando se a seção escolhida suporta a corrente de sobrecarga ou a corrente de curto circuito determinadas pelo tempo de atuação da proteção e pelo nível de curto da rede. No nosso trabalho consideraremos somente os três primeiros critérios. a) Critério da Seção Mínima A NBR 5410/04 estabelece os seguintes critérios com relação às seções mínimas para os condutores fase, neutro e proteção. Tabela 3.1 – Seção mínima dos condutores. Chamamos circuito de iluminação a todo circuito destinado unicamente a fins de iluminação ou ligação de pequenos motores monofásicos (geladeiras, ventiladores e demais aparelhos eletrodomésticos). Chamamos circuito de força a todo circuito destinado a forca motriz, aquecimento, solda ou outros fins industriais. No caso residencial, usamos força nas bombas, elevadores, aparelhos de ar condicionado, insineradores, chuveiros, máquinas de lavar roupas, máquinas de lavar louças, boiler, etc. b) Critério da Capacidade de Condução de Corrente O condutor não pode ser submetido a um aquecimento exagerado provocado pela passagem da corrente elétrica, pois a isolação do mesmo pode vir a ser danificada. Os fatores que determinam a capacidade de condução de corrente dos condutores são: O tipo de isolação do condutor O número de condutores conduzindo corrente A proximidade de outros condutores A temperatura ambiente Quanto ao tipo de isolação podemos ter: PVC XLPE EPR 20 Quanto ao número de condutores carregados podemos ter: Tabela 3.2 – Número de condutores carregados No caso de quatro condutores carregados, a determinação da capacidade de condução de corrente dever ser feita aplicando-se o fator de 0,86 às capacidades de condução de corrente válidas para três condutores carregados sem prejuízo para os demais fatores de correção aplicáveis. Quanto à maneira de instalar podemos ter: Nesta tabela identificamos a letra e o número correspondente à maneira de instalação do cabo. Por exemplo: se tivermos condutores isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria, o método é B1. Tabela 3.3/1 – Maneiras de instalar 21 Tabela 3.3/2 – Maneiras de instalar Tabela 3.3/3 – Maneiras de instalar 22 A corrente transportadapor um condutor, durante períodos prolongados em funcionamento normal, deve ser tal que a temperatura máxima para serviço contínuo dada na tabela 3.4 não seja ultrapassada. Tabela 3.4 – Temperatura característica dos condutores As tabelas à seguir apresentam as capacidades de condução de corrente para condutores com isolamento de PVC 70º C e EPR ou XLPE 90º C, considerando um máximo de 3 condutores instalados segundo as maneiras de instalar indicadas na tabela. Tabela 3.5 – Capacidade de condução de corrente dos condutores com isolação PVC. 23 Tabela 3.6 - Capacidade de condução de corrente dos condutores com isolação EPR e XLPE Faremos duas correções no dimensionamento do condutor: 24 Correção de temperatura - Se a temperatura ambiente for diferente daquela para a qual as tabelas foram estabelecidas, deve-se aplicar o fator de correção K1. Tabela 3.7 – Fatores de Correção para temperaturas ambientes diferentes de 30C para cabos não enterrados e de 20C (temperatura do solo) para cabos enterrados (K1) Correção por Agrupamento de Condutores – Quando tivermos mais de um circuito no interior do eletroduto, faremos a correção K2, segundo a tabela: Tabela 3.8 – Fatores de Correção K2 para agrupamento de circuitos ou cabos multipolares, aplicáveis aos valores de capacidade de condução de corrente. 25 Existe ainda uma correção para agrupamento de eletrodutos K3, porém não utilizaremos a mesma, pois esta correção será mais utilizada em instalações industriais. Para facilidade de uso das tabelas de capacidade de correção de corrente dos condutores levando em conta os fatores de correção, vistos anteriormente, deve-se corrigir o valor da corrente do circuito de modo que a corrente a considerar, no uso das tabelas, seja uma corrente corrigida Icc , dada por: Icc = Ic/ (K1 x K2), onde Icc é a corrente corrigida à ser considerada na consulta das tabelas. c) Critério da Queda de Tensão Os aparelhos elétricos são projetados para trabalharem com tensões determinadas, admitindo-se uma tolerância de no máximo 5% do valor nominal de funcionamento. Assim a máxima queda de tensão que devemos admitir desde o quadro de medição até o ponto de utilização deve ser de 5%. Como sabemos, a queda de tensão (V=RI) é determinada em função da potência (corrente) e da distância (resistência) até o medidor. Esta queda de tensão, em porcentagem, pode ser determinada através da seguinte expressão: Queda de Tensão (e%) = tensão de entrada - tensão na carga x 100 tensão de entrada Figura 3.1 – Queda de Tensão a Considerar Um método simples e prático para determinação dos condutores em função da queda de tensão, para circuitos com pequenas cargas, consiste no emprego das tabelas a seguir, referentes as tensões de 127 e 220 V, e que indicam para os produtos W x metros, os condutores a empregar. Para alimentadores trifásicos ou bifásicos disponíveis em quadros com cargas monofásicas, divide- se a carga pelo número de fases (3 ou 2) e aplica-se as tabelas. 26 Tabela 3.9 – Soma das potências em Watts x distância em metros ( V = 127 volts) Tabela 3.10 – Soma das potências em Watts x distância em metros (V = 220 volts) 27 Exemplo 1: 1) Dimensione os condutores do circuito de um ar condicionado de 18000 Btu 2900W/127 V, considerando: - Condutores de cobre com isolação de PVC - Maneira de instalar B1 - Temperatura média ambiente 35⁰ - Queda de tensão 2% - Três circuitos agrupados no interior do eletroduto. – Comprimento do circuito 10 m a) Critério de seção mínima Como trata-se de um circuito de força (ar condicionado) a seção mínima será # 2,5 mm² b) Critério da Capacidade de Condução de Corrente In = P / V = 2900 / 127 = 22,83 A Como a temperatura ambiente é diferente de 30 graus e o circuito não está sozinho no eletroduto, precisamos aplicar os fatores de correção K1 e K2 a fim de determinarmos o valor da corrente corrigida, assim temos: Ic = In / (K1 x K2) = 22,83 / (0,94 x 0,7) = 34,7 A Os fatores de correção K1 e K2 são obtidos, respectivamente, nas tabelas 3.7 e 3.8 da apostila!!! De posse do valor da corrente corrigida vamos a tabela 3.5 da apostila, entrando na coluna correspondente a maneira de instalar B1, sub coluna dois condutores carregados, encontrando um condutor que suporte um valor de corrente maior ou igual a 34,7 A. Consultando a tabela observamos que o condutor de # 6 mm² suporta até 41 A, ou seja, é o indicado para as condições de condução de corrente deste circuito. # 6 mm² c) Critério da Queda de Tensão No critério da queda de tensão vamos observar se a extensão (comprimento) do circuito não provoca uma queda de tensão maior que os valores admitidos pelas normas. Utilizamos a expressão: P x d = 2900 x 10 = 29 000 Wm Consultando a tabela 3.9 da apostila, na coluna correspondente a 2% buscamos o condutor que suporte um valor em W.m igual ou superior ao valor calculado. Desta forma encontramos que a seção do condutor que não causará queda de tensão maior que 2% será de # 6 mm² # 6 mm² Lembramos que sempre deve ser escolhido o maior valor encontrado entre os três critérios utilizados, ou seja, neste circuito utilizaremos o condutor de # 6 mm² Exemplo 2: 1) Dimensione os condutores do circuito de um chuveiro 5400W/127 V, considerando: - Condutores de cobre com isolação de PVC - Maneira de instalar B1 28 - Temperatura média ambiente 40⁰ - Queda de tensão 2% - Três circuitos agrupados no interior do eletroduto. – Comprimento do circuito 12 m a) Critério de seção mínima Como trata-se de um circuito de força (chuveiro) a seção mínima será # 2,5 mm² b) Critério da Capacidade de Condução de Corrente In = P / V = 5400 / 127 = 42,52 A Como a temperatura ambiente é diferente de 30 graus e o circuito não está sozinho no eletroduto, precisamos aplicar os fatores de correção K1 e K2 a fim de determinarmos o valor da corrente corrigida, assim temos: Ic = In / (K1 x K2) = 42,52 / (0,87 x 0,7) = 69,82 A Os fatores de correção K1 e K2 são obtidos, respectivamente, nas tabelas 3.7 e 3.8 da apostila!!! De posse do valor da corrente corrigida vamos a tabela 3.5 da apostila, entrando na coluna correspondente a maneira de instalar B1, sub coluna dois condutores carregados, encontrando um condutor que suporte um valor de corrente maior ou igual a 69,82 A. Consultando a tabela observamos que o condutor de # 16 mm² suporta até 76 A ou seja é o indicado para as condições de condução de corrente deste circuito. # 16 mm² c) Critério da Queda de Tensão No critério da queda de tensão vamos observar se a extensão (comprimento) do circuito não provoca uma queda de tensão maior que os valores admitidos pelas normas. Utilizamos a expressão: P x d = 5400 x 12 = 64800 Wm Consultando a tabela 3.9 da apostila, na coluna correspondente a 2% buscamos o condutor que suporte um valor em Wm igual ou superior ao valor calculado. Desta forma encontramos que a seção do condutor que não causará queda de tensão maior que 2% será de # 10 mm² # 10 mm² Lembramos que sempre deve ser escolhido o maior valor encontrado entre os três critérios utilizados, ou seja, neste circuito utilizaremos o condutor de # 16 mm² 3.3) CRITÉRIO PARA DETERMINACÃO DA SECÃO MÍNIMA DO CONDUTOR NEUTRO A NBR 5410/04 estabelece os critérios para dimensionamento da seção mínima do condutor neutro, ou seja: a) O condutor neutro, se existir, deverá possuir a mesma seção do condutor fase, nos seguintes casos: Em circuitos monofásicos a doise três condutores, e bifásicos a três condutores, qualquer que seja a seção do condutor fase. Em circuitos trifásicos quando a seção do condutor fase for inferior a 25 mm² b) Nos circuitos trifásicos com condutores fase de seção superior a 25 mm², aplicar a seguinte tabela 29 Tabela 3.11 – Seção do Condutor Neutro em relação ao Condutor Fase. 3.4) CRITÉRIO PARA DETERMINAÇÃO DO CONDUTOR DE PROTEÇÃO (TERRA) É o condutor para ligação do equipamento à terra e deverá ser escolhido em função da seção dos condutores do circuito, ou em função da graduação em ampères do dispositivo de proteção do circuito de maior capacidade, conforme tabelas: Seção dos Condutores Seção Mínima dos Condutores Fases (S) em mm² de Proteção (S) em mm² S 16 mm² S 16 S 35 mm² 16 mm² S 35 mm² S/2 Tabela 3.12 - Seção mínima dos condutores de proteção em mm² Poderão surgir resultados que não correspondam a um condutor existente na escala comercial. Neste caso, devemos aproximar para a seção mais próxima, imediatamente superior. Exemplo 3) Dimensione os condutores do circuito que alimenta uma geladeira e um freezer, cada um com potência de 600W e tensão nominal 127 V, considerando: - Condutores de cobre com isolação de EPR - Maneira de instalar C - Temperatura média ambiente 35⁰ - Queda de tensão 3% - Dois circuitos agrupados no interior do eletroduto. – Comprimento e disposição do circuito conforme desenho abaixo 30 a) Critério de seção mínima Como trata-se de um circuito de força (geladeira e freezer) a seção mínima será # 2,5 mm² b) Critério da Capacidade de Condução de Corrente In = P / V = 1200 / 127 = 9,45 A Como a temperatura ambiente é diferente de 30 graus e o circuito não está sozinho no eletroduto, precisamos aplicar os fatores de correção K1 e K2 a fim de determinarmos o valor da corrente corrigida, assim temos: Ic = In / (K1 x K2) = 9,45 / (0,96 x 0,8) = 12,3 A Os fatores de correção K1 e K2 são obtidos, respectivamente, nas tabelas 3.7 e 3.8 da apostila!!! De posse do valor da corrente corrigida vamos a tabela 3.6 (isolação EPR) da apostila, entrando na coluna correspondente a maneira de instalar C, sub coluna dois condutores carregados, encontrando um condutor que suporte um valor de corrente maior ou igual a 12,3 A. Consultando a tabela observamos que o condutor de # 0,75 mm² suporta até 16 A, ou seja, é o indicado para as condições de condução de corrente deste circuito. # 0,75 mm² c) Critério da Queda de Tensão No critério da queda de tensão vamos observar se a extensão (comprimento) do circuito não provoca uma queda de tensão maior que os valores admitidos pelas normas. Multiplicamos a potência de cada ponto por sua distância ao quadro de distribuição, somando os valores encontrados a fim de consultar a tabela. Utilizamos a expressão: (P1 x d1) + (P2 x d2) = (600 x 5) + (600 x 8) = 7800 W Consultando a tabela 3.9 da apostila, na coluna correspondente a 3% buscamos o condutor que suporte um valor em Wm igual ou superior ao valor calculado. Desta forma encontramos que a seção do condutor que não causará queda de tensão maior que 3% será de # 1,5 mm² # 1,5 mm² Lembramos que sempre deve ser escolhido o maior valor encontrado entre os três critérios utilizados, ou seja, neste circuito utilizaremos o condutor de # 2,5 mm² 31 Exemplo 4) Dimensionar os condutores do circuito que alimenta três aparelhos de ar condicionado em um escritório, aparelhos tipo janela, 30.000 btu / 4000 W / 220 V. Adotar as seguintes considerações: - Condutores de cobre com isolação de XLPE - Maneira de instalar C - Temperatura média ambiente 45⁰ - Queda de tensão 2% - Um circuito no interior do eletroduto. – Comprimento e disposição do circuito conforme desenho abaixo Exemplo 5 (Exemplo em planta) Dimensionar o circuito da máquina de lavar (circuito 15), da casa da Maria Eduarda, utilizando o print da planta mostrado abaixo. A máquina de lavar, recém adquirida pela família, em dez prestações sem juros nas Casas Bahia, possui 800 W de potência e tensão nominal 127 V. Considerações a serem adotadas: 1) Como trata-se de uma família classe média, utilizaremos um condutor com preço intermediário, ou seja, condutores de cobre com isolação de PVC. 2) A casa possui as instalações embutidas em alvenaria, maneira B1 de instalar. 3) Trabalharemos com a queda de tensão máxima de 2%. 4) Como a casa fica em Bangu, lugar considerado como o mais quente do RJ, vamos considerar como temperatura média ambiente 45 graus celsius. 5) O comprimento e o agrupamento do circuito devem ser obtidos na planta. 5m 5m 5m 4000 W 4000 W 4000 W 32 Exemplo 6) Dimensionar os condutores para o circuito do chuveiro (circuito 10) da mesma planta 4400 W / 127 V. Considerações a serem adotadas: 1) Como trata-se de uma família classe média, utilizaremos um condutor com preço intermediário, ou seja, condutores de cobre com isolação de PVC. 2) A casa possui as instalações embutidas em alvenaria, maneira B1 de instalar. 3) Trabalharemos com a queda de tensão máxima de 2%. 4) Como a casa fica em Bangu, lugar considerado como o mais quente do RJ, vamos considerar como temperatura média ambiente 45 graus celsius. 5) O comprimento e o agrupamento do circuito devem ser obtidos na planta. A ) Seção mínima Circuito de força 2,5 mm² B) Capacidade de condução de corrente In = P/V = 800/127 = 6,3 A Ic = In / (k1 . k2) = 6,3 / (0,79x0,8) = 9,97 A Pela tabela 3.5 # 0,75 mm² C) Queda de tensão P x d = 800 x d O comprimento do circuito será obtido na planta a partir das medições indicas nas figuras. O primeiro trecho tem 7 cm e o segundo 2 cm, totalizando 9 cm. O valor em escala precisa ser passado para a medida real em metros utilizando a escala de 1:50. 9 cm x 50 = 450 cm Passando para metros 450/100 = 4,5 m Precisamos lembrar ainda que, além dos trechos em linha reta, nos tetos, existem também as elevações, ou seja, as descidas e subidas. Neste caso temos a subida do quadro ao teto e a descida do ponto de luz da área de serviço ao ponto da tomada da máquina de lavar. Considerando pé direito 3m temos: - do quadro de distribuição ao teto – 1,5 m - do ponto de luz à tomada da máquina – 1,5 m Então d = 4,5 + 1,5 + 1,5 = 7,5 m 800 x 7,5 = 6000 Wm Pela tabela 3.9 # 1,5 mm² Concluindo, serão utilizados no circuito condutores de 2,5 mm² 33 34 Exemplo 7 (Exemplo em planta) Dimensionar o circuito de iluminação e tomadas de uso geral (circuito 1), da casa da Maria Eduarda, utilizando o print da planta mostrado abaixo. O circuito alimenta várias tomadas de uso geral e um ponto de luz, totalizando 800 W e tensão 127 V.. Considerações a serem adotadas: 1) Como trata-se de uma família classe média, utilizaremos um condutor com preço intermediário, ou seja, condutores de cobre com isolação de PVC. 2) A casa possui as instalações embutidas em alvenaria, maneira B1 de instalar. 3) Trabalharemos com a queda de tensão máxima de 2%. 4) Como a casa fica em Bangu, lugar considerado como o mais quente do RJ, vamos considerar como temperatura média ambiente 45 graus celsius. 5) O comprimento e o agrupamento do circuito devem ser obtidos na planta. A) Seção mínima Circuito de iluminação e TUG # 1,5 mm² B) Capacidade de condução de corrente In = P/V = 800/127 = 6,3 A Ic = In / (k1 x k2) = 6,3 / (0,79x1) = 7,97 A Pela tabela 3.5 # 0,5 mm² C) Queda de tensão Como o circuito de iluminação e tomadas de uso geral possuivários pontos distribuídos e com comprimentos variados, para viabilizar o cálculo pelo critério da queda de tensão, devemos fazer um esboço do circuito, conforme mostrado abaixo. Os pontos não cotados são de 100 W De posse do esboço fazemos o levantamento dos comprimentos em planta, lembrando que precisamos considerar também as elevações, ou seja, as distâncias do quadro ao teto e do teto as tomadas. 300W 35 O primeiro trecho vai do quadro de distribuição ao ponto de luz da sala 5 cm x (50/100) = 2,5 m + 1,5 m (quadro ao teto) = 4m O segundo trecho vai do ponto de luz da sala a tomada de meia altura na parte de cima do desenho 3,5 cm x (50/100) = 1,75 m + 1,5 m (teto a tomada meia altura) = 3,25 m O terceiro trecho vai do ponto de luz da sala a tomada baixa na parede à esquerda no desenho 3,5 cm x (50/100) = 1,75 m + 2,7 m (teto a tomada baixa) = 4,45 m O quarto trecho vai do ponto de luz da sala a tomada de meia altura na parte de baixo do desenho 3,5 cm x (50/100) = 1,75 m + 1,5 m (teto a tomada meia altura) = 3,25 m O quinto trecho vai da tomada de meia altura localizada na parte de baixo do desenho até as tomadas baixas à direita. 4,5 cm x (50/100) = 2,25 m + 1,2 m (tomada meia altura até tomada baixa) = 3,45 m O último trecho interliga as duas tomadas baixas à direita do desenho 1 cm x (50/100) = 0,5 m Assim o esboço fica: 36 Encontra-se o ponto mais distante do quadro e considera-se para o cálculo da queda de tensão o percurso do quadro a este ponto mais distante. As potências dos pontos fora do trecho serão acrescentadas ao ponto do trecho do qual derivam e seus comprimentos serão desprezados. Assim o cálculo pelo critério da queda de tensão fica: ((300 + 100 + 100) x 4) + (100 x 7,25) + (100 x 10,75) + (100 x 11,25) = 4925 Wm Pela tabela 3.9 o condutor será # 1,5 mm² Concluindo, o condutor utilizado no circuito 1 será de # 1,5 mm² 37 CAPÍTULO 4 - ATERRAMENTO Chama-se aterramento à ligação elétrica de um equipamento ou componente de um sistema elétrico a terra por meio de dispositivos apropriados. As ligações dos sistemas e dos equipamentos a terra deve obedecer às prescrições da NBR 5410/04 da ABNT. Os aterramentos têm por finalidade assegurar a proteção do material, a melhoria do serviço elétrico e a segurança do pessoal. Aterrar é prover um sistema ou instalação de um potencial de referência e/ou de um caminho de baixa impedância para a corrente de falta. Portanto a terra pode ser considerada um elemento do circuito por onde pode circular uma corrente, seja ela proveniente de uma falta ou de uma descarga atmosférica. No caso da corrente de falta o fenômeno é eletrodinâmico e a corrente percorre sempre um caminho fechado incluindo a fonte e a carga. No caso das descargas atmosféricas o fenômeno é eletrostático, pois a corrente circula pela terra para neutralizar as cargas. Pelas razões expostas podemos concluir que a terra não é um sumidouro de correntes, ou seja, ela simplesmente serve como um caminho de retorno para elas. Os aterramentos são classificados como: Aterramento de Serviço - Consiste na ligação à terra de um dos condutores do sistema ( geralmente o neutro) e está relacionado com o funcionamento correto, seguro e confiável da instalação. Aterramento de Proteção - Consiste na ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação, cujo objetivo é a proteção contra choques elétricos por contato indireto. EXEMPLOS DE UTILIZACÃO: Como Aterramento de Serviço: A) Aterramento do ponto neutro dos transformadores trifásicos ligados em Y B) Aterramento do fio neutro das redes de distribuição elétrica C) Aterramento que serve como retorno nos circuitos elétricos Como Aterramento de Proteção: a) Aterramento das carcaças dos motores b) Aterramento das partes metálicas não energizadas das instalações elétricas c) Aterramento dos medidores de energia elétrica, dos cubículos de medição, no secundário dos transformadores para instrumento. Segundo a NBR 5410/04, todos os circuitos de distribuição e terminais devem possuir um condutor de proteção que convém fique no mesmo eletroduto dos condutores vivos do circuito. Além disto, a partir do final de 2006 deve ser observada a prescrição da Norma NBR 14136 que estabelece o novo padrão para plugues e tomadas. Segundo a Norma os plugues e tomadas deverão ser fabricados conforme modelo mostrado na figura 4.1. Figura 4.1 – Novo padrão para Plugues e Tomadas O incidente mais comum a que estão submetidas às pessoas, principalmente aquelas que trabalham em processos industriais ou desempenham tarefas de manutenção e operação de sistemas elétricos industriais, é o toque acidental em partes metálicas energizadas, ficando o corpo ligado eletricamente sob tensão entre fases e terra. Assim, entende-se por contato indireto aquele que um indivíduo mantém com uma determinada massa do sistema elétrico que, por falha perdeu a sua isolação e permitiu que esse indivíduo ficasse submetido a um determinado potencial elétrico. 38 O aterramento é implementado pelos eletrodos de aterramento, que são partes condutoras, que são enterradas propositadamente ou já se encontram enterradas, e que garantem um bom contato elétrico com a terra. Um bom eletrodo de aterramento deve possuir as seguintes características: - Baixo valor de resistência e impedância de aterramento - invariância da resistividade e da impedância de aterramento - Distribuição espacial conveniente A tabela 4.1 mostra os tipos de eletrodo usados atualmente. Preferencialmente, deve-se utilizar como eletrodo de aterramento as armaduras de aço embutidas no concreto das fundações das edificações. Tabela 4.1 – Eletrodos de aterramento Quando a instalação for alimentada em baixa tensão pela concessionária, o condutor neutro deve sempre ser aterrado na origem da instalação. Este aterramento é essencial para que seja atingido o grau de efetividade mínimo requerido para o aterramento do condutor neutro da rede pública, conforme critério de projeto atualmente padronizado pelas concessionárias de energia elétrica. Do ponto de vista da instalação, o aterramento do neutro na origem proporciona uma melhoria na equalização de potenciais essencial á segurança. É de vital importância a implementação de sistemas de aterramentos adequados que visem a proteção dos usuários das instalações contra os efeitos dos contatos indiretos, ou seja, evitem a ocorrência do choque elétrico. O choque elétrico é o efeito patofisiológico da passagem da corrente pelo corpo humano. Essa passagem afeta o corpo desde a sensação de formigamento até disfunções circulatórias e respiratórias podendo ainda causar queimaduras. O grau de risco para a pessoa é função da intensidade da corrente, das partes do corpo atravessadas, e da duração da passagem da corrente. Para proteger as pessoas contra o choque elétrico é preciso conhecer os efeitos da corrente elétrica no corpo humano. As normas definem regiões, na curva duração do choque x intensidade de corrente, em função dos efeitos causados. Com base nos dados do gráfico da figura 4.2 a Norma NBR 5410/04 define os tempos de atuação do seccionamento automático da alimentação, com vistas a minimizar a exposição das pessoas aos efeitos fisiológicos do choque. A proteção contra choque visa impedir que uma pessoa ou animal doméstico estabeleça contato involuntário com alguma parte da instalação elétrica que esteja em potencial que seja perigoso para a sua integridade física. Esta proteção deve considerar partes vivas, massas e elementos condutores estranhos à instalação. A proteção contra choques por contato direto visa impedir um contato involuntário com uma parte condutora destinada a ser submetida a umatensão não havendo defeito. 39 Basicamente esta proteção é assegurada pela instalação de isolação adequada, barreiras ou invólucros. A proteção contra choques por contatos indiretos visa impedir um contato de uma parte metálica, normalmente não energizada de um aparelho elétrico que foi tornada viva por uma falha da isolação. A NBR 5410/04 prescreve as seguintes medidas para proteção contra choques por contato indireto: - Seccionamento automático da alimentação (disjuntores e DR´s) - Emprego de equipamentos da classe II ou equivalente - Separação elétrica Figura 4.2 – Gráfico da corrente de fuga x tempo de exposição. A norma estabelece ainda que seja feita a ligação equipotencial de todos os componentes da instalação a partir de um terminal chamado de Terminal de Aterramento Principal (TAP) ou Barramento de Equipotencialização (BEP), neste terminal devem ser reunidos os seguintes componentes: - Condutor de proteção principal - Eletrodos de aterramento dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) - Condutores de aterramento funcional - Condutores de equipotencialidade principais ligando canalizações de água, gás e todos os demais elementos condutores estranhos à instalação, incluindo as estruturas metálicas das instalações. 40 A NBR 5410/04 apresenta cinco exemplos de esquemas de aterramento de sistemas elétricos trifásicos comumente utilizados, classificados de acordo com a seguinte simbologia literal. a) A primeira letra indica a situação do neutro da instalação em relação à terra T = um ponto de alimentação (geralmente o neutro) está ligado diretamente à terra I = nenhum ponto de alimentação está ligado diretamente para a terra (neutro isolado ou ligado à terra por meio de impedância) b) A segunda letra indica a situação das massas da instalação em relação à terra T = para as massas diretamente aterradas, independente do aterramento eventual de um ponto de alimentação. N = massas ligadas diretamente ao ponto de alimentação aterrado (normalmente é o ponto neutro) c) Outras letras (eventualmente) para indicar a disposição do condutor neutro e do condutor de proteção. S = quando as funções de neutro e condutor de proteção são realizadas por condutores distintos C = quando as funções de neutro e condutor de proteção são combinadas num único condutor (que é, aliás, o condutor PEN) Figura 4.3 – Esquema TN-C Figura 4.4 – Esquema TN-S Figura 4.5 – Esquema TN-C-S 41 Figura 4.6 – Esquema TT Figura 4.7 – Esquema IT MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE TERRA Uma vez efetuado o sistema de aterramento, é necessário realizar medições para verificar se os valores da resistência de terra estão dentro dos valores previstos em norma ou prescritos pelas concessionárias. Esta medição é realizada através do Megger de terra, com a utilização dos eletrodos , conforme mostra a figura 4.8. A medição é realizada à partir da aplicação de uma tensão entre um eletrodo auxiliar e o sistema à ser medido e obtenção da resistência de terra até o ponto desejado, vide figura 4.9. Figura 4.8 – Megger Ligam-se os conectores C1 e P1 a um eletrodo da malha situado na periferia desta, podendo utilizar o ponto médio de um dos lados, ou um dos vértices, supondo uma malha com geometria retangular. A partir da medição registrada entre os terminais P2 e C1 consegue-se o valor aproximado de resistência de terra na região entre o eletrodo P2 e a malha. 42 Figura 4.9 – Medição da resistência de terra Várias medições devem ser efetuadas, deslocando-se o eletrodo P2 desde a proximidade da malha até C2. Com os valores obtidos, traça-se uma curva com as características mostradas na figura 4.10. Figura 4.10 – Curva da Resistência de terra A partir desta curva, conclui-se que o eletrodo P2, colocado a uma distância P, de valor correspondente a 0,618 x C2, fornece o valor da resistência de terra da malha. Na prática, o valor da resistência de terra pode ser obtido quando P2 é fincado a distância média entre C2 e a malha. É importante observar que antes da realização das medições deve-se desconectar da malha o neutro dos transformadores e os cabos de aterramento dos transformadores. MELHORIA DA RESISTÊNCIA DE TERRA Quando a medição comprova que o valor da resistência de terra está elevado, ou seja, fora dos padrões recomendados, faz-se necessário reduzi-lo para valores aceitáveis. Para tal são utilizados, basicamente, quatro métodos; 1)Aprofundamento das Hastes Este processo dá bons resultados, pois com o aprofundamento das hastes, conseguido a partir da emenda das mesmas via solda exotérmica ou com utilização de luvas de conexão, alcançam-se camadas mais profundas do solo que por sua vez apresentam menor resistividade. O gráfico abaixo mostra o comportamento do valor da resistência de terra em função da profundidade das hastes em metros. Figura 4.11 – Variação da resistência de terra com o aprofundamento das hastes 43 2) Aumento das Hastes em Paralelo A melhoria da resistência de terra é conseguida à partir da interconexão, via cabo de cobre, de várias hastes colocadas em paralelo no solo. A este conjunto chama-se malha de aterramento. Vale ressaltar que um afastamento mínimo deve ser mantido entre as hastes para que os aterramentos possam ser considerados distintos. Recomenda-se que este afastamento seja, no mínimo, igual á soma do comprimento das hastes ou , no caso de hastes iguais, igual ao dobro do seu comprimento. Figura 4.12 – Malha de terra 3) Aumento da Área Própria da Haste Na prática este processo não é muito utilizado, pois a redução da resistência de terra conseguida com o mesmo é insignificante. Consiste simplesmente em substituir hastes, por exemplo, de ½” por hastes de ¾” ou 1”. 4) Tratamento do Solo 4.1) Através de Tratamento Físico Consiste em aumentar a área de contato do eletrodo com a terra ao seu redor a partir da adição de substâncias condutoras na mesma. Empregam-se, em geral, pós metálicos, carvão vegetal, coque e etc. Trata-se de um processo de custo muito elevado, portanto de pouca utilização. Figura 4.13 – Tratamento físico 4.2) Através de Tratamento Químico Consiste em melhorar a condutividade da terra circunvizinha ao eletrodo a partir de tratamento químico. Utiliza-se para tal uma das seguintes substancias condutoras: - Cloreto de Sódio - Sulfato de Alumínio - Cloreto de Cálcio - Sulfato de Magnésio - Sulfato de Cobre Cava-se um sulco no solo afastado do eletrodo onde são depositadas as substâncias. Com esta medida evita-se a corrosão das hastes pelas substâncias condutoras. Assim que o processo é realizado a resistência de terra cai bruscamente, porém, volta a aumentar devido à diluição das substancias químicas no solo. Figura 4.14 – Tratamento químico 44 DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO DIFERENCIAL RESIDUAL (DR) Segundo a NBR 5410/04, faz-se necessário o uso de DR´s nos seguintes casos: • Circuitos que sirvam a pontos situados em locais contendo banheira / chuveiro (exceto circuitos que alimentem pontos de luz com h > 2,5m) • Circuitos que alimentem tomadas de corrente em áreas externas • Circuitos de tomadas de corrente em áreas internas que possam alimentar equipamentos no exterior • Circuitos de tomadas de corrente de cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e, no geral, a todo local interno molhado em uso normal ou sujeito a lavagens (podem ser excluídas as tomadas destinadas a alimentar refrigeradores e congeladores, desde que não diretamente acessíveis) Os DR´s possuem as seguintes funções: • Protegem pessoas contra os efeitos nocivos causados por choques elétricos, por detecção da corrente de fuga e desligamento imediato • Protegem também instalações contra falhas de isolação, evitando perdas de energia e possíveis focos de incêndio.Dispositivo DR - Dispositivo que interrompe a corrente de carga quando a corrente diferencial residual atinge um determinado valor. Corrente Diferencial Residual - é a soma algébrica dos valores instantâneos das correntes que percorrem todos os condutores vivos de um circuito em um dado ponto. Figura 4.15 – Corrente Diferencial Residual Princípio de funcionamento A corrente diferencial residual de um circuito sem defeito de isolamento seja na carga seja nos condutores, é zero. Este valor é ideal, pois por imperfeição dos materiais isolantes de que são usados na fabricação dos condutores e das isolações básicas das cargas existe uma pequena corrente diferencial residual natural. O dispositivo DR é um componente da instalação que secciona a alimentação da carga ou circuito quando a corrente diferencial residual ultrapassa um determinado valor. Para que o DR cumpra esta função o dispositivo é construído de tal forma que todos os condutores vivos do circuito passe por dentro de um toróide no interior deste dispositivo. Cada condutor induz um fluxo magnético no toróide com uma intensidade proporcional à intensidade da corrente e sentido proporcional ao sentido da corrente. Pode-se facilmente concluir que o fluxo resultante no toróide é proporcional à corrente diferencial residual do circuito. O dispositivo DR usa este fluxo, através de um sistema de detecção, para comandar um dispositivo de interrupção que secciona a alimentação do circuito. Como em um circuito sem falta a corrente diferencial residual é muito baixa praticamente nula o dispositivo não atua, mas quando no circuito aparece uma falta, a corrente diferencial assume um valor alto e consequentemente o fluxo magnético também aumenta, o sistema de detecção envia um comando para o dispositivo de interrupção que isola a parte com defeito. O DR pode ser encontrado em duas formas diferentes de implementação. Quando o sistema de detecção, incluindo o toróide, e o sistema de interrupção encontram-se presentes no mesmo equipamento é denominado dispositivo DR. Quando o sistema de detecção, incluindo o toróide, e o sistema de interrupção encontram-se em equipamentos distintos, o sistema de interrupção da corrente usado normalmente é o disjuntor e o DR é um módulo que se acopla a este disjuntor. A primeira opção é usada nas instalações prediais e a segunda nas instalações industriais. 45 Figura 4.16 – Princípio de funcionamento do DR Tipos de DR´s AC - Apenas corrente alternada A - Corrente alternada e pulsante B - Alternada, pulsante e CC pura Os Dispositivos DR ou Disjuntores DR de corrente nominal residual (In) até 30 mA, são destinados a proteção de pessoas, e, acima deste valor, são apropriados a proteção de instalações elétricas. Dispositivos DR ou Disjuntores DR do tipo AC são aplicados em circuitos de corrente alternada, sendo resistentes à sobretensões transitórias. São normalmente utilizados em instalações elétricas prediais, como também em instalações elétricas industriais de características similares. Os do tipo A (antigo B) são aplicados em circuitos de corrente alternada e contínua pulsante, sendo fortemente resistentes às acentuadas sobretensões transitórias típicas das grandes instalações elétricas industriais. Dispositivos DR de corrente nominal residual (In) de 10 mA, são utilizados em circunstâncias especiais, como, por exemplo, para proteção de pessoas que sofreram intervenções cirúrgicas delicadas, como a correção de distúrbios cardíacos. Para projetos típicos com circuitos de entrada e de distribuição, podem ser utilizados os Dispositivos DR que atuam de forma seletiva, o que permite que seja desligada somente a parte da instalação que apresente falha. Dispositivo DR seletivo de característica S, tem um retardo de disparo conforme prescrito pela norma IEC1008. Para uma corrente nominal residual de 30 mA, o dispositivo DR seletivo de característica K, tem seu disparo retardado em 10 ms acima dos valores normais de atuação, o que permite uma seletividade fina e adequada à proteção de pessoas. Os Disjuntores DR, além da proteção contra correntes de fuga à terra, protegem as instalações elétricas das correntes de sobrecarga e curto-circuito. São aplicados Dispositivos DR ou Disjuntores DR normalmente nas configurações de rede TN-S (Fase/PE) e TT (Fase/N/PE). Dispositivos DR obedecem a norma IEC 1008 e os Disjuntores DR a IEC 1009. Figura 4.17 – Dispositivo DR 46 Figura 4.18 – Ligações dos DR´s DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS (DPS) As sobretensões têm alto risco de causar danos ou destruir sistemas elétricos e eletrônicos. Além dos gastos com manutenções e reparos, surgem custos por razão de tempos de parada dos componentes afetados. Em geral estes danos se manifestam por cabos destruídos e aparelhos de manobra danificados. Estes danos podem ser evitados com a ajuda de para-raios e de DPS. Os DPS´s foram desenvolvidos para limitar estas sobretensões transientes e também desviar as altas correntes provenientes de descargas atmosféricas para a terra. São necessários em qualquer instalação que tenham risco de sofrer danos por sobretensões (descargas diretas, indiretas e surtos por chaveamento). Os DPS são unipolares, protegendo individualmente cada uma das fases da instalação elétrica. Sua tecnologia está baseada em uma única pastilha que suporta vários surtos, quanto maior a capacidade de corrente, maior será a vida útil do DPS. Possuem LED´s para sinalizar a condição de funcionamento, VERDE (serviço) e VERMELHO (falha). Uma vez em estado de falha o DPS deve ser substituído. Sua instalação deve ser feita junto ao ponto de entrada da linha na edificação ou no quadro de distribuição principal localizado o mais próximo possível do ponto de entrada. 47 Tabela 4.2 – Capacidade de Corrente dos DPS O perfeito funcionamento de um DPS depende das perfeitas condições de funcionamento do sistema de aterramento. A ABNT NBR normaliza a instalação dos DPS nos seguintes sistemas de aterramento: Figura 4.19 – Ligação do DPS nos Esquemas de Aterramento 48 A instalação do DPS deve ser realizada a jusante do disjuntor principal da instalação e a montante do DR. Este posicionamento permitirá a operação do disjuntor no caso de falha (curto) no DPS e evitará o desarme do DR durante a operação do DPS. Figura 4.20 – Instalação do DPS no QDBT Figura 4.21 – DPS Unipolar 49 CAPÍTULO 5 - FATOR DE DEMANDA 5.1) FATOR DE DEMANDA Como é fácil de compreender, em qualquer instalação elétrica raramente se utilizam todos os pontos de luz e tomadas de corrente ao mesmo tempo. Em pequenas residências é mais provável que isto aconteça do que nas grandes moradias. Fator de demanda é o fator pelo qual deve ser multiplicada a potência instalada para se obter a potência que será realmente utilizada. FD = (Potência Utilizada / Potência Instalada) x 100 A tabela a seguir nos dá os fatores de demanda para carga de iluminação e tomadas de uso geral que devem ser levados em consideração nos cálculos. Carga instalada vem a ser o somatório das potências nominais dos aparelhos elétricos e das potências das lâmpadas de uma unidade consumidora. A carga instalada servirá para definição da categoria de atendimento e para o dimensionamento das entradas individuais de instalações nas tensões de 127/220 V. Tabela 5.1 – Carga Mínima e Fatores de Demanda para Instalações de Iluminação e Tomadas Determina-se primeiramente a carga instalada, ou pelo valor estimado ou pelo valor encontrado no projeto, utilizando-se o maior valor entre os dois. Calcula-se a demanda, utilizando-se a seguinte expressão: D = D1 + D2 + 1,5D3 + D4 + D5 + D6 (KVA) onde: 50 D1 (KVA) - Demanda de iluminação e tomadas,calculada com base nos fatores de demanda da tabela 5.1 D2 (KVA) - Demanda para aparelhos de aquecimento de água (chuveiros, aquecedores, torneiras, etc.) calculada conforme a tabela 5.2. D3 (KVA) - Demanda dos aparelhos de ar condicionado tipo janela, calculada conforme as tabelas 5.3 e 5.4, respectivamente, para residências e não residenciais. Para outros tipos de utilização, tais como bancos, lojas, etc. , a fator de demanda deverá ser considerado igual a 100%. D4 (KVA) - Demanda das unidades centrais de condicionamento de ar, calculada a partir das respectivas correntes máximas totais, tabela 5.5. D5 (KVA) - Demanda dos motores elétricos e máquinas de solda tipo gerador, calculada conforme a tabela 5.6 D6 (KW) - Demanda das máquinas de solda a transformador e aparelhos de raio x, calculada conforme tabela 5.7 Tabela 5.2 – Fatores de Demanda de Aparelhos para aquecimento de água (boilers, torneiras e chuveiros elétricos) Tabela 5.3 – Fatores de Demanda para condicionadores de ar tipo janela, Split e fan-coil instalados em residências Tabela 5.4 – Fatores de Demanda para condicionadores de ar tipo janela, Split e fan-coil em instalações não residenciais Tabela 5.5 – Fatores de Demanda para equipamentos de ar condicionado central, self container e similares. Tabela 5.6 – Fatores de Demanda para Motores 51 Tabela 5.7 – Fatores de Demanda Individuais para Máquinas de Solda, Aparelhos de Raios X, Tomógrafos e Equipamentos Odontológicos. Tabela 5.8 – Conversão CV/KVA Exemplo: Uma instalação possui os seguintes circuitos: - Circuito 1 – Iluminação e tomadas – 1000W - Circuito 2 – Ar condicionado – 1500 W - Circuito 3 – Chuveiro – 7500 W - Circuito 4 – Ar condicionado – 1900 W - Circuito 5 – Iluminação e tomadas – 1000 W - Circuito 6 – Ar condicionado da sala – 1500 W - Circuito 7 – Ar condicionado da copa – 1250 W - Circuito 8 – Iluminação e tomadas – 1000 W - Circuito 9 – Geladeira e Freezer – 1200 W - Circuito 10 – Micro Ondas – 1300 W - Circuito 11 – Lava Roupas – 600 W - Circuito 12 – Uma bomba d´água de 1250 W Calcule as potências instalada, utilizada e o fator de demanda da instalação. 52 CAPÍTULO 6 - DIMENSIONAMENTO DOS ELETRODUTOS Eletrodutos são elementos que contém e protegem os condutores, podendo ser de aço ou de PVC, de constituição rígida ou flexível. Os eletrodutos devem possuir a superfície interna completamente lisa de forma a não danificar o isolamento dos condutores na hora da enfiação. Para proteção contra a corrosão os eletrodutos de aço são galvanizados ou esmaltados de preto. Os eletrodutos são encontrados comercialmente em varas de 3 m de comprimento. Figura 6.1 – Eletroduto Os eletrodutos de aço podem ser encontrados com costura ou sem costura, devendo ser dado preferência aos sem costura pois, estes são passíveis de dobrar a frio na obra. Os eletrodutos flexíveis Metálicos só podem ser utilizados em instalações elétricas expostas, principalmente na instalação de máquinas e motores devido as vibrações. Os eletrodutos corrugados fabricados em PVC auto-extinguente, devido a sua praticidade com elevada resistência diametral são também resistentes contra amassamento, mesmo quando instalados em lajes de concreto. Os eletrodutos são dimensionados em função do tipo de isolamento, da bitola e do número de condutores que deverão conter, de forma que a seção máxima ocupada pelos condutores não ultrapasse os valores dados: 53% no caso de um condutor (fio ou cabo) 31% no caso de dois condutores (fios ou cabos) 40% no caso de três ou mais condutores (fios ou cabos) Só podem ser colocados dentro de um mesmo eletroduto, condutores de circuitos diferentes quando originados de um mesmo quadro de distribuição. No dimensionamento dos eletrodutos, duas hipóteses podem ser consideradas: Os condutores são iguais ou os condutores são desiguais. No caso de condutores iguais basta consultar uma das tabelas fornecidas (eletrodutos de PVC ou Aço). A partir do número de condutores e seção transversal dos mesmos encontra-se facilmente o diâmetro do eletroduto indicado, conforme tabela 6.1. Tabela 6.1 – Número de condutores isolados com PVC em eletroduto de PVC 53 Exemplo 1) Um trecho de tubulação possui nove condutores de seção 2,5 mm², dimensione o diâmetro do eletroduto indicado para este trecho. Exemplo 2) Dimensione o diâmetro do eletroduto adequado para um alimentador trifásico (três fases, neutro e terra), sabendo que os condutores são de 16 mm². No caso de seções desiguais, calcula-se a área total ocupada pelos condutores e verifica-se a taxa máxima de ocupação permitida pelo eletroduto (vide tabelas 6.2 e 6.3) Tabela 6.2 – Dimensões Totais dos Condutores Isolados Conforme a tabela 6.1 o eletroduto será de Ø = 25 mm Conforme a tabela 6.1 o eletroduto será de Ø = 32 mm 54 Tabela 6.3 – Eletrodutos Rígidos de Aço Exemplo 3) Dimensione o eletroduto para o trecho de tubulação mostrado abaixo: Exemplo 4) Dimensione o eletroduto para o trecho de tubulação mostrado abaixo: Circuito 15 – Maquina de lavar – Condutores de 2,5 mm² Circuito 14 – Iluminação e TUG – Condutores de 1,5 mm² Pela tabela 6.2 a área ocupada pelos condutores será de: 1,5 mm² - 6,2 mm² 2,5 mm² - 9,1 mm² Então, a área ocupada pelo conjunto de condutores será: (3 x 6,2) + (3 x 9,1) = 45,9 mm² Consultando a tabela 6.3, considerando taxa de ocupação máxima de 40%, devemos encontrar um diâmetro de eletroduto que permita valor de área ocupada igual ou superior ao valor calculado. Pela tabela 6.3, o diâmetro do eletroduto seria de Ø 16 mm. Porém, na prática, não se adotam diâmetros inferiores a 20 mm Então utilizaremos no trecho o eletroduto de diâmetro Ø 20 mm Circuito 11 – Iluminação e TUG – Condutores de 1,5 mm² Circuito 12 – Geladeira – Condutores de 2,5 mm² Circuito 13 – Forno elétrico – Condutores de 4 mm² Pela tabela 6.2 a área ocupada pelos condutores será de: 1,5 mm² - 6,2 mm² 2,5 mm² - 9,1 mm² 4,0 mm² - 11,9 mm² Então, a área ocupada pelo conjunto de condutores será: (3 x 6,2) + (3 x 9,1) + (3 x 11,9)= 81,6 mm² Consultando a tabela 6.3, considerando taxa de ocupação máxima de 40%, devemos encontrar um diâmetro de eletroduto que permita valor de área ocupada igual ou superior ao valor calculado. Pela tabela 6.3, o diâmetro do eletroduto seria de Ø 20 mm. 55 Exemplo 5) Dimensione o eletroduto para o trecho de tubulação mostrado abaixo: REPRESENTAÇÃO EM PLANTA Grande parte dos trechos de eletrodutos, devido a conterem poucos condutores em seu interior, serão de 20 mm ou ½”, normalmente somente os trechos com maior quantidade de circuitos em seu interior, que geralmente são as saídas do quadro de distribuição, possuirão diâmetros maiores. Desta forma, a fim de otimizar os trabalhos na hora do projeto e evitar a poluição visual da planta, costuma-se marcar com esta informação somente os trechos cujos diâmetros são superiores a 20 mm ou ½”. Para os demais trechos, com diâmetro de 20 mm ou ½”, coloca-se uma observação no rodapé da planta com a seguinte informação: “Trechos de Eletrodutos não cotados serão de 20 mm” Vale ressaltar que, embora nas tabelas exista a possibilidade de eletrodutos com diâmetro de 16 mm, na prática, adota-se o diâmetro mínimo de 20 mm pois este facilita os trabalhos de enfiação e possibilita maior área livre para as trocas de calor. Exemplo 6: Os trechos de eletroduto calculados nos exemplos 3 e 4 acima não precisariam ser representados na planta, bastando incluir uma observação no rodapé da planta com a seguinte informação: “Trechos de Eletrodutos não cotados serão de 20 mm”. Para os trechos doexemplo 5 acima, com diâmetro igual a 25 mm, precisaríamos marcar na planta, conforme mostra a figura a seguir: Acrescentaríamos no rodapé da planta a observação de que os trechos de eletroduto não cotados são de 20 mm, da mesma forma que deve ser informado que pontos de luz e tomadas não cotados são de 100 W. Circuito 10 – Chuveiro – Condutores de 10 mm² Circuito 9 – Iluminação e TUG – Condutores de 1,5 mm² 56 CORTES E EMENDAS EM ELETRODUTOS Os eletrodutos rígidos só deverão ser cortados perpendicularmente ao seu eixo, abrindo-se nova rosca na extremidade a ser aproveitada e retirando-se cuidadosamente todas as rebarbas deixadas nas operações de corte e de abertura de rosca. Os eletrodutos rígidos deverão ser emendados, quer por meio de luvas atarraxadas em ambas as extremidades a serem ligadas, os quais serão introduzidos na luva até se tocarem e assegurarem continuidade da superfície interna da tubulação. A emenda deve garantir: A perfeita continuidade elétrica Resistência mecânica equivalente a da tubulação Vedação Continuidade e regularidade da superfície interna INSTALACÃO DE ELETRODUTOS NÃO EMBUTIDOS Os eletrodutos rígidos expostos deverão ser adequadamente fixados de modo a constituírem um sistema de boa aparência e de firmeza suficiente para suportar o peso dos condutores e os esforços na sua enfiação. Essa fixação deverá ser feita a intervalos não maiores do que os especificados abaixo: Diâmetro em mm Distância Máxima entre Suportes 15 a 20 2 m 25 a 40 2,5 m 50 e acima 3 m Tabela 6.4 – Eletrodutos na posição vertical Diâmetro em mm Distância Máxima entre Suportes 15 e 20 2 m 25 e acima 3 m Tabela 6.5 – Eletrodutos na posição não vertical INSTALACÃO DE CONDUTORES Todos os condutores de um mesmo circuito deverão ser instalados no mesmo eletroduto rígido. Os condutores só poderão ser enfiados depois de estar completamente terminada a rede de eletrodutos e concluídos os serviços de construção que os possam danificar. A enfiação só deverá começar depois de estar a tubulação perfeitamente limpa e enxuta. Nos trechos verticais extensos das instalações em eletrodutos rígidos, os condutores deverão ser convenientemente apoiados na extremidade superior da tubulacão e a intervalos não maiores que: Seção do Condutor Intervalos até 50 mm² 25 m 70 a 95 mm² 20 m acima 10 m Tabela 6.6 – Apoio dos condutores 57 EQUIPAMENTOS COMPLEMENTARES AO ELETRODUTO a) CURVAS São utilizadas para mudar a direção dos eletrodutos. Podem ser pré-fabricadas ou então feitas diretamente nos eletrodutos, tanto nos eletrodutos de ferro quanto nos de PVC. Em cada trecho de tubulação não devem ser utilizadas mais de 3 curvas de 90º ou o seu equivalente até o máximo de 270º. As curvas devem ser feitas de modo que o diâmetro interno dos eletrodutos não seja reduzido. Figura 6.2 – Curvas b) CAIXAS DE PASSAGEM OU CONDULETE São elementos destinados à fixação dos interruptores e tomados e para seccionar a tubulação. São construídas em PVC ou chapa de aço esmaltada, tendo orifícios laterais fechados por “vinténs”, para saída dos eletrodutos. São fabricadas em diversos tamanhos e tipos. Os conduletes são fabricados em alumínio e destinam-se à utilização em instalações aparentes. Deverão ser utilizados conduletes e caixas de passagem: Em todos os pontos de entrada ou saída dos condutores na canalização, exceto nos pontos de transição ou passagem de linhas abertas para linhas em condutos. Em todos os pontos de emendas ou derivação de condutores Em todos os pontos de instalação de aparelhos ou dispositivos Para dividir a instalação em trechos não maiores que 15 m. Em trechos com curvas, o espaçamento entre as caixas deve ser reduzido de 3m para cada curva de 90º. Figura 6.3 – Conduletes Normalmente as caixas de passagem são fabricadas nos seguintes tipos: Quadradas - tamanho 4x4” Retangulares - tamanho 4x2” Sextavadas - tamanho 3x3” Octogonais - tamanho 4x4”ou 5x5” 58 As caixas octogonais são também fabricadas com fundo móvel para possibilitar a execução da instalação em lajes. Deve-se limitar em 5 o número de eletrodutos que chegam a uma caixa, para facilitar a instalação dos condutores. Figura 6.4 – Caixas de passagem A tabela abaixo fornece os diversos tipos de caixas de passagem com o número máximo de condutores e a finalidade das mesmas. Tabela 6.7 – Ocupação das caixas de passagem c) BUCHAS E ARRUELAS Podem ser considerados equipamentos secundários e servem para: Fixação dos eletrodutos às caixas Facilitar a enfiação, evitando a danificação do isolamento dos condutores. A superfície arredondada das buchas permite que os condutores deslizem pela sua superfície sem que a parte isolante seja danificada. Normalmente são fabricadas em alumínio fundido. Figura 6.5 – Buchas e arruelas 59 d)LUVAS São acessórios com formato cilíndrico, possuindo rosca interna, e são usados para unir trechos de eletrodutos ou em eletroduto e uma curva. Figura 6.6 - Luvas e)BRAÇADEIRAS São acessórios destinados á fixação de eletrodutos rígidos ou flexíveis nas paredes, tetos ou outros elementos estruturais. Figura 6.7 - Braçadeiras 60 CAPÍTULO 7 – PROTECÃO DOS CIRCUITOS Numa instalação elétrica residencial, comercial ou industrial é importante garantir o bom funcionamento do sistema sob quaisquer condições de operação, protegendo as pessoas, os equipamentos e a rede elétrica de acidentes provocados por alterações de corrente. A NBR 5410/04 estabelece as prescrições fundamentais destinadas a garantir a segurança de pessoas, de animais domésticos e de bens, contra os perigos e danos que possam resultar da utilização das instalações elétricas em condições que possam ser previstas. Neste capítulo estudaremos as proteções contra sobrecorrentes, que são correntes elétricas cujos valores excedem o valor da corrente nominal, podendo ser originadas por: - Solicitação do circuito acima do valor de projeto (sobrecarga) - Falta elétrica (curto-circuito) As correntes de sobrecarga são caracterizadas pelos seguintes fatores: - Provocam no circuito correntes superiores à corrente nominal - Solicitações dos equipamentos acima de suas capacidades nominais - Cargas de potência nominal acima dos valores previstos no projeto As sobrecargas são extremamente prejudiciais ao sistema elétrico pois provocam a elevação da temperatura, produzindo com isso efeitos térmicos danosos aos circuitos. As correntes de curtos-circuitos são provenientes de falhas ou defeitos graves da instalação, como: - Falha do rompimento da isolação entre fase e terra - Falha do rompimento da isolação entre fase e neutro - Falha do rompimento da isolação entre fases Como consequência produz-se correntes extremamente elevadas, que precisam ser interrompidas instantaneamente. Para proporcionar estas proteções utilizamos os disjuntores termomagnéticos, que são dispositivos que garantem, simultaneamente, a manobra e a proteção contra correntes de sobrecarga e contra correntes de curto-circuito. Em resumo, os disjuntores possuem três funções básicas: - Manobrar o circuito (abrir e fechar) - Proteger os condutores e os demais componentes contra sobrecargas, através do seu dispositivo térmico. - Proteger os condutores contra curto-circuito, através do seu dispositivo magnético. Possuem a grande vantagem de permitir o religamento sem necessidade de substituição dos componentes. Figura 7.1 – Disjuntores 61 Figura 7.2 – Partes Componentes dos Disjuntores 627.1) FUNCIONAMENTO DOS DISJUNTORES O disjuntor mais utilizado para proteção e manobra de circuitos de iluminação e tomadas é do tipo Quick-lag, no qual um dispositivo de proteção térmica funciona de acordo com o princípio do bimetal, cujo princípio baseia-se na dilatação de duas lâminas de metais diferentes (aço e latão, por exemplo), portanto com coeficientes de dilatação distintos, desligando o circuito na eventualidade de uma sobrecarga. No caso de ocorrer um curto-circuito, a proteção far-se-á através de um disparador magnético bobinado. A figura 7.3 mostra a sequência de manobra e atuação de um disjuntor termomagnético. Figura 7.3 – Sequência de Fechamento Manual A – Contatos Abertos – O contato móvel (4) está fulcrado na alavanca de manobra (1): a mola de disparo (2) está tracionada. A mola transmite ao contato móvel uma força cujo conjugado em relação ao fulcro tem sentido anti-horário. B – Aplica-se uma força à alavanca de manobra, desloca-se o fulcro; o contato móvel (4) passa para a posição fechado quando, superado o ponto morto, inverte-se o sentido do conjugado. C – O disjuntor está fechado: contato móvel (4) e contato fixo (5) tocam-se. A velocidade de fechamento não depende da velocidade de acionamento da alavanca de comando. Figura 7.4 – Atuação Térmica do Disjuntor A – Contato na posição fechada: a alavanca “foice”(3) está bloqueada na alavanca de engate (6). Ocorrendo uma sobrecarga, o bimetal (7) se curva até agir sobre a parte final da alavanca de engate. B – A rotação da alavanca de engate liberta a alavanca “foice” à qual é fixada a mola. O contato se abre enquanto o conjugado da força, transmitido pela mola ao contato móvel, muda se sentido em relação ao fulcro. C – O contato móvel continua seu movimento até a abertura total, enquanto a alavanca de manobra passa à posição intermediária, indicando a atuação automática do dispositivo. 63 Figura 7.5 – Atuação Magnética do Disjuntor A – Contato na posição fechada: a alavanca “foice”(3) está bloqueada na alavanca de engate (6). Ocorrendo um curto-circuito, o disparador eletromagnético atrai a alavanca engate, liberando a alavanca foice. B – o contato se abre. Também nesse caso, a alavanca de manobra passa à posição intermediária, indicando a atuação automática do dispositivo. C – Novo fechamento do dispositivo. Para fechar novamente o disjuntor, deve-se rearmar o mecanismo, girando a alavanca de manobra até a posição de abertura; reengatada a alavanca, pode-se de novo proceder ao fechamento. 7.2) DIMENSIONAMENTO DOS DISJUNTORES A NBR 5410/04 estabelece condições que devem ser cumpridas para que haja uma perfeita coordenação entre os condutores vivos de um circuito e o dispositivo que os protege contra correntes de sobrecargas e contra curtos-circuitos. A Norma diz que devem ser previstos dispositivos de proteção para interromper toda corrente de sobrecarga nos condutores dos circuitos antes que esta possa provocar um aquecimento prejudicial à isolação, aos terminais ou às vizinhanças das linhas. Para que ocorra uma perfeita coordenação entre o dispositivo de proteção e os condutores, deve-se satisfazer as seguintes condições: a) In Idisj Iz b) I2 1,45 Iz Onde: In – Corrente de projeto do circuito, corrente nominal, em ampères. Idisj – Corrente nominal do dispositivo de proteção nas condições previstas para sua instalação (Vide Tabela 7.1) Iz - Capacidade de condução de corrente dos condutores vivos do circuito nas condições previstas para sua instalação , submetidos aos fatores de correção K1 e K2. (Tabela cap. 3) I2 – Corrente que assegura efetivamente a atuação do dispositivo de proteção; na prática, a corrente I2 é considerada a corrente convencional de atuação para disjuntores.(Vide Tab.7 2) I2 varia de 1,25 a 1,40 vezes a corrente nominal do dispositivo de proteção Idisj. I2 = 1,25 a 1,40 . Idisj 64 Tabela 7.1 – Correntes Nominais dos Disjuntores, em função da temperatura ambiente Tabela 7.2 – Correntes convencionais de atuação, de não atuação e tempos convencionais para disjuntores termomagnéticos. Tabela 7.3 – Capacidades Nominais dos Disjuntores Termomagnéticos PIAL 65 Tabela 7.4 – Capacidade Nominal dos Disjuntores Termomagnéticos SIEMENS Exemplo 1: Dimensione o disjuntor adequado à proteção do circuito cujos condutores foram dimensionados no exemplo 1 do capítulo 3 conforme segue: Dimensione os condutores do circuito de um ar condicionado de 18000 Btu 2900W/127 V, considerando: - Condutores de cobre com isolação de PVC - Maneira de instalar B1 - Temperatura média ambiente 35⁰ - Queda de tensão 2% - Três circuitos agrupados no interior do eletroduto. – Comprimento do circuito 10 m d) Critério de seção mínima Como trata-se de um circuito de força (ar condicionado) a seção mínima será # 2,5 mm² e) Critério da Capacidade de Condução de Corrente In = P / V = 2900 / 127 = 22,83 A Como a temperatura ambiente é diferente de 30 graus e o circuito não está sozinho no eletroduto, precisamos aplicar os fatores de correção K1 e K2 a fim de determinarmos o valor da corrente corrigida, assim temos: Ic = In / (K1 x K2) = 22,83 / (0,94 x 0,7) = 34,7 A Os fatores de correção K1 e K2 são obtidos, respectivamente, nas tabelas 3.7 e 3.8 da apostila!!! De posse do valor da corrente corrigida vamos a tabela 3.5 da apostila, entrando na coluna correspondente a maneira de instalar B1, sub coluna dois condutores carregados, encontrando um condutor que suporte um valor de corrente maior ou igual a 34,7 A. Consultando a tabela observamos que o condutor de # 6 mm² suporta até 41 A, ou seja, é o indicado para as condições de condução de corrente deste circuito. # 6 mm² f) Critério da Queda de Tensão No critério da queda de tensão vamos observar se a extensão (comprimento) do circuito não provoca uma queda de tensão maior que os valores admitidos pelas normas. 66 Utilizamos a expressão: P x d = 2900 x 10 = 29 000 Wm Consultando a tabela 3.9 da apostila, na coluna correspondente a 2% buscamos o condutor que suporte um valor em W.m igual ou superior ao valor calculado. Desta forma encontramos que a seção do condutor que não causará queda de tensão maior que 2% será de # 6 mm² # 6 mm² Lembramos que sempre deve ser escolhido o maior valor encontrado entre os três critérios utilizados, ou seja, neste circuito utilizaremos o condutor de # 6 mm² Para dimensionar o disjuntor devermos atender as seguintes equações: a) In ≤ Idisj ≤ Iz ou In ≤ Idisj ≤ Icabo . K1 .K2 O valor de In, K1 e K2 já foram obtidos durante o dimensionamento dos condutores. Precisamos encontrar o Icabo , consultando a tabela 3.5, conforme figura abaixo. In ≤ Idisj ≤ Icabo . K1 .K2 22,83 ≤ Idisj ≤ 41 x 0,94 x 0,7 22,83 ≤ Idisj ≤ 27 Analisando a expressão e consultando a tabela 7.1, encontramos um valor de corrente de operação do disjuntor que se enquadre entre os dois valores de In e Iz. Durante a consulta a tabela 7.1 sempre adotamos uma temperatura 5 ou 10 graus maior que a temperatura ambiente pois dentro do quadro de distribuição a temperatura tende a ser maior que a ambiente. Então, o primeiro critério indica um disjuntor uniplolar de 30 A 67 b) I2 1,45 Iz 1,35 . Idisj 1,45 Iz 1,35 x 27 1,45 x 27 36,5 39,2 Se a segunda equação foi satisfeita é sinal de que o disjuntor encontrado no primeiro critério poderá ser utilizado. Concluindo, será utilizado um disjuntor unipolar de 30 A na proteção do circuito. Exemplo 2: Dimensione o disjuntor adequado à proteção do circuito cujos condutores foram dimensionados no exemplo 2 do capítulo 3 conforme segue: Dimensione os condutores do circuito de um chuveiro 5400W/127V, considerando: - Condutores de cobre com isolação de PVC - Maneira de instalar B1 - Temperatura média ambiente 40⁰ - Queda de tensão 2% - Três circuitos agrupados no interior do eletroduto. – Comprimento do circuito 12 m d) Critério de seção mínima Como trata-se de um circuito de força (chuveiro) a seção mínima será # 2,5 mm² e) Critério da Capacidade de Condução de Corrente In = P / V = 5400 / 127 = 42,52 A Como a temperatura ambiente é diferente de 30 graus e o circuito não está sozinho no eletroduto, precisamos aplicar os fatores de correção K1 e K2 a fim de determinarmos o valor da corrente corrigida, assim temos: Ic = In / (K1 x K2) = 42,52 / (0,87 x 0,7) = 69,82 A Os fatores de correção K1 e K2 são obtidos, respectivamente, nas tabelas 3.7 e 3.8 da apostila!!! De posse do valor da corrente corrigida vamos a tabela 3.5 da apostila, entrando na coluna correspondente a maneira de instalar B1, sub coluna dois condutores carregados, encontrando um condutor que suporte um valor de corrente maior ou igual a 69,82 A. Consultando a tabela observamos que o condutor de # 16 mm² suporta até 76 A ou seja é o indicado para as condições de condução de corrente deste circuito. # 16 mm² f) Critério da Queda de Tensão No critério da queda de tensão vamos observar se a extensão (comprimento) do circuito não provoca uma queda de tensão maior que os valores admitidos pelas normas. Utilizamos a expressão: P x d = 5400 x 12 = 64800 Wm Consultando a tabela 3.9 da apostila, na coluna correspondente a 2% buscamos o condutor que suporte um valor em Wm igual ou superior ao valor calculado. Desta forma encontramos que a seção do condutor que não causará queda de tensão maior que 2% será de # 10 mm² # 10 mm² 68 Lembramos que sempre deve ser escolhido o maior valor encontrado entre os três critérios utilizados, ou seja, neste circuito utilizaremos o condutor de # 16 mm² Para dimensionar o disjuntor devermos atender as seguintes equações: a) In ≤ Idisj ≤ Iz ou In ≤ Idisj ≤ Icabo . K1 .K2 O valor de In, K1 e K2 já foram obtidos durante o dimensionamento dos condutores. Precisamos encontrar o Icabo , consultando a tabela 3.5, conforme figura abaixo. In ≤ Idisj ≤ Icabo . K1 .K2 42,5 ≤ Idisj ≤ 76 x 0,87 x 0,7 42,5 ≤ Idisj ≤ 46,3 Analisando a expressão e consultando a tabela 7.1, encontramos um valor de corrente de operação do disjuntor que se enquadre entre os dois valores de In e Iz. Durante a consulta a tabela 7.1 sempre adotamos uma temperatura 5 ou 10 graus maior que a temperatura ambiente pois dentro do quadro de distribuição a temperatura tende a ser maior que a ambiente. Então, o primeiro critério indica um disjuntor uniplolar de 50 A b) I2 1,45 Iz 1,35 . Idisj 1,45 Iz 1,35 x 42,5 1,45 x 46,3 57,4 67,1 Se a segunda equação foi satisfeita é sinal de que o disjuntor encontrado no primeiro critério poderá ser utilizado. Concluindo, será utilizado um disjuntor unipolar de 50 A na proteção do circuito. 69 DIVISÃO DA CARGA DA INSTALAÇÃO ENTRE AS FASES E ELABORAÇÃO DO DIAGRAMA TRIFILAR Após o dimensionamento dos disjuntores dos circuitos e do disjuntor do alimentador é possível construir o Diagrama Trifilar da instalação, mostrando a configuração das ligações dos disjuntores/circuitos no quadro de distribuição da instalação. Para tal, faz-se necessário distribuir os diversos circuitos da instalação entre as fases do sistema. Lembrando que segundo os padrões das concessionárias de energia e em função da demanda do consumidor, poderemos ter alimentadores monofásicos, bifásicos ou trifásicos. Utilizando o bom senso, devemos dividir em partes iguais (ou aproximadamente iguais) a potência instalada entre as fases disponibilizadas pelo sistema. Por exemplo, em um sistema trifásico, colocaremos aproximadamente 1/3 da potência instalada ligada a cada uma das três fases disponíveis. Num sistema bifásico cada uma das duas fases disponíveis alimentaria metade da carga e num sistema monofásico toda a carga seria alimentada pela única fase disponível. Vale ressaltar que a grande quantidade de equipamentos presentes na maioria das instalações nos dias atuais, praticamente inviabiliza a utilização de um alimentador monofásico. Exemplo: Faça a distribuição da carga da instalação entre as fases do alimentador trifásico e monte o diagrama trifilar para a seguinte instalação: Uma instalação possui os seguintes circuitos: - Circuito 1 – Iluminação e tomadas – 1080W - Circuito 2 – Chuveiro – 5000 W - Circuito 3 – Iluminação e tomadas – 940 W - Circuito 4 – Ar condicionado da sala – 1500 W - Circuito 5 – Ar condicionado da copa – 1250 W - Circuito 6 – Iluminação e tomadas – 1160 W - Circuito 7 – Geladeira e Freezer – 1200 W - Circuito 8 – Micro Ondas – 1200 W - Circuito 9 – Lava Roupas – 600 W - Circuito 10 – Uma bomba d´água de 1250 W Potência Instalada = 15180 W Pinst / 3 = 15180 / 3 = 5060 W Considerando um alimentador trifásico, devemos dividir os circuitos entre as fases de modo que cada uma delas alimente, aproximadamente, 1/3 da carga, ou seja, 5060 W. Fase R – Circuito 2 – Chuveiro – 5000 W Fase S – Circuito 1 – 1080 W Circuito 5 – 1250 W Circuito 3 – 940 W - 5070 W Circuito 8 – 1200 W Circuito 9 – 600 W Fase T – Circuito 4 – 1500 W Circuito 6 – 1160 W Circuito 7 – 1200 W - 5110 W Circuito 10 – 1250 W De posse desta informação é possível desenhar o diagrama trifilar, conforme mostrado abaixo. Este desenho faz parte do projeto de instalações e deve ser anexado a planta juntamente com o quadro de cargas. 70 A informação sobre a divisão dos diversos circuitos entre as fases do sistema também é colocada no quadro de cargas da instalação, na coluna fase. Para a instalação do exemplo anterior o quadro ficaria conforme a tabela abaixo: CIRCUIT O ILUMINACÃO (W) TOMADAS (w) TOTAL PROT COND FASE OBS 40 60 100 100 600 ESP (W) (A) mm² 1 3 4 5 1080 10 1,5 S 2 1 5000 40 10 R 3 1 4 5 940 10 1,5 S 4 1 1500 20 2,5 T 5 1 1250 15 2,5 S 6 1 5 6 1160 10 1,5 T 7 2 1200 15 2,5 T 8 1 1200 15 2,5 S 9 1 600 10 1,5 S 10 1 1250 15 2,5 T GERAL 1 4 13 16 3 5 15180 3 x 50 10 RST 71 CAPÍTULO 8 - LUMINOTÉCNICA GRANDEZAS FUNDAMENTAIS: a) Luz - forma de energia radiante que impressiona nossos olhos e nos permite ver A percepção do olho humano às ondas de luz visível se encontra na faixa de 380 a 780 nanômetros (nm) 1nm = 10-9 m b) Fluxo Luminoso - É a potência de radiação total emitida por uma fonte de luz e capaz de estimular a retina ocular à percepção da luminosidade. Símbolo: Unidade de Medida: Lúmen (lm) Exemplos: Lâmpada Incandescente de 100 W - 1560 lm Lâmpada Fluorescente de 40 W - 3150 lm c) Eficiência Luminosa - É a medida da relação entre a intensidade de luz produzida e a energia consumida Unidade: Lúmen/watt = lm/W Exemplo: Lâmpada Incandescente 1560/100 = 15,6 lm/W Lâmpada Fluorescente 3150/40 = 78,8 lm/W d) Iluminância ou Iluminamento - É a relação entre o fluxo luminoso incidente em uma superfície pela área dessa superfície Símbolo: E Unidade: lux (lx) Fórmula: E = / S onde: S = área em m² e = Fluxo Luminoso em lm NÍVEL DE ILUMINAMENTO No local a ser iluminado devemos obter um nível de iluminamento médio de acordo com a utilização do local e que é indicado pela Norma NBR 5413. A tabela 8.1 fornece alguns níveis deiluminamento recomendados para interiores. Atividades Tipo Nível de Iluminamento (lx) Escritórios a) sala de trabalho 300 a 750 b) sala de desenho 500 a 1000 c) arquivos 300 Escolas a) sala de aula 300 b) artes e desenho 500 c) refeitório 100 d) auditório 200 e) quadro negro (ilum supl.) 500 Lojas a) circulação 300 b) área de exposição 500 c) balcões 600 a 1000 d) exposições de realce 1500 a 5000 e) depósitos 200 Indústrias a) fabricação geral 300 b) Inspeção comum 300 a 500 c) Inspeção delicada 500 a 1000 d) empacotamento 150 e) montagem 300 a 500 Tabela 8.1 – Níveis de Iluminamento 72 Existem vários métodos de cálculo de iluminação, cada qual com seu grau de precisão e dificuldade de cálculo. Podemos reduzir em quatro métodos: Método da Carga Mínima (já estudado no cap. 2) Método do Fluxo Luminoso Método do Ponto por Ponto Método das Curvas de Isolux Estudaremos o Método do Fluxo Luminoso Simplificado Vamos determinar de forma simplificada o valor do fluxo luminoso necessário para produzir no plano de trabalho determinado nível de iluminamento. O fluxo luminoso necessário é dado por: = (S x E) / ( x d) onde: S - Área em m² E - Nível de iluminamento recomendado (tabela 8.1) - Fluxo luminoso total em Lúmens - Coeficiente de utilização d - Fator de depreciação Calculado o fluxo necessário, o número de luminárias é determinado por: n = / Q - onde Q é o fluxo luminoso produzido pelas lâmpadas da luminária utilizada. DETERMINACÃO DO COEFICIENTE DE UTILIZACÃO ( ) O coeficiente de utilização é a relação entre o fluxo luminoso que incide no plano de trabalho (fluxo útil) e o fluxo total emitido pelas luminárias. Este coeficiente depende das dimensões do local, tipo de luminária e da refletância das paredes e do teto. DETERMINACÃO DO FATOR DE DEPRECIACÃO O fator de depreciação relaciona o fluxo luminoso que ilumina o plano de trabalho na época da manutenção da instalação e o fluxo luminoso no início da operação. Depende das seguintes condições: Modificação da refletância das luminárias e paredes pelo envelhecimento Acúmulo de poeira Diminuição do fluxo luminoso da lâmpada com o uso. Branco 75 a 85 % Marfim 63 a 80 % Creme 56 a 72 % Amarelo Claro 65 a 75 % Marrons 17 a 41 % Verde Claro 50 a 65 % Verde Escuro 10 a 22 % Azul Claro 50 a 60 % Rosa 50 a 58 % Vermelho 10 a 20 % Cinzento 40 a 50 % Tabela 8.2 – Reflexão das cores 73 Teto Branco 75 % Teto Claro 50 % Paredes Brancas 50 % Paredes Claras 30 % Paredes Medianamente Claras 10 % Tabela. 8.3 Refletâncias de Paredes e Tetos Tabela 8.4 (parte 1) – Índice Local 74 Tabela 8.4 (parte 2) – Índice Local Tabela 8.5 (parte 1) – Coeficientes de Utilização 75 Tabela 8.5 (parte 2) – Coeficientes de Utilização Tabela 8.5 (parte 3) – Coeficientes de Utilização 76 Tabela 8.5 (parte 4) – Coeficientes de Utilização Tabela 8.6 – Características das Lâmpadas 77 EXEMPLO: Fazer o projeto de iluminação para uma sala de aula com 7 metros de largura, 8 metros de comprimento e pé direito 3 metros. O teto e as paredes são brancos. Utilizar luminárias do tipo 15, com duas lâmpadas fluorescentes de 40 Watts, cujo fluxo luminoso é de 3000 lúmens. Ø = (S x E) / (μ x d) Da tabela 8.3 tiramos as refletâncias do teto branco (75%) e paredes brancas (50%) Da tabela 8.1 tiramos o nível de iluminamento recomendado para sala de aula (300 lux) A área S pode ser calculada S = 7 x 8 = 56 m² O fator de depreciação “d” pode ser obtido facilmente abaixo do desenho da luminária 15 na tabela 8.5 (parte 3) d = 0,8 O mais trabalhoso no cálculo é a descoberta do coeficiente de utilização “μ” Precisamos obter o índice local na tabela 8.4 (parte 1) Consultando a tabela acima vemos que o índice local é “F” 78 Encontrado o índice local podemos consultar a tabela da luminária 8.5 (parte 3), luminária 15 para encontrar o fator de depreciação “μ” De acordo com a tabela acima μ = 0,58 Agora podemos montar novamente a equação: Ø = S x E / μ x d Ø = (56 x 300) / (0,58 x 0,8) = 36206 lúmens Agora calcula-se o número de luminárias necessárias para gerar este fluxo luminoso N = Ø / Q N = 36206 / (2 x 3000) = 6,03, ou seja, 6 luminárias 7 m 8 m x 2x 2x x 2y y y A distribuição das luminárias do ambiente deve ver realizada de tal forma que a distância entre duas luminárias seja o dobro da distância da luminária para a parede. 6 x = 8 x = 8/6 = 1,33 m 4 y = 7 y = 7/4 = 1,75 m 79 EXERCÍCIO: Fazer o projeto de iluminação para a área de inspeção delicada de uma indústria com 9 metros de largura, 15 metros de comprimento e pé direito 3,5 metros. O teto e as paredes são claros. O nível de iluminamento recomendado pela norma para este tipo de ambiente é de 500 lux. Utilizar luminárias do tipo 12 no ambiente, com duas lâmpadas fluorescentes econômicas de 36 W, cujo fluxo de cada lâmpada é de 3450 lúmens. 80 CAPÍTULO 9 - FATOR DE POTÊNCIA A maioria das cargas das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva como motores, transformadores, lâmpadas de descarga, fornos de indução, etc. As cargas indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento por isso sua operação requer dois tipos de potência: Potência Ativa - Medida em W, efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz ou movimento. Potência Reativa - Medida em KVAR, usada apenas para criar e manter os campos eletromagnéticos das cargas indutivas, não realiza trabalho. Enquanto a potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a potência reativa, além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentação, ocupando um “espaço” no sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer potência ativa. A soma vetorial da potência ativa com a potência reativa nos dá a potência aparente, medida em KVA, que é a potência total gerada e transmitida à carga. O triângulo abaixo mostra a relação entre as potências ativa, reativa e aparente. A razão entre a potência ativa e a potência aparente de qualquer instalação se constitui no fator de potência. F P = KW/KVA= Cos = cos (arctg KVAR/KW) O fator de potência indica qual a porcentagem da potência total fornecida (KVA) é efetivamente utilizada como potência ativa (KW). Assim, o fator de potência mostra o grau de eficiência do uso dos sistemas elétricos. Valores altos de fator de potência (próximos de 1) indicam uso eficiente da energia elétrica, enquanto valores baixos evidenciam seu mau funcionamento, além de representar uma sobrecarga para todo o sistema elétrico. A nova legislação pertinente estabelecida pelo antigo DNAEE, hoje ANEEL, (Portaria nº 1569 de 23/12/93) introduziu uma nova forma de abordagem do ajuste, pelo baixo fator de potência, com os seguintes aspectos relevantes. Aumento do limite mínimo do fator de potência de 0,85 para 0,92 Faturamento da energia reativa capacitiva excedente Redução do período de avaliação do fator de potência de mensal para horário, à partir de 1996. A energia e demanda reativa devem ser verificadas em dois seguimentos horários de uma jornada: 06 h - 24 h (reativos indutivos) 0 h - 06 h (reativos capacitivos) As causas mais comuns da ocorrência do baixo fator de potência são: Motores e trafos operando em vazio ou com pequenas cargas Motores e trafossuperdimensionados Grande quantidade de motores de pequena potência Máquinas de solda Lâmpadas de descarga (fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio - sem reatores de alto fator de potência) Excesso de energia reativa capacitiva Q (KVAR) P (KW) S (KVA) 81 Os principais efeitos da ocorrência do baixo fator de potência são: Perdas na rede - As perdas de energia elétrica ocorrem em forma de calor e são proporcionais ao quadrado da corrente total. Como essa corrente cresce com o excesso de energia reativa, estabelece-se uma relação direta entre o incremento das perdas e o baixo fator de potência, provocando o aumento do aquecimento dos condutores e equipamentos. Quedas de Tensão - O aumento da corrente devido ao excesso de reativo leva a quedas de tensão acentuadas podendo ocasionar a interrupção do fornecimento de energia elétrica e a sobrecarga em certos elementos da rede. Esse risco é acentuado nos períodos em que a rede é fortemente solicitada. As quedas de tensão podem provocar, ainda, diminuição da intensidade luminosa nas lâmpadas e aumento da corrente nos motores. Subutilização da Capacidade Instalada - A energia reativa, ao sobrecarregar uma instalação elétrica inviabiliza sua plena utilização, condicionando a instalação de novas cargas a investimentos que seriam evitados se o fator de potência apresentasse valores mais altos. O “espaço” ocupado pela energia reativa poderia ser então utilizado para o atendimento de novas cargas. Os investimentos em ampliação das instalações estão relacionados principalmente aos trafos e condutores necessários. O trafo a ser instalado deve atender à potência total dos equipamentos, mas devido a presença de potência reativa, a sua capacidade deve ser calculada com base na potência aparente das instalações (tabela 9.1). Da mesma forma, para transportar a mesma potência ativa sem aumento das perdas, a seção dos condutores deve aumentar à medida que o fator de potência diminui (Tabela 9.2). A correção do fator de potência por si só já libera capacidade para instalação de novos equipamentos, sem a necessidade de investimentos em trafos ou substituição de condutores para esse fim específico. É o que mostra a tabela 9.3, ilustrando o aumento do fator de potência de 0,8 para 0,92 em uma instalação genérica, com potência de transformação de 315 KVA. Tabela 9.1 Tabela 9.2 Tabela 9.3 82 CORRECÃO DO FATOR DE POTÊNCIA A primeira providência para corrigir o baixo fator de potência é a análise das causas que levam a utilização excessiva de energia reativa. A eliminação dessas causas passa pela racionalização do uso de equipamento (desligar motores em vazio, redimensionar os equipamentos superdimensionados, redistribuir cargas pelos diversos circuitos, etc., pode eventualmente solucionar o problema de excesso de reativo. À partir dessas providências uma forma de reduzir a circulação de energia reativa é instalar capacitores junto às cargas indutivas pois a circulação fica limitada a estes equipamentos. Na prática, a energia reativa passa a ser fornecida pelos capacitores, liberando parte da capacidade dos sistemas elétricos das instalações das unidades consumidoras. Os capacitores devem ser total ou parcialmente desligados, de acordo com o uso dos motores e trafos, para não haver excessos de energia reativa capacitiva causando efeitos adversos ao sistema elétrico da concessionária. VANTAGENS DE CORRECÃO DO FATOR DE POTÊNCIA Liberação da Capacidade do Sistema - Quando os capacitores estão em operação num sistema elétrico, estes funcionam como fonte de energia reativa, fornecendo corrente magnetizante para os motores, trafos, etc. reduzindo assim a corrente da fonte geradora. Menos corrente significa menos potência em KVA ou carga nos trafos, alimentadores ou circuitos de distribuição. Isto quer dizer que capacitores podem ser utilizados para reduzir a sobrecarga existente ou, caso não haja sobrecarga, permitir a ligação de cargas adicionais. Melhoria da Tensão - As desvantagens de tensão abaixo da nominal em qualquer sistema elétrico são bastante conhecidas. Embora os capacitores elevem os níveis de tensão, é raramente econômico instalá- los em estabelecimentos industriais para esse fim. A melhoria de tensão deve ser considerada como um benefício adicional dos capacitores. Redução das Perdas - A redução das perdas em um sistema elétrico decorrente da melhoria ou correção do fator de potência resulta em lucro financeiro anual da ordem de 15% do valor do investimento feito com a instalação de capacitores. 83 Pelo exposto vimos que é conveniente e até necessária a melhoria do fator de potência de uma instalação, não só para atender às exigências da concessionária, mas também para melhorar sua performance. Esta melhoria consegue-se instalando capacitores em paralelo com a carga, de modo a reduzirem a potência reativa obtida da rede externa. Suponhamos que uma instalação tenha carga instalada, tal como representada na figura abaixo: Existe uma potência efetiva P e, em consequência do fator de potência Cos φ1, a potência aparente ou total S1. Pretendemos reduzir o fator de potência, o que equivale a reduzir a componente reativa Q1 da potência para o valor Q2, mantendo, porém, o mesmo valor da potência efetiva P. Podemos escrever: Q1 = P tag φ1 Q2 = P tag φ2 Então, para reduzir a potência reativa de Q1 para Q2, deverá ser ligada uma carga capacitiva (Qc) igual a: Qc = Q1 – Q2 = P tag φ1 - P tag φ2 = P (tag φ1 - tag φ2) TIPOS DE COMPENSACÃO: 1) Compensação Individual É feita instalando os capacitores junto aos equipamentos cujo fator de potência se pretende melhorar. Do ponto de vista técnico representa a melhor solução: Vantagens: Reduz as perdas em toda instalação Diminui a carga no circuito de alimentação dos equipamentos Melhora os níveis de tensão Pode-se utilizar um sistema único de acionamento para a carga e capacitores Gera reativos somente onde é necessário Desvantagens: Muitos capacitores de pequena potência tem custo maior que capacitores de maior potência Pouca utilização dos capacitores Para motores deve-se compensar no máximo 90% da energia reativa 84 2) Compensação por Grupos de Cargas O banco é instalado de forma a compensar um setor ou um conjunto de máquinas. É colocado junto ao quadro de distribuição que alimenta estes equipamentos. A potência necessária será menor que no caso da compensação individual, o que torna a instalação mais econômica. Tem como desvantagem o fato de não haver diminuição de corrente nos alimentadores de cada equipamento compensado. 3) Compensação Geral O banco de capacitores é instalado na saída do trafo ou do quadro de distribuição geral, se a instalação for alimentada em baixa tensão. Utiliza-se em instalações elétricas com número elevado de cargas com potências diferentes e regime de utilização pouco uniformes. Vantagens: Os capacitores instalados são mais utilizados Fácil supervisão Possibilidade de controle automático Melhora geral do nível de tensão Instalações adicionais suplementares relativamente simples Desvantagens: Não há alívio sensível dos alimentadores de cada equipamento 4) Compensação na Entrada em Alta Tensão Não é muito freqüente a compensação em AT pois exige dispositivos de comando e proteção dos capacitores com isolação para tensão primária (AT). Embora o preço por KVAR dos capacitores seja menor para tensões mais altas, este tipo de compensação, em geral, só é encontrada nas unidades consumidorasque recebem grande quantidade de energia e dispõe de subestações. 85 5) Compensação Automática Nas formas de compensação geral e por grupos de equipamentos é usual utilizar-se uma solução em que os capacitores são agrupados por bancos controláveis individualmente. Um relé comanda automaticamente a operação dos capacitores necessários a obtenção do fator de potência desejado. 6) Compensação por Motores Síncronos Motores síncronos podem ser utilizados para compensação do fator de potência por gerarem energia reativa, da mesma forma como um gerador convencional o faz. A potência reativa capacitiva é fornecida por um motor síncrono à instalação, é função da corrente de excitação e da carga em seu eixo. Entretanto devido ao fato de ser um equipamento bastante caro, nem sempre é compensador do ponto de vista econômico, sendo competitivo, em princípio, para potências superiores a 200 CV e funcionamento por períodos longos. PRECAUCÕES NA INSTALACÃO E OPERACÃO DE CAPACITORES Para maior segurança e eficiência na operação do banco de capacitores considerar os seguintes aspectos: A instalação de capacitores deve ser feita em locais onde haja boa ventilação e com espaçamento adequado entre as unidades Após desligar, esperar algum tempo para religar ou fazer o aterramento de um capacitor. Isso porque o capacitor retém a sua carga por alguns minutos mesmo desligado. Proceder ao aterramento dos capacitores antes de tocar sua estrutura ou seus terminais Para capacitores ligados em AT (13,8 KV, por exemplo) é sempre conveniente que as operações de ligar e desligar sejam feitas utilizando-se o disjuntor principal da instalação, antes de se abrir ou fechar a chave principal de capacitores, no caso de não haver dispositivos adequados de manobra sob carga Evitar a energização simultânea de dois ou mais bancos de capacitores, a fim de se evitar possíveis sobretensões. 86 Exemplos: 1)Em uma indústria, a potência ativa é de 150 KW. O fator de potência é igual a 0,65 indutivo. Qual a corrente que está sendo demandada à rede trifásica de 220 V, e qual seria a corrente se o fator de potência fosse igual a 0,92 indutivo? 2)Uma indústria possui as seguintes cargas instaladas: - Iluminação incandescente – 20 KW - Iluminação fluorescente – Carga máxima de 100 KW, fator de potência médio = 0,9 indutivo - Motores de indução diversos – Carga máxima de 184 KW, fator de potência médio = 0,8 indutivo - Dois motores síncronos superexcitados – Carga máxima 73,6 KW, fator de potência médio = 0,9 Com base nos dados acima calcule os valores das potências ativa, reativa e aparente, bem como o fator de potência da instalação. 3)Repita o exercício 2 excluindo os motores síncronos. 4)Uma indústria tem instalada uma carga de 200 KW. Verificou-se que o fator de potência é igual a 0,85 indutivo. Qual deverá ser a potência em KVAr de um capacitor que, instalado, venha a reduzir a potência reativa, de modo que o fator de potência atenda às prescrições da Concessionária, ou seja, seja igual a 0,92 indutivo? 87 CAPÍTULO 10 - INSTALACÃO DE MOTORES Motor elétrico é uma máquina capaz de transformar a energia elétrica em energia mecânica. A potência mecânica no eixo é expressa em HP (horse power) ou CV (cavalo vapor). A potência elétrica de entrada é igual aos HP do motor dividido pelo rendimento, que é da ordem de 80% para os motores médios e ainda maiores para os grandes motores. A corrente nominal do motor, em ampères, pode ser obtida pela seguinte expressão: I = (HP x 746) / (V . cos . ) Se o motor for trifásico aparece o fator 3 no denominador. Os motores podem ser classificados em: Corrente Contínua - que de acordo com o campo podem ser: a) Motor shunt b) Motor série c) Motor compound Corrente Alternada - que de acordo com a rotação podem ser: d) Síncronos e) Assíncronos f) Diassíncronos A velocidade dos motores pode ser obtida através da seguinte expressão: N = (120 x f) / p onde: N - velocidade em rpm f - freqüência em Hz p - n.º de pólos da máquina Os motores possuem placas de identificação onde constam suas principais características elétricas: Tensão e Correntes Nominais Número de Fases Freqüência Potência Nominal rpm Classe de Isolamento Fator de Serviço Letra Código 88 CLASSE DE ISOLAMENTO Especifica o valor máximo de temperatura que o motor pode atingir em função do tipo de isolamento do enrolamento. Classe Isolante Tem. Máxima ºC O Algodão, seda, papel e substâncias análogas, não impregnadas de óleo 90 A Algodão, seda, papel impregnados e revestidos de esmalte 105 B Mica, Vidro, Asbesto e outras substâncias inorgânicas 125 C Mica, Vidro, asbesto guarnecidos com silicone 175 Tabela 10.1 - Classificação dos materiais isolantes LETRA CÓDIGO A letra código dá uma indicação da relação entre a potência em KVA solicitada da rede por HP de potência do motor, no teste com o rotor preso. Letra Código KVA/HP com rotor preso A de 0 a 3,14 B de 3,15 a 3,54 C de 3,55 a 3,99 D de 4,00 a 4,49 E de 4,50 a 4,99 F de 5,00 a 5,59 G de 5,60 a 6,29 H de 6,30 a 7,09 J de 7,10 a 7,99 K de 8,00 a 8,99 L de 9,00 a 9,99 M de 10,0 a 11,19 N de 11,2 a 12 49 P de 12,5 a 13,99 R de 14 a etc. Tabela 10.2 - Letra código dos motores FATOR DE SERVIÇO Fator de Serviço é o fator pelo qual pode ser multiplicada a potência nominal do motor, indicando a máxima potência que o mesmo pode fornecer sem aquecimento prejudicial, nos enrolamentos, porém, com queda do fator de potência e do rendimento da máquina. O fator de serviço é aplicado a motores de uso não permanente Este dado deve ser considerado no dimensionamento da proteção do motor. Exemplo: Um motor de 15 HP e corrente nominal 40 A, fator de serviço 1,25 poderá sofrer a seguinte sobrecarga: 1,25 x 15 = 18,75 H.P. 1,25 x 40 = 50 A 89 ESQUEMA TÍPICO DE INSTALACÃODE MOTORES Figura 10.1 – Esquema típico de instalação de motores 10.1)DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES DOS RAMAIS a) Pela Capacidade de Condução de Corrente O limite de condução de corrente dos condutores dos ramais para os motores elétricos deverá ser pelo menos igual a 125% da corrente nominal do motor. I (ramal) 1,25 Inominal Encontrado o valor de I (ramal) consulta-se as tabelas do Cap. 3 (tabela 3.5 ou 3.6) b) Pela Queda de Tensão No caso dos ramais consideramos queda de tensão máxima de 1%. Multiplica-se a corrente nominal do motor pelo comprimento do ramal e aplica-se a tabela 10.3 Tabela 10.3 - Escolha dos condutores em função dos A x m 90 10.2) DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES DO ALIMENTADOR a) Pela Capacidade de Condução de Corrente Para determinação dos condutores do alimentador utilizamos a seguinte expressão: I alim = 1,25 In (maior motor) + In (restante dos motores) Encontrado o valor de I alim consultamos as tabelas 3.5 ou 3.6. b) Pela Queda de Tensão No caso do alimentador consideramos queda de tensão de 4% Multiplicam-se as correntes nominais dos ramais pelas distâncias dos pontos de derivação dos mesmos até a proteção do alimentador. Encontrado o valor do somatório consulta-se a tabela 10.3 10.3)DIMENSIONAMENTO DAS PROTECÕES DOS RAMAIS Compreendida entre 150 e 300 % da corrente nominal do motor, conforme sua letra código, tipo do motor e método de partida empregado. (vide tabela 10.4) Normalmenteesta proteção é feita por fusíveis de ação retardada (NH ou diazed) Tabela. 10.4 Porcentagem da corrente a plena carga a considerar na proteção dos ramais 10.4)DIMENSIONAMENTO DA PROTECÃO DO MOTOR Utiliza-se, normalmente, neste tipo de proteção, relés térmicos. Esta proteção é dimensionada a partir do fator de serviço do motor. No caso de motores com fator de serviço igual ou superior a 115% ou motores com uma elevação de temperatura admissível de 40°C, o ajuste pode ser até 125% da corrente nominal do motor (1,25 In). Nos demais casos, os relés térmicos devem ser ajustados em 115% da corrente nominal do motor (1,15 In). Ipm = 1,15 a 1,25 In 91 10.5) DIMENSIONAMENTO DA PROTECÃO DO ALIMENTADOR A capacidade nominal dos dispositivos de proteção dos circuitos alimentadores de motores não deverá ser maior do que a adequada ao ramal, que exige proteção de maior capacidade, mais a soma das correntes nominais dos motores restantes. I (prot. do alimentador) < I (prot. do ramal de maior capacidade) + In (demais motores) 10.6) CURVAS DE ATUAÇÃO DOS FUSÍVEIS DIAZED Figura 10.2 - Curvas dos fusíveis diazed Figura 10.3 - Curvas dos fusíveis diazed 92 Dados dos Motores Trifásicos: Motor 1 – 7,5 CV, In = 21 A, FS = 1,1, Letra Código A, Partida com tensão reduzida. Motor 2 – 3 CV, In = 9 A, FS = 1,25, Letra Código B, Partida Direta. Motor 3 – 20 CV, In = 58 A, FS = 1,15, Sem Letra Código, Partida com tensão reduzida. Dimensionar os condutores dos ramais e do alimentador e as proteções dos ramais, dos motores e do alimentador. Considerar condutores de cobre com isolação de PVC e maneira B1 de instalar. PR1 PR2 PR3 CM1 CM2 PA PM1 PM2 PM3 CM3 3 m 5 m 8 m REDE 220V 10 m 12 m 15 m 1 2 3 93 CAPÍTULO 11 – COMANDOS ELÉTRICOS São dispositivos elétricos ou eletrônicos usados para acionar motores elétricos, como também outros equipamentos elétricos. São compostos de uma variedade de peças e elementos como contatores, botões, relés temporizados, relés térmicos e fusíveis. Uma grande parte das máquinas nas indústrias e oficinas são acionadas por motores elétricos. Para manejar estas máquinas são necessários dispositivos que permitem o controle sobre motores elétricos. Estes dispositivos de controle são, nos casos mais simples, interruptores, também chamados chaves manuais. Para motores de maior potência e para máquinas complexas usam-se comandos elétricos, também chamados chaves magnéticas ou chaves automáticas. Os comandos elétricos permitem um controle sobre o funcionamento das máquinas, evitando, ao mesmo tempo, manejo inadequado pelo usuário e, além disso, dispõe de mecanismos de proteção para a máquina e para o usuário. Melhoram o conforto para manejar máquinas, usando simples botões e permitem o controle remoto das máquinas. Estes sistemas aprimoram-se a cada dia, devido ao avanço feito no desenvolvimento de componentes eletroeletrônicos de potência. Um exemplo disto são as chaves Soft Starter e os Inversores de Freqüência que permitem partida suave das máquinas e o ajuste fino da velocidade das mesmas. DISPOSITIVOS UTILIZADOS EM COMANDOS ELÉTRICOS 11.1) CONTATOR É um dispositivo de manobra mecânica, acionado magneticamente, que permite comandar grandes intensidades de corrente, através de um circuito auxiliar de baixa intensidade. São muito utilizados no comando de motores elétricos trifásicos, por apresentarem várias vantagens em relação as chaves de acionamento manual. Por exemplo: - Possibilitam comando à distância - Possibilitam comando de locais diferentes - Possibilitam montagem de comando automático e semi-automático - Possibilitam o acoplamento de diversos dispositivos de segurança - Possuem câmaras de extinção do arco elétrico - Resistem a elevado número de manobras - Exigem pouco espaço para montagem São constituídos de um grande número de peças, conforme pode ser visto na vista explodida à seguir. Figura 11.1 – Vista explodida de um contator O mecanismo de acionamento do contator é constituído da bobina, dos núcleos e das molas de abertura. Quando sua bobina é energizada, o núcleo móvel, pela ação do campo magnético criado se une ao núcleo fixo, consequentemente unindo os contatos. A velocidade de fechamento é determinada pela resultante entre a força de atuação eletromagnética da bobina e das molas de abertura. A velocidade de abertura é função da expansão das molas. A superfície em que os contatos se unem é de prata sinterizada. A câmara de extinção tem por finalidade favorecer a extinção rápida do arco na abertura do contator. É constituída de material cerâmico e lâminas de aço. 94 Os contatores são constituídos pelos contatos fixos e pelos contatos móveis. Os contatos fixos estão montados na própria carcaça do contator. Os contatos móveis estão montados no núcleo móvel. Quando o núcleo móvel for atraído, leva consigo os contatos móveis. Com este movimento fecham-se os contatos normalmente abertos (NA) e abrem-se os contatos normalmente fechados (NF). Os contatores possuem um conjunto de contatos de força ou principais (que servem para comandar a carga) e um conjunto de contatos auxiliares. Figura 11.2 – Acionamento de um contator Figura 11.3 – Modelos de contatores Simbologia dos componentes do contator: - Bobina do Contator (Normas DIN, BS e IEC) - Bobina do Contator (Norma ASA) - Contato Normalmente Aberto (Norma ASA) - Contato Normalmente Fechado (Norma ASA) - Contato Normalmente Aberto (Norma DIN, BS e IEC) - Contato Normalmente Fechado (Norma DIN, BS e IEC) 95 Para identificarmos os tipos de contatos do contator (principais ou auxiliares), poderemos comparar seus tamanhos e para identificarmos sua função (NA ou NF) poderemos testá-los com o auxílio de uma lâmpada de prova ou multímetro (na escala de continuidade) movimentando o núcleo da bobina. A identificação dos contatos também pode ser feita a partir da análise da numeração dos mesmos. Esta numeração está gravada no corpo do contator e identifica o tipo e função do contato, conforme à seguir. - Contatos Principais – Identificados pelos números 1,3 e 5 (ligação à linha) e 2,4 e 6 (ligação à carga) - Contatos Auxiliares – Identificados por dois algarismos. O primeiro deles, identifica a posição do contato e o segundo sua função. Quando no segundo algarismo temos os números (3,4) isto indica que o contato é normalmente aberto. Quando no segundo algarismo temos os números (1,2) isto significa que o contato é normalmente fechado. - Bobina do Contator – As bobinas dos contatores são marcadas pelas letras a e b ou por A1 e A2. Exemplos: Figura 11.4 – Identificação dos contatos dos contatores Para escolha correta de um contator devem ser considerados os seguintes fatores: - Tensão nominal - Tipos de carga - Potência de utilização - Capacidade de corrente - Número de contatos auxiliares - Poder de ruptura - Poder de fechamento - Frequência de manobras - Robustez mecânica - Durabilidade dos contatos 96 11. 2) RELÉS TÉRMICOS São dispositivos que protegem os motores contra sobrecargas, falta de fase e variações de tensão, atuando pelo efeito térmico causado pela corrente elétrica. Este relé funciona baseado na deformação que ocorre nos elementos bimetálicos, quando sofrem um aumento de temperatura. Por essa razão, também são chamados de relés bimetálicos. São constituídos, basicamente, por dois dispositivos: o elemento bimetálico e o interruptor. As lâminas bimetálicas são normalmente feitas de ligas de níquel-ferro, sobrepostas e soldadas. Possuindo estes metais coeficientes de dilatação diferentes, as lâminas curvam-sesob a ação do calor. Figura 11.5 – Relé térmico O efeito desta dilatação é aproveitado para proteger os motores elétricos contra sobrecargas. A corrente do motor passa direta ou indiretamente através do elemento bimetálico. No caso de sobrecarga no motor, haverá um aumento de corrente em suas bobinas. Esta corrente de maior intensidade passará pelo elemento bimetálico, provocando o seu aquecimento, o que ocasionará o seu encurvamento. O elemento bimetálico atua sobre um pequeno interruptor que irá desarmar o contator, evitando que o motor permaneça trabalhando com sobrecarga. Figura 11.6 – Atuação do elemento bimetálico Na maioria dos relés térmicos, quando desarmados por uma sobrecarga, não voltam a se rearmar automaticamente, necessitando que o operador pressione o botão de rearme que se encontra sobre o corpo do relé. Permitem uma regulagem para atuarem dentro de uma faixa de intensidade de corrente. Como a faixa de regulagem é reduzida, existe uma variedade de relés térmicos para proteção dos mais variados motores. Sua regulagem é feita girando-se o botão de regulagem, encontrado em seu corpo, até que o valor correspondente a corrente de proteção do motor fique voltado para o ponto de referência. 97 Simbologia: Os contatos auxiliares dos relés térmicos normalmente são marcados como: (95,96) – Contato Normalmente Fechado (97,98) – Contato Normalmente Aberto Assim como nos contatores, os contatos principais dos relés térmicos, também são identificados pelos números 1,3 e 5 (entrada) e 2,4 e 6 (saída) Figura 11.6 – Identificação dos contatos dos relés térmicos 11. 3) BOTÕES E BOTOEIRAS São componentes usados, geralmente, para comandar à distância um contator. O seu acionamento se faz por meio da compressão do botão e o seu retorno à posição inicial, pela ação de molas. São formadas, basicamente, pelos blocos de contatos e pelo botão para botoeiras. Existem blocos de contatos do tipo normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF). As botoeiras podem ser montadas diretamente nos painéis de comando ou em caixas apropriadas. Simbologia: a) Botoeira Liga-Desliga - Contato Principal do Relé Térmico - Botão de Rearme do Relé Térmico - Contato Auxiliar Normalmente Fechado do Relé Térmico - Contato Auxiliar Normalmente Aberto do Relé Térmico 98 b) Botoeira Dupla 11.4 ) RELÉS DE TEMPO São dispositivos de comando automático que funcionam de acordo com um tempo pré regulado. Empregam-se em todos os processos com temporização de manobra, em circuitos de comando, partida e proteção de motores. Seus contatos auxiliares comandam outros dispositivos individuais, ou componentes de dispositivos de manobra. Podem operar com retardamento no acionamento ou no desligamento de seus contatos. Conforme seu sistema de acionamento podem ser: - Eletrônicos - Eletromecânicos - Térmicos - Pneumáticos Permitem o ajuste de tempo à partir de uma escala, normalmente graduada em minutos ou segundos. Simbologia: - Bobina de Relé de Tempo com Retardo no Acionamento - Bobina do Relé de Tempo com Retardo no Desligamento 15 16 18 - Contatos Auxiliares do Relé de Tempo 15,16 Contato Fechado 15,18 Contato Aberto 99 Exemplos da representação dos relés de tempo a) Relé de Tempo com Retardo para Operar b) Relés de Tempo com retardo para voltar ao repouso 100 11. 5) FUSÍVEIS TIPO NH E DIAZED São dispositivos usados com o objetivo de limitar a corrente de um circuito, proporcionando sua interrupção em casos de curtos-circuitos ou sobrecargas de longa duração (figuras 1 e 2). As seguranças NH são compostas de base e fusível (figuras 3 e 4). A base é constituída geralmente de esteatita, plástico ou termofixo, possuindo meios de fixação a quadros e placas. Possuem contatos em forma de garras prateadas, que garantem o contato elétrico perfeito e alta durabilidade; a essas garras se juntam molas que aumentam a pressão de contato. O fusível possui um corpo de porcelana (figura 5) se seção retangular, com suficiente resistência mecânica, contendo nas extremidades facas prateadas. Dentro do corpo de porcelana se alojam o elo fusível e o elo indicador de queima, imersos em areia especial, de granulação adequada. O elo fusível é feito de cobre, em forma de lâminas, vazadas em determinados pontos para reduzir a seção condutora (figura 6). Existem ainda elos fusíveis feitos de fita de prata virgem. Retirando-se o fusível de segurança, obtém-se uma separação visível dos bornes, tornando indispensável em alguns casos a utilização de um seccionador adicional. Para se retirar o fusível, é necessária a utilização de um dispositivo, construído de fibra isolante, com engates para extração, o qual recebe o nome de punho saca fusível. 101 As seguranças diazed são compostas de base aberta ou protegida, tampa, fusível, parafuso de ajuste e anel. A base é um elemento de porcelana (figura 7) que comporta um corpo metálico, roscado internamente, e externamente ligado a um dos bornes: o outro borne está isolado do primeiro e ligado ao parafuso de ajuste. A – Borne ligado ao corpo roscado B – Borne ligado ao parafuso de ajuste A tampa é um dispositivo, geralmente de porcelana, com um corpo metálico roscado, que fixa o fusível à base e não se inutiliza com a queima do fusível (figura 8). Permite a inspeção visual do indicador do fusível e a substituição deste sob tensão. O parafuso de ajuste é um dispositivo feito de porcelana, com um parafuso metálico que, introduzido na base, impede o uso de fusíveis de capacidade superior a indicada (figura 9). Sua montagem é feita com auxilio de uma chave especial. O anel também é um elemento de porcelana, roscado internamente, que protege a rosca metálica da base aberta, evitando a possibilidade de contatos acidentais, na troca do fusível (figura 10). O fusível é constituído de corpo de porcelana em cujos extremos metálicos se fixa um fio de cobre puro ou recoberto com uma camada de zinco, imerso em areia especial, de granulação adequada, que funciona como meio extintor do arco voltaico, evitando o perigo de explosão, no caso da queima do fusível ( figuras 11) Possui um indicador, visível através da tampa, denominado espoleta, com cores correspondentes em caso de queima. O elo indicador é constituído de um fio muito fino, que está ligado em paralelo com o elo fusível. No caso de fusão do elo fusível, o fio indicador de queima também se fundirá, provocando o desprendimento da espoleta. 102 Em funcionamento, o fusível deve obedecer a uma característica, tempo de desligamento – corrente circulante, dada pelos fabricantes (figura 12) Figura 12 Legenda: IN – Corrente Nominal Icc – Corrente de curto-circuito Tcc – Tempo de desligamento para curto-circuito Dentro da curva de desligamento, quanto maior a corrente circulante, menor será o tempo em que o fusível terá que desligar. Essas curvas são variáveis com o tempo, corrente, o tipo de fusível e o fabricante. Normalmente as curvas são válidas para os fusíveis, partindo do estado a temperatura ambiente. Podem ser do tipo rápido ou de ação retardada. Os fusíveis de ação retardada suportam elevações de corrente por certo tempo, sem ocorrer a fusão. São indicados para proteção de circuitos onde existem cargas indutivas e capacitivas. Os fusíveis de ação rápida são de aplicação mais específica, não suportam picos de corrente. São usados em circuitos predominantemente resistivos. Na figura 13 vemos o gráfico tempo x corrente para um fusível de ação retardada. Através do gráfico pode-se verificar que para um fusível retardado de 10 A, com uma corrente no circuitode 10 A, o elo não se funde, pois a reta vertical que passa pelo número 10 não encontra a curva do elo escolhido. Com uma corrente no circuito de 20 A o elo se funde em 2 minutos. Com 100 A o elo funde-se em 0,05 seg. Portanto, conclui-se que quanto maior a corrente no circuito, menor será o tempo de fusão do elo. Figura 13 103 11. 6) MOTORES TRIFÁSICOS (LIGAÇÕES) Os terminais dos motores de corrente alternada podem ser em bornes ou chicotes, devidamente marcados (letras ou números) e encerrados na caixa de ligações, permitindo ao instalador ligá-los à rede, de acordo com o esquema que o fabricante fornece na placa de identificação do motor. Quando não há indicação dos terminais o profissional deve identificá-los à partir de testes e ligações. Os motores de origem alemã têm suas bobinas marcadas pelas letras u, v e w (início das bobinas) e x, y e z (final das bobinas). Os motores de origem americana tem seus terminais marcados pelos números 1,2 e 3 (início das bobinas) e 4, 5 e 6 (finais das bobinas) respectivamente. Assim, teremos as bobinas descritas à seguir: 104 11. 7) PARTIDA DIRETA (COMANDO SIMPLES) O esquema de partida direta é a forma mais simples de dar partida a um motor elétrico. As três fases são ligadas de vez ao motor. Porém, o pico de corrente, característico da partida dos motores, prejudica a rede e o próprio motor devido ao impacto no momento da partida. Este tipo de partida fica limitado a motores de potência igual ou inferior a 5 HP (padrão LIGHT). A vantagem da partida direta reside no fato de que não são necessários comandos complicados e o torque total do motor fica logo disponível. 105 11. 8) PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO Liga o motor diretamente a rede de alimentação, sem reduzir a corrente de partida e permitem a inversão do sentido de rotação do motor à partir da mudança da sequência de fases aplicada aos seus enrolamentos. Vale ressaltar que os contatores K1 e K2 nunca poderão ser acionados simultaneamente, pois, caso isto ocorra, haverá curto-circuito nas três fases no circuito de força. Para que tal fato não ocorra faz-se necessário o correto intertravamento entre os contatores seja via contatos auxiliares NF dos contatores ou via contatos das botoeiras. 11. 9) PARTIDAS SUAVES (COM TENSÃO REDUZIDA) Um dos momentos críticos é a partida dos motores elétricos. Os motores solicitam muito mais corrente no momento da partida do que em serviço contínuo. Esta elevação de corrente é chamada de corrente de pico e sua amplitude e tempos de duração dependem das condições em que a partida ocorre, ou seja, se o motor parte em carga ou em vazio. As correntes de partida podem chegar até dez vezes do valor da corrente nominal do motor, com isso, podendo disparar os dispositivos de proteção. Existem diferentes esquemas de partida para melhorar este quadro, porém, todos eles, têm em comum a redução da tensão alimentadora para as bobinas do motor no instante da partida. Conforme cada região do país, cada concessionária de energia elétrica permitirá a partida direta de motores de determinada potência, para motores de potência acima deste valor, deve-se utilizar um dos métodos de partida com tensão reduzida. No Rio de Janeiro, a LIGHT permite partida direta para motores com potências menores ou iguais a 5 HP. Os tipos de partida com tensão reduzida mais utilizadas são: - Partida Estrela-Triângulo - Partida com Chave Compensadora - Partida com Resistências Rotóricas Quando as condições da rede exigir partida com tensão reduzida ou corrente reduzida, o sistema de partida será determinado pela carga, conforme as possibilidades à seguir: 106 a) Considerando-se a possibilidade do motor partir em vazio até a plena tensão, e sua carga implementada até o limite nominal. Neste caso deve-se utilizar chave estrela triângulo Exemplos: serra circular, torno mecânico, compressores b) O motor deve partir com carga em torno de 50% Neste caso deve-se utilizar a chave compensadora utilizando-se TAP’s de 65 ou 80% Exemplos: Calandras, bombas e britadores c) O motor deve partir com rotação controlada, porém com torque bastante elevado. Neste caso utiliza-se motor com rotor bobinado (Partida com reostatos) Exemplo: Betoneiras, pontes rolantes, máquinas off-set 11. 9. A) CHAVE ESTRELA-TRIÂNGULO (Y) Para este tipo de partida é fundamental que os motores possuam seis terminais de ligação, permitindo seu funcionamento em duas tensões, como por exemplo, 220/380 V. Nesta condição podemos realizar a partida de motores em redes de 220 V entre fases. Neste esquema de partida, liga-se o motor em duas etapas. Na primeira etapa o mesmo será ligado em estrela, assim os 220 V entre fases dividem-se sempre entre as bobinas, reduzindo a tensão em cada uma. O efeito disso é a redução da potência do motor para um terço. Então a corrente no momento da partida também será reduzida de 1/3. Assim que o motor alcançar sua velocidade em regime, será ligado em triângulo. Desta forma as bobinas estarão ligadas diretamente às fases e receberão sua tensão nominal. Isso faz que o motor disponha de sua tensão nominal. 107 11. 9 B) PARTIDA COM CHAVE COMPENSADORA Uma outra forma de reduzir a tensão ou corrente no instante da partida é o uso de autotransformadores também chamados transformadores de partida. O autotransformador será intercalado entre a rede e o motor no momento da partida. Ao alcançar a velocidade em regime do motor, tira-se o autotransformador do circuito, aplicando-se tensão plena ao motor. O tipo de autotransformador mais utilizado é o que oferece uma série de saídas com reduções percentuais, por exemplo: 50, 65 ou 80 % da tensão nominal. A cada redução de tensão resulta em redução da corrente de partida, mas também em redução do torque nesse momento. Somente quando ligarmos a tensão nominal ao motor é que atingiremos a potência total ou torque total do mesmo. 108 11.10) MOTORES DE DUAS VELOCIDADES (DAHLANDER) O motor dahlander é usado em máquinas que necessitam de duas velocidades de funcionamento. Seu comando é feito por contatores interligados de modo que possam atender as disposições das ligações dos enrolamentos. As duas velocidades do motor são conseguidas pela mudança do número de pólos do motor, quando se modificam as disposições das ligações dos enrolamentos. Basicamente, a mudança do número de pólos é conseguida da seguinte maneira. Figura 1 – Baixa Velocidade Figura 2 – Alta Velocidade Com a disposição das ligações da figura 1, os dois enrolamentos formam dois pólos do mesmo nome; logo, entre eles se formarão dois pólos de nomes contrários, chamados pólos conseqüentes. Assim, teremos quatro pólos (dois N e dois S). O motor é construído de modo que haja esta possibilidade (menor velocidade) 109 Com a disposição da figura 2, os enrolamentos formam dois pólos de nomes contrários (ligação convencional), maior velocidade. N = 120 f /p A velocidade alta é o dobro da velocidade baixa, visto que o número de pólos da baixa é o dobro da alta. Os terminais destes motores são marcados com U1, U2, U3, U4, U5 e U6 pelo sistema americano, que correspondem respectivamente a Ua, Va, Wa , Ub, Vb, Wb do sistema Europeu. 110 ANEXOS ANEXO 1 – PLANTA BAIXA Planta baixa é a projeção que se obtém quando cortamos, imaginariamente, uma edificação com um plano horizontal, paralelo ao plano do piso. A altura do plano de corte em relação ao plano do piso é tal, que permite a visualização de paredes, portas e janelas da edificação. Esta altura pode variar entre 1,50m e 1,80m. A seguir vemos umaedificação como é vista normalmente. Para chegarmos à planta baixa de uma edificação, devemos pensar de acordo com os seguintes procedimentos: - Um plano horizontal corta a edificação. - O corte deve ser feito de 1,50m a 1,80m de altura em relação ao piso. - O corte deve ser paralelo ao piso - A parte de cima da edificação é removida. - A parte de baixo servirá para o desenho da planta baixa. - Olhando de cima para a parte inferior ao corte é que se tem a vista que serve como base para o desenho da planta baixa. - Da projeção no corte, temos a origem da planta baixa. 111 A Planta Baixa tem por finalidade mostrar, claramente, as divisões dos compartimentos, a circulação entre eles, suas dimensões e seu destino. Na planta baixa, devem estar detalhadas as medidas das paredes (comprimento e espessura), portas, janelas, o nome e o nível de cada ambiente e escala em que foi confeccionado o desenho. A partir da planta baixa é elaborado o projeto elétrico de uma obra. Vãos de portas As aberturas existentes nas paredes de uma edificação são chamadas de vãos. Estas aberturas são para passagem livre, portas, janelas e básculas. As portas se dividem em dois tipos: portas de abrir e portas de correr. Elas são representadas na planta baixa, conforme as simbologias apresentadas abaixo: A inscrição junto à porta indica suas dimensões. Esta indicação é feita sempre conforme a regra: Largura x Altura Portanto, a porta representada abaixo possui 70 cm de largura e 210 cm de altura. 112 Vãos de Janelas e básculas A representação de janelas é consequência do conceito de planta baixa, pois o plano de corte que a fornece secciona também as janelas. Assim como as portas, também existem dois tipos de janelas: janelas de abrir e janelas de correr A indicação das dimensões da janela é feita conforme a seguinte regra: Largura X Altura Peitoril Ao se tratar de uma báscula ou de uma janela alta, a indicação no desenho deve ser feita através de linhas tracejadas, indicando que se trata de uma projeção. Isto ocorre, porque o plano de obtenção da planta baixa não atinge as básculas, por causa da altura em que se encontram. A báscula não é seccionada pelo plano de obtenção da planta baixa 113 ANEXO 2 – ESCALAS Escala é a relação que existe entre o tamanho do desenho de um objeto e o seu tamanho real. Indicação e leitura da escala Nos desenhos a indicação numérica da escala se apresenta como uma razão (fração), onde o primeiro número indica a medida no desenho e o segundo indica a medida correspondente na peça real: Escala = Medida no Desenho Medida na Peça Real Podemos também escrever de forma reduzida, utilizando o símbolo de divisão (:). Assim: Escala 1:100 - lê-se: escala um para cem. Medida no desenho = 1 Medida na peça real = 100 Então, se no desenho um objeto tem dimensão 1, na peça real tem dimensão 100. Então, se a planta baixa está desenhada na escala de 1:100 , sabemos que o desenho sofreu uma redução de cem vezes em relação ao seu tamanho real. Analogamente, na escala de 1:50 a redução é de cinqüenta vezes. Note que sempre um dos números na representação da escala é 1 (um), pois isso facilita a leitura e a interpretação das informações nela contidas. Escala Natural Na escala natural o desenho é representado com as mesmas dimensões da peça real. Nesse caso a escala é natural, ou seja, o desenho tem o mesmo tamanho do objeto. 1 : 1 Escala de Redução Quando o objeto a ser desenhado é de grandes dimensões, representamos este por meio de um desenho em escala reduzida. Exemplo: Para representar a porta de um painel elétrico a partir de um croqui, contendo as indicações das dimensões reais, que são: 500mm de largura e 1000mm de altura, o desenho deve ter dimensões reduzidas em relação a peça real. 114 Nesse caso, as medidas do desenho são 25 vezes menores do que as medidas reais da peça. A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - recomenda a utilização das seguintes escalas de redução: Escalas 1:2 1:50 1:2,5 1:100 1:5 1:200 1:10 1:250 1:20 1:500 1:25 1:1000 Escala de Ampliação A escala de ampliação é aquela que é utilizada, quando o tamanho do desenho de um objeto deve ser maior que seu tamanho real. Isso ocorre, quando um objeto é pequeno demais para que se vejam seus detalhes a olho nu. Exemplo: Para representar com melhores detalhes um circuito integrado é necessário que o desenho seja ampliado em relação à peça real. O desenho está ampliado cinco vezes em relação à peça real. A ABNT recomenda a utilização das seguintes escalas de ampliação: Escalas 2:1 5:1 10:1 115 ANEXO 3 - PLANTAS Planta 1 CIRCUITO ILUMINACÃO (W) TOMADAS (w) TOTAL PROT COND FASE OBS 40 60 100 100 600 ESP (A) mm² 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Quadro de Cargas da Planta 1 116 Planta 2 117 CIRCUITO ILUMINACÃO (W) TOMADAS (w) TOTAL PROT COND FASE OBS 40 60 100 100 600 ESP (A) mm² 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Quadro de Cargas da Planta 2 118 Planta 3/1 119 Planta 3/2 CIRCUITO ILUMINACÃO (W) TOMADAS (w) TOTAL PROT COND FASE OBS 40 60 100 100 600 ESP (A) mm² 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Quadro de Cargas das Plantas 3/1 e 3/2