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APOSTILA DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS Prof. Ms Luciano Henrique Duque Luciano Henrique Duque UNIVERSIDADE DA ELÉTRICA 1 Instalações Elétricas CONCEITOS DE GERAÇÃO, DISTRIBUIÇÃO E POTÊNCIAS ELÉTRICAS PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 2 Geração e Distribuição da Energia A eletricidade se manifesta de diversas formas através de um efeito magnético, térmicos, luminosos e químicos, como por exemplo: o aquecimento de uma resistência para esquentar a chapa de um ferro de passar (energia térmica) a luz de uma lâmpada (energia luminosa) e a rotação de motor (energia mecânica). Com base nestes exemplos podemos afirmar que a eletricidade não é criada e sim transformada e que a energia elétrica não pode ser destruída. Geração e Distribuição da Energia Usinas: Hidrelétrica, Termoelétrica, Solar e Eólica. Transformadores de força. Torres e cabos. Transformadores de força. Redes em postes ou subterrâneas. Transformadores de distribuição. 3 A energia elétrica utilizada em nossas casas, nas indústrias, etc, chega até nós por meio de uma corrente alternada. Esta corrente é produzida nas grandes centrais elétricas por geradores. Estes geradores nada mais são do que dispositivos que transformam uma forma qualquer de energia em energia elétrica. Porque a energia é transmitida em alta tensão? O motivo preponderante desta escolha está relacionado com as perdas de energia, por efeito Joule, que ocorrem nos fios usados para transportar a corrente elétrica a longas distâncias. Para reduzir as perdas por aquecimento nos fios transportadores, a energia elétrica deve ser transmitida com baixa corrente e alta tensão. O valor da alta tensão usada em cada caso, depende da potência a ser transmitida e da distância entre a usina e o local de consumo. Assim, são usadas tensões de 100 kV, 250 kV, 480 kV etc. e, atualmente, já são projetadas transmissões com até 1.000 kV S S S S S G Geração (usinas) Linhas de Transmissão 230 KV 69 KV 4 Uma rede de distribuição deve fazer a energia chegar até os consumidores de forma mais eficiente possível. Quanto mais alta a tensão menor a bitola dos condutores para transmitir a mesma potência. Assim, redes de distribuição em geral operam com, no mínimo, duas tensões. As mais altas para os consumidores de maior porte, e as mais baixas para os pequenos A geração e distribuição de energia elétrica para consumo público é sempre feita em corrente alternada senoidal com uma freqüencia constante de 60 Hz (Brasil). Além disso, por razões de eficiência, a geração é sempre feita em forma trifásica. Significa que os condutores não serão dois mas sim três, cujas tensões ou correntes estão igualmente deslocadas entre si em relação ao tempo. Desde que um período completo equivale a 360°, o deslocamento ou diferença de fases entre cada será de 360/3 = 120°. É comum designar os condutores pelas letras R, S, T. São genericamente chamados fases. 5 Rede de distribuição de energia Transformadores podem ter seus enrolamentos ligados em dois arranjos distintos: triângulo e estrela. A tensão entre duas fases quaisquer de uma linha trifásica é a mesma, sendo esta a sua referência de tensão (às vezes chamada tensão de linha ou tensão entre fases). Rede primária Por exemplo: 13,8KV Rede secundária 380/220V ou 220/127V Transformador N 6 O primário tem seus enrolamentos ligados em triângulo e, assim, cada um recebe a tensão de 13,8 kV (poderia ser também em estrela, mas foi colocado desta forma para visualizar as diferenças). O condutor neutro é geralmente ligado a um aterramento, ficando, portanto com um potencial nulo em relação à terra. Este arranjo dá uma flexibilidade na ligação aos consumidores. Para a maioria dos consumidores de pequeno porte basta os 127 V de uma fase e o neutro, o que é chamado de ligação monofásica. Se o consumidor tem um número de cargas maior, pode ser interessante fornecer duas fases e o neutro (ligação bifásica), para um melhor equilíbrio de cargas na rede. Notar que o consumidor bifásico tem, além dos 127 V entre fases e neutro, a tensão de 220 V entre fases. Assim, ele pode optar por usar esta tensão para aparelhos de maior potência (chuveiro, por exemplo), a fim de reduzir o custo da instalação (bitola menor do condutor). Princípio básico de funcionamento do transformador BRASÍLIA 380 3 220 220 3 127 7 Um transformador é um dispositivo que transforma uma corrente alternada senoidal(Lei de Lenz-Faraday), com uma determinada tensão, numa corrente eléctrica senoidal, com uma tensão eventualmente diferente, sendo esta transformação realizada através da ação de um fluxo magnético Transformadores de distribuição 8 Tensão Monofásica e o Valor RMS Sistema Trifásico 9 Em corrente alternada: Monofásico, Bifásico e Trifásico 10 Tensões de alimentação de equipamentos no Brasil Ligações típicas de cargas na rede secundária trifásica 380V 11 Ligações típicas de cargas na rede secundária trifásica 220V Fornecimento de Energia Monofásico: Feito a dois condutores: um fase e um neutro, com tensão de 110 V(AC), 127 V(AC) ou 220 V(AC). Bifásico: Feito a três condutores: duas fases e um neutro, com tensão de 110 ou 127 Va entre fase e neutro e de 220 Va entre fase e fase. Trifásico: Feito a quatro condutores: três fases e um neutro, com tensão de 110 ou 127 Va entre fase e neutro e de 220 Va entre fase e fase. 12 Fornecimento de energia Uma vez determinado o tipo de fornecimento, pode-se determinar também o padrão de entrada, que vem a ser, o poste com isolador, a roldana, a bengala, a caixa de medição e a haste de terra, que devem ser instalados de acordo com as especiações técnicas da concessionária para o tipo de fornecimento Com o padrão de entrada pronto e definido, de acordo com as normas técnicas, é dever da concessionária fazer uma inspeção. Se a instalação estiver correta, a concessionária instala e liga o medidor e o ramal de serviço. 13 Componentes tipos da entrada de Energia Potências Elétricas em Corrente Alternada Quando a Tensão está em fase com a Corrente, a carga é denominada de Resistiva. O circuito elétrico é Resistivo. Ramal de serviços Circuito terminal Haste de aterramento Quadro de distribuição Circuito de distribuição 14 Quando a Corrente está adiantada em seu deslocamento da Tensão, a carga é denominada de Capacitiva. Esse adiantamento (defasagem) é de até 90°. 15 Potências Elétricas em Corrente Alternada: Monofásico Exemplo de potências Elétricas 16 Instalações Elétricas CONCEITOS INICIAS PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 17 Cores dos condutores CORES DOS CONDUTORES: NEUTRO / TERRA / FASE Conforme a norma NBR 5410: 2008 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão, as cores azul-clara e verde / amarelo ou simplesmente verde, são exclusivas para essa funções. O condutor com isolação na cor azul-clara, deve ser utilizado como condutor neutro. O condutor com isolação verde / amarelo ou simplesmente verde, deve ser utilizado como condutor de proteção, também conhecido como fio terra. O condutor utilizado como fase poderá ser de qualquer cor, exceto as cores citadas acima indicadas acima. Conforme NBR 5410 temos: Seção dos condutores Neutro e Terra 18 Seção dos condutores Os condutores possuem uma capacidade de condução de corrente de acordo com sua secção transversal. A tabela abaixo apresenta as característica de cada condutor a respeito da capacidade admissível de corrente. Isolantes elétricos são aqueles materiais que tem pouco eletrons livres e que resistem ao fluxo dos mesmos. Alguns materiais desta categoria são: Plástico (resinas), Silicone, Borracha, Vidro (cerâmicas), Óleo, Água pura deionizada. A resistência desses materiais ao fluxo de cargas é boa, e por isso são usados para encapar fios elétricos de cobre, seja em uma torre de alta tensão ou cabo de uma secadora. 19 Distribuição dos circuitos nos eletrodutos: deve ser bem planejada Tipos de Cabos 20 Tipos de cabos: Exemplos 21 Seção dos condutores : Tabela de conversão Ferramentas para o Eletricista Alicates: São instrumentos utilizados por vários profissionais da área tecnológica como mecânicos de auto, encanadores, mecânica de motos refrigeração. Pode ser divididos em vários grupos dependendo da funcionalidade da atividade empregada eles podem ser: do tipo universal, tipo corte, tipo bico, tipo bico chato e do tipo desencapador. 22 Emenda em condutores O eletricista depara com um problema: o percurso da instalação em linha é maior que o fio condutor disponível. Que fazer então? Você deverá executar uma ou mais emendas. As emendas, podem se transformar mais tarde fontes de mau contato, produzindo aquecimento e, portanto, perigos de incêndio ou de falhas no funcionamento da instalação, se forem mal executadas. A função de um eletricista é saber fazer, fiscalizar e identificar as possíveis falhas. Os tipos de emendas conhecidos são:. 23 • Prolongamento; • Derivação; • Trançada. Prolongamento: 1. Desencape as pontas dos condutores, retirando com um canivete ou estilete a cobertura isolante em PVC. 2. Execute sempre cortando em direção à ponta, como se estivesse apontando um lápis, com o cuidado de não “ferir” o condutor. 3. O procedimento correto pode ser visualizado na Figura 1(a). Obs.: o comprimento de cada ponta deve ser suficiente para aproximadamente umas 05 (seis) voltas em torno da ponta do outro condutor. Obs.: o comprimento de cada ponta deve ser suficiente para aproximadamente umas 05 (seis) voltas em torno da ponta do outro condutor. Derivação : Primeiro desencape a parte isolante com um canivete ou com um alicate tendo o cuidado de não ferir o condutor, em seguida uma as partes desencapadas e dobre-as entre si com o alicate universal apoiado por um alicate de bico. Emenda trançada 24 Cálculo da Seção dos condutores pela que de tensão e capacidade de condução 25 Exemplo de escolha de condutores Simbologia elétrica básica dos condutores Fase : Este condutor é responsável pela condução de elétrons em sua periferia e tem a utilidade de alimentar os consumidores elétricos por exemplo: lâmpadas, motores, maquinas e eletrodomésticos em geral. Retorno. Tem a mesma função do condutor fase com diferença de ser interrompido por um interruptor ou um disjuntor e só conduz se o dispositivo estiver em sua posição fechada ao contrario não conduz. Neutro Condutor que possui ima carga neutra ou nula e tem a utilidade de referencial no circuito com a ausência deste condutor a carga não tem funciona. 26 O condutor de terra é posto no circuito para proteger contra fuga de corrente provocada por uma possível falha na isolação dos consumidores ou mesmo na instalação elétrica. Este mesmo condutor é utilizado para aterrar o neutro na entrada com o medidor de energia. Simbologia elétrica básica do disjuntor 27 28 Instalações Elétricas COMPENSAÇÃO DA ENERGIA REATIVA FATOR DE POTÊNCIA CARGAS LINEARES E NÃO-LINEARES PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 29 Introdução Triângulo de potências S (VA) Q (VAr) P (W) 𝚽� 30 Carga puramente indutiva 31 Cargas lineares Carga linear: uma carga é linear quando a corrente do circuito que alimenta não possui outras componentes (harmônicas) de frequências além de 60 Hz. Nesse caso, pode-se considerar a potência aparente como o resultado da composição de um modelo vetorial das potências ativa e reativa. Cargas não-lineares Carga não-linear: uma carga é não-linear quando a corrente do circuito que alimenta possui outras componentes (harmônicas) de frequências além de 60 Hz. Nesse caso, a corrente eficaz do circuito torna-se diferente da corrente de 60Hz e consequentemente a potência aparente também será diferente. 32 Bibliografia Cotrim, Ademaro A.M.B, Instalações Elétricas, Pearson, 2009. 33 Instalações Elétricas COMPENSAÇÃO DA ENERGIA REATIVA FATOR DE POTÊNCIA AULA 02: EXEMPLO PRÁTICO DE CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA EM CARGAS LINEARES E NÃO-LINEARES PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 34 Compensação de energia reativa em carga linear Modelo para carga linear S (VA) Q (VAr) P (W) 𝚽� 35 Dimensionamento S1 (KVA) Q1 (VAr) P(KW)=200KW 𝚽�1 Cos(𝚽�1)=0,8 S2 (KVA) Q2 (VAr) P (KW)=200KW 𝚽� 1 Cos(𝚽�1)=0,95 36 Compensação de energia reativa em carga não-linear S1=(250KVA) Q1=150KVA r P (KW)=200KW 𝚽� 1 Q2=65,74KVA r S2=210,5KVA) A injeção de 84,3KVAr capacitivo reduzirá a potência aparente de 250KVA para 210,5KVA com consequente redução da corrente elétrica. E melhoria do fator de potência. 𝚽� 2 37 Modelo utilizado Dimensionamento 38 39 Localização dos bancos de capacitores 40 Capacitores ligados a motores Bibliografia Cotrim, Ademaro A.M.B, Instalações Elétricas, Pearson, 2009. 41 Instalações Elétricas DIMENSIONAMENTO DE CARGAS: CÁLCULO DAS POTÊNCIAS EM UMA INSTALAÇÃO ELÉTRICA PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 42 Quais as potências em uma instalação elétrica? Potência ativa: é aquela que efetivamente realiza trabalho é medida em watts (W) ou quilowatts (KW). É representada por P. Potência reativa: não realiza trabalho e fica armazena em forma de campo magnético e é devolvida para rede elétrica a cada ciclo. Cargas : motores elétricos , reatores de lâmpadas, ar-condicionado etc. É representada por Q e medida em Var ou KVAr. Potência aparente : é a soma da potência ativa e potência reativa. É uma grandeza complexa, cuja parte imaginária é a reativa (podendo ser indutiva ou capacitiva). É media em VA ou KVA. Consultem as aulas : A-111 Impedância indutiva e capacitiva; A-112 Fasores e números complexos, A-114 – Circuitos elétricos trifásicos e A-06 – Fator de potência. Exemplo prático de dimensionamento das potências: Uma carga trifásica ligada em estrela é constituída por impedâncias iguais a 4 + j3 (𝛀)/fase. Sendo que a tensão de linha igual a 208V, determine: a) Potencia ativa por fase e total; b) Potência reativa por fase e total; c) Potência aparente e total por fase; 43 Exemplo prático de dimensionamento das potências continuação: 1. Como o circuito é equilibrado as correntes nas fases são iguais! Circuito equilibrado as impedâncias são iguais! 44 2. O ângulo da impedância da carga é 𝛗 =36,90° e o fator de potência Cos𝛗=0,80. Exemplo prático de dimensionamento das potências continuação: 3. O ângulo da impedância da carga é 𝛗 =36,90° e o fator de potênciaSen𝛗=0,60. 45 Exemplo prático de dimensionamento das potências: 46 Bibliografia: Ademaro Cotrim, Instalações Elétricas, 5ªEd. Pearson 47 Instalações elétricas A-134 Princípios FUNDAMENTAIS NBR 5410 – Instalações Elétricas de Baixa tensão PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 48 Objetivo da NBR 5410: Ela estabelece as condições a que devem satisfazer as instalações elétricas de baixa tensão, a fim de garantir a segurança de pessoas e animais, o funcionamento adequado da instalação e a conservação dos bens. • Proteção para choques elétricos. • Aterramento; • Dimensionamento correto para disjuntores e condutores; • Ensaios em instalações elétricas. Definições : item 3 NBR 5410:2004 Componente de uma instalação elétrica: Termo usado para designar itens da instalação que, dependendo do contexto, podem ser: Materiais; Acessórios; Dispositivos; Instrumentos; equipamentos (de geração, conversão, transformação, transmissão, armazenamento, distribuição ou utilização de eletricidade); Máquinas; partes da instalação (por exemplo, linhas elétricas); 49 Quadro de distribuição principal: Primeiro quadro de distribuição após a entrada da linha elétrica na edificação. Naturalmente, o termo se aplica a todo quadro de distribuição que seja o único de uma edificação. 50 Elemento condutivo ou parte condutiva: Elemento ou parte constituída de material condutor, pertencente ou não à instalação, mas que não é destinada normalmente a conduzir corrente elétrica. Proteção básica: Meio destinado a impedir contato com partes vivas perigosas em condições normais. Proteção supletiva: Meio destinado a suprir a proteção contra choques elétricos quando massas ou partes condutivas acessíveis tornam-se acidentalmente vivas. Dispositivo de proteção a corrente diferencial-residual (formas abreviadas: dispositivo a corrente diferencial-residual, dispositivo diferencial, dispositivo DR): Dispositivo de seccionamento mecânico ou associação de dispositivos destinada a provocar a abertura de contatos quando a corrente diferencial residual atinge um valor dado em condições especificadas. SELV (do inglês “separated extra-low voltage”): Sistema de extrabaixa tensão que é eletricamente separado da terra, de outros sistemas e de tal modo que a ocorrência de uma única falta não resulta em risco de choque elétrico. PELV (do inglês “protected extra-low voltage”): Sistema de extrabaixa tensão que não é eletricamente separado da terra mas que preenche, de modo equivalente, todos os requisitos de um SELV. Equipotencialização: Procedimento que consiste na interligação de elementos especificados, visando obter a equipotencialidade necessária para os fins desejados. Por extensão, a própria rede de elementos interligados resultante. A equipotencialização é um recurso usado na proteção contra choques elétricos e na proteção contra sobretensões e perturbações eletromagnéticas. Uma determinada equipotencialização pode ser satisfatória para a proteção contra choques elétricos, mas insuficiente sob o ponto de vista da proteção contra perturbações eletromagnéticas. 51 Barramento de equipotencialização principal (BEP): Barramento destinado a servir de via de interligação de todos os elementos incluíeis na equipotencialização principal (ver 6.4.2.1). Barramento de equipotencialização suplementar ou barramento de equipotencialização local (BEL): Barramento destinado a servir de via de interligação de todos os elementos incluíveis numa equipotencialização suplementar ou equipotencialização local. Princípios fundamentais da NBR 5410:2004 Proteção contra choques elétricos As pessoas e os animais devem ser protegidos contra choques elétricos, seja o risco associado a contato acidental com parte viva perigosa, seja a falhas que possam colocar uma massa acidentalmente sob tensão. Seccionamento Proteção contra efeitos térmicos Proteção contra sobrecorrentes Proteção contra sobretensões Independência da instalação elétrica Acessibilidade dos componentes Prevenção de efeitos danosos ou indesejados Verificação da instalação Qualificação profissional Segurança das pessoas e animais e funcionamento adequado da instalação elétrica e conservação dos bens! Proteção contra choques elétricos Desligamento de emergência 52 Contato direto: o DR pode ajudar muito!!!! Contato indireto: Sistema de aterramento conforme NBR 5410:2004!!! Proteção contra efeitos térmicos: A instalação elétrica deve ser concebida e construída de maneira a excluir qualquer risco de incêndio de materiais inflamáveis, devido a temperaturas elevadas ou arcos elétricos. Além disso, em serviço normal, não deve haver riscos de queimaduras para as pessoas e os animais. Proteção contra sobrecorrentes: As pessoas, os animais e os bens devem ser protegidos contra os efeitos negativos de temperaturas ou solicitações eletromecânicas excessivas resultantes de sobrecorrentes a que os condutores vivos possam ser submetidos. Os condutores vivos devem ser protegidos, por um ou mais dispositivos de seccionamento automático contra sobrecargas e contra curtos-circuitos. 53 Proteção contra sobretensões: As pessoas, os animais e os bens devem ser protegidos contra as consequências prejudiciais de ocorrências que possam resultar em sobretensões, como faltas entre partes vivas de circuitos sob diferentes tensões, fenômenos atmosféricos e manobras. Seccionamento: A alimentação da instalação elétrica, de seus circuitos e de seus equipamentos deve poder ser seccionada para fins de manutenção, verificação, localização de defeitos e reparos. 54 Desligamento de emergência: Sempre que forem previstas situações de perigo em que se faça necessário desenergizar um circuito, devem ser providos dispositivos de desligamento de emergência, facilmente identificáveis e rapidamente manobráveis. Prevenção de efeitos danosos ou indesejados: Na seleção dos componentes, devem ser levados em consideração os efeitos danosos ou indesejados que o componente possa apresentar, em serviço normal 55 (incluindo operações de manobra), sobre outros componentes ou na rede de alimentação. Entre as características e fenômenos suscetíveis de gerar perturbações ou comprometer o desempenho satisfatório da instalação podem ser citados: 1. o fator de potência; 2. as correntes iniciais ou de energização; 3. o desequilíbrio de fases; 4. as harmônicas. Independência da instalação elétrica: A instalação elétrica deve ser concebida e construída livre de qualquer influência mútua prejudicial entre instalações elétricas e não elétricas. Acessibilidade dos componentes: Os componentes da instalação elétrica devem ser dispostos de modo a permitir espaço suficiente tanto para a instalação inicial quanto para a substituição posterior de partes, bem como acessibilidade para fins de operação, verificação, manutenção e reparos. 56 Verificação da instalação: As instalações elétricas devem ser inspecionadas e ensaiadas antes de sua entrada em funcionamento, bem como após cada reforma, com vista a assegurar que elas foram executadas de acordo com esta Norma. Qualificação profissional: O projeto, a execução, a verificação e a manutenção das instalações elétricas devem ser confiados somente a pessoas qualificadas a conceber e executar os trabalhos em conformidade com esta Norma. 57 Bibliografia ABNT - Associação Brasileirade Normas Técnicas - NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão, 2004. 58 Instalações Elétricas INSPEÇÕES E ENSAIO EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS CONFORME ESTABELECE A NBR 5410/2004 PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 59 Prescrições gerais Qualquer instalação ou reforma (extensão ou alteração) de instalação existente deve ser inspecionada visualmente e ensaiada, durante e/ou quando concluída a instalação, antes de ser posta em serviço pelo usuário, de forma a se verificar a conformidade com as prescrições da NBR-5410. Deve ser fornecida a documentação da instalação (conforme subitem 6.1.8 — NBR-5410) às pessoas encarregadas de verificação, na condição de documentação “como construído”. Durante a realização da inspeção e dos ensaios devem ser tomadas precauções que garantam a segurança das pessoas e evitem danos a propriedades e aos equipamentos instalados. Quando a instalação a verificar constituir reforma de uma instalação existente, deve ser investigado se esta não anula as medidas de segurança da instalação existente. Inspeção visual A inspeção visual deve preceder os ensaios e deve ser realizada com a instalação dez energizada. A inspeção visual deve ser realizada para confirmar se os componentes elétricos permanentes conectados estão: a) em conformidade com as normas aplicáveis; NOTA: Isso pode ser verificado por marca de conformidade, certificação ou termo de responsabilidade emitido pelo fornecedor. b) corretamente selecionados e instalados de acordo; c) não visivelmente danificados, de modo a restringir o funcionamento adequado à sua segurança. A inspeção visual deve incluir no mínimo a verificação dos seguintes pontos: - medidas de proteção contra choques; - medidas de proteção contra efeitos térmicos; - seleção de linhas elétricas; 60 - escolha, ajuste e localização dos dispositivos de proteção. Ensaios nas instalações elétricas Os seguintes ensaios devem ser realizados onde forem aplicáveis e, preferivelmente, na sequencia apresentada: – continuidade dos condutores de proteção e das ligações equipotenciais principal e suplementares; – resistência de isolamentos da instalação elétrica; – seccionamento automático da alimentação; – ensaio de tensão aplicada; – ensaios de funcionamento. Continuidade dos Condutores e Ligações Equipotenciais A continuidade dos condutores de proteção deve ser feita por meio de ensaio sob tensão com fonte apresentando tensão em vazio entre 4 V e 24 V, em CC ou CA, e com uma corrente de ensaio de, no mínimo, 0,2 A. Continuidade dos condutores de protecção Método A 61 1º Execute uma ligação temporária (shunt) entre o barramento de fase e o barramento de terra no quadro de entrada da instalação. 2º Usando um aparelho de teste em escala óhmica reduzida verifique a resistência entre fase e PE em cada circuito a testar. 3º Um baixo valor lido indica a desejada continuidade. 4º Desligue a ligação temporária executada inicialmente. 1º Um terminal do aparelho de medida (em escala óhmica reduzida) deve estar ligado através de uma longa ligação auxiliar ao barramento de terra da instalação. 2º O outro terminal de contacto do aparelho de medida estará ligado às partes da instalação em que se deseja verificar os valores de continuidade. Método B 62 Resistência de isolamento A resistência de isolamento deve ser medida: – entre os condutores vivos, tomados dois a dois; – entre cada condutor vivo e terra. Nessa medição os condutores de fase e o condutor neutro podem ser interligados. O isolamento é considerado satisfatório se cada circuito, sem os aparelhos de utilização, apresentar uma resistência de isolamento igual ou superior à estabelecida na Tabela abaixo. O equipamento de ensaio deve ser capaz de fornecer a tensão de ensaio especificada com uma corrente mínima de 1 mA. 63 Os ensaios podem ser efetuados com os aparelhos de utilização ligados à instalação, mas suas chaves desligadas. Cuidados especiais devem ser tomados quando o circuito incluir dispositivos eletrônicos e com as bobi- nas dos contactores que, se ligadas, estabelecem interligação entre os condutores-fase. Monômetro portátil: resistência de isolamento Ensaios Funcionais Devem ser feitos ensaios funcionais nos conjuntos como: quadros elétricos, controles, intertravamento e nos dispositivos de proteção a fim de verificar se estão corretamente instalados e calibrados. Manutenção preventiva Toda a instalação deve ser periodicamente verificada por pessoas credenciadas ou qualificadas, com uma frequência que varia de acordo com a importância da instalação. Devem ser observados, em especial, os seguintes pontos: - medidas de proteção contra contato com as partes vivas; - estado dos condutores e suas ligações; - estado dos cabos flexíveis dos aparelhos móveis e sua proteção; - estado dos dispositivos de proteção e manobra; - ajuste dos dispositivos de proteção e a correta utilização dos fusíveis; 64 - valor da resistência de terra etc. Toda a instalação (ou parte) que pareça perigosa deve ser desenergizada e só recolocada em serviço após reparação satisfatória. Manutenção preventiva instrumentos Manutenção corretiva Toda falha ou anomalia no equipamento elétrico ou em seu funcionamento deve ser avisada à pessoa competente para fim de reparação. Quando os dispositivos de proteção contra sob recorrentes ou contra choques elétricos atuarem sem causa conhecida, deve ser feita uma verificação imediata para se conhecer a causa e os meios de corrigi-la. Medição da Impedância do Percurso do Caminho de Falta (Anexo K da NBR-5410/2004) 65 Deve ser efetuada pelo método do voltímetro e amperímetro à mesma frequência. Também pode ser efetuada pelo calculo quando o condutor de proteção for inacessível. Bibliografias ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão, 2004. 66 Instalações Elétricas COMO VERIFICAR SE SUA INSTALAÇÃO ELÉTRICA É SEGURA NBR 5410:2004 PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 67 Introdução: Utilizamos a energia elétrica todos os dias, para quase tudo, ela está presenta no nosso dia a dia. Tenha cuidado com a energia elétrica e para isso uma instalação elétrica deve apresentar segurança para as pessoas e animais. A NBR 5410:2004 estabelece as condições a que devem satisfazer as instalações elétricas de baixa tensão, a fim de garantir a segurança de pessoas e animais, o funcionamento adequado da instalação e a conservação dos bens. Corrente elétrica corresponde ao fluxo ordenado de partículas, ou seja, ao deslocamento de cargas elétricas (elétrons), no interior de um condutor, como resultado de uma diferença de potencial elétrico entre as suas extremidades. Choque elétrico é o resultado da passagem de corrente elétrica através do corpo, que passa a ser o seu condutor. A corrente elétrica, ao atravessar o corpo humano, pode provocar apenas um formigueiro, queimaduras ou, em situações mais graves, a morte, dependendo da sua intensidade e da zona do corpo percorrida. Contato direto Contato indireto 68 Sistema de aterramento: A proteção contra o choque elétrico é feita interrompendo ou desviando a corrente (originada por um defeito) do corpo humano. Sendo o cobre um milhão de vezes melhor condutor que o corpo humano, fica evidente que, se existirem dois caminhos para a corrente elétrica, esta vai fluir pelo condutor de cobre, minimizando o efeito do choqueelétrico na pessoa a ele sujeita. É necessário e obrigatório (desde 2006) um sistema de aterramento! Necessário instalar um sistema de aterramento para que a corrente possa ser direcionada/dissipada na terra. Proteção contra choques elétricos: As pessoas e os animais devem ser protegidos contra choques elétricos, seja o risco associado a contato acidental com parte viva perigosa, seja a falhas que possam colocar uma massa acidentalmente sob tensão. Contato direto: o DR pode ajudar muito!!!! Contato indireto: Sistema de aterramento conforme NBR 5410:2004!!! 69 Quadro elétrico: O quadro elétrico está equipado com diversos disjuntores, que protegem cada um dos circuitos. Em locais úmidos o risco de sofrer um choque elétrico aumenta, porque a água é boa condutora de eletricidade. Instalar DR nesses locais ou geral. É nesse quadro elétrico que estão instalados todos os aparelhos de proteção, nomeadamente, o aparelho diferencial e os disjuntores afetos a cada circuito. Quadro elétrico: proteção contra surtos de tensão: 70 Proteção contra sobretensões: As pessoas, os animais e os bens devem ser protegidos contra as consequências prejudiciais de ocorrências que possam resultar em sobretensões, como faltas entre partes vivas de circuitos sob diferentes tensões, fenômenos atmosféricos e manobras. Quadro elétrico: Barramento de neutro Barramento de terra Disju ntor Geral (DTM ) Disju ntor DR D1 D2 D3 DPS Barrame nto 71 Quadro elétrico, Instalações segura: Garanta a segurança elétrica: Disjun tor Geral Diferen cial Residua l: DR DPS Barrame nto de neutro Barrame nto de terra DR Barrament o Terminais nos cabos Tomada padrão novo 72 Bibliografia: ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão, 2004. 73 Instalações Elétricas SÉRIE DE AULAS BÁSICAS SOBRE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS CAUSAS DA PERDA DO NEUTRO EM UMA INSTALAÇÃO ELÉTRICA PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 74 Introdução O termo "neutro" designa o condutor que está ao mesmo potencial elétrico que o da terra, ou seja, não há diferença de potencial elétrico entre ele a terra. O termo "fase" designa o condutor em que o potencial elétrico em relação à terra é variável, ou seja, entre o "fase" e a terra encontramos uma diferença de potencial elétrico variável no tempo. Onde surge o neutro? 75 Tensão fase-neutro Perda do neutro: situação problema 76 Perda do neutro: interrupção do neutro Carga Z1: P=6500W Carga Z2: P=1500W Carga Z1: P=6500W Carga Z2: P=1500W 77 Neutro como terra: Não deve ser utilizado! Carga Z1: P=6500W Carga Z2: P=1500W A tensão divide entre as cargas e podemos calcular: Poderá provocar a queima de aparelhos ligados entre uma das fases e o neutro! Neutro como terra do chuveiro! Neutro interrompido 78 Perda do neutro Não se esqueçam : o neutro é aterrado pela concessionária já antes da entrada da residência ou do edifício, nos postes, e depois, novamente, na entrada destes estabelecimentos. Isto tudo, para se evitar, de forma eficaz, uma possível perda de neutro, mas pode ocorrer. Resumindo, o neutro não deverá ser interrompido sob hipótese alguma, justamente por causa do risco que uma interrupção destas poderá trazer consigo. Bibliografia 1. Cotrim, Ademaro A.M.B, Instalações Elétricas, Pearson, 2009. 79 Instalações Elétricas CARACTERÍSTICAS DOS CONDUTORES ELÉTRICOS PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 80 Condutor elétrico Chama-se condutor elétrico o produto metálico , geralmente de forma cilíndrica e de comprimento muito maior que a sua maior dimensão transversal, utilizado para transportar energia elétrica ou para transmitir sinais elétricos. O termo condutor elétrico, na prática, é usado em um sentido mais amplo: além do condutor propriamente dito anteriormente, os condutores isolados, os cabos uni e multipolares, os fios e os cabos nus, as barras e os barramentos blindados. Chama-se barramento o conjunto de barras de mesma tensão nominal, com seus suporte e acessórios. Condutor elétrico: barramento blindado O barramento blindado é uma linha pré-fabricada cujos condutores são barras, acondicionadas em caixas metálicas, por meio de isoladores. (Bus Way) Barramento blindado e caixa de derivação (caixa cofre) 81 Condutor elétrico Exemplos de condutores: Exemplos de condutores: Condutores isolados 82 Condutor elétrico Cobre e alumínio são os dois metais mais utilizados na fabricação de condutores elétricos tendo em vista suas propriedades elétricas e mecânicas. Ao longo dos anos, o cobre tem sido o mais usado, sobretudo em condutores providos de isolação. 83 Condutor elétrico: Efeito pelicular O efeito pelicular é o fenômeno pelo qual o valor da densidade de uma corrente alternada é maior perto da superfície externa de um condutor do que no seu interior. O efeito pelicular é responsável pelo aumento da resistência aparente de um condutor eléctrico em função do aumento da frequência da corrente eléctrica que o percorre. É caracterizado por uma distribuição não uniforme da densidade de corrente em um condutor, causada pela influência da corrente em condutores próximos. Condutor elétrico: Isolações Chama-se gradiente de potencial , dado normalmente em KV/m, a relação entre a tensão aplicado a uma camada elementar de dielétrico e a espessura dessa camada. O gradiente não é uniforme em toda espessura do dielétrico. 84 O gradiente de perfuração do dielétrico, ou rigidez dielétrica, é um dos parâmetros mais importantes na escolha do material isolante. Tensão de isolação do cabo. Isolação dos cabos: Cloreto de Polivinila É uma mistura de cloreto de polivinila puro (resina sintética), plastificante, cargas e estabilizantes. Sua rigidez dielétrica é elevada, porém, comparado com o polietileno, seu poder indutor específico e lato e sua resistência de isolamento é mais fraca. Suas perdas dielétricas são elevadas, principalmente acima de 20KV, limitado o seu empregos sistemas até 10KV. Transmite mau o fogo, porém sua combustão (em grande quantidade) provoca produção de fumaça , gases corrosivos e tóxicos. Isolação dos cabos: Borracha etileno-propileno (EPR) Seus componentes são, em geral, reticulados por meio de peróxidos orgânicos. Melhor resistência ao envelhecimento térmico e aos agentes oxidantes. Possui uma resistência á deformação térmica que permite temperaturas de 250°C, durante os curtos circuitos. A borracha EPR é considerada um ótimo isolante sólido. São utilizados em baixa, média e alta tensão. 85 Isolação dos cabos: Polietileno reticulado (XPLE) O material apresenta uma resistência á deformação térmica bastante satisfatória em temperaturas de até 250°C. O XPLE é utilizado em cabos de baixa e média tensões. Possui uma resistência á deformação térmica que permite temperaturas de 250°C, durante os curtos circuitos. A borracha EPR é considerada um ótimo isolante sólido. São utilizados em baixa, média e alta tensão. Isolação dos cabos: características dos cabos Métodos de referência e a condução de corrente Os métodos de referência são os métodos de instalação, indicados na IEC 60364-5-52, para os quais a capacidade de condução de corrente foi determinada por ensaio ou por cálculo.86 A1: condutores isolados em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante; A2: cabo multipolar em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante; B1: condutores isolados em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira; B2: cabo multipolar em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira. C: cabos unipolares ou cabo multipolar sobre parede de madeira; D: cabo multipolar em eletroduto enterrado no solo; E: cabo multipolar ao ar livre; F: cabos unipolares justapostos (na horizontal, na vertical ou em trifólio) ao ar livre; G: cabos unipolares espaçados ao ar livre. Tabelas da ABNT NBR 5410/2008 87 88 Dimensionamento da capacidade de condução O número de condutores carregados a considerar é o de condutores vivos no circuito, isto é, fases e neutro. Em particular , no caso de circuito trifásico com neutro, quando a circulação de corrente no neutro não for acompanhada de redução correspondente na carga dos condutores, o neutro deve ser computado. (Existência de componentes harmônicas de ordem três e múltiplas. Nesse caso a tabela apresenta apenas carregamento com três, você deve multiplicar por 0,86. 89 90 Bibliografia 1. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa, 2004 Versão Corrigida 17.03.2008 . 2. Ademaro A.M.B Cotrim, Instalações Elétricas, Pearson Hall, Ed. 2009. 91 Instalações Elétricas DIMENSIONAMENTO DOS CABOS ELÉTRICOS EM FUNÇÃO DOS MÉTODOS DE REFERÊNCIA CONFORME ESTABELECE A NBR 5410:2004 PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 92 Métodos de referência para instalação dos cabos Os métodos de referência são os métodos de instalação, indicados na IEC 60364-5-52, para os quais a capacidade de condução de corrente foi determinada por ensaio ou por cálculo. São eles: A1: condutores isolados em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante; A2: cabo multipolar em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante; B1: condutores isolados em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira; B2: cabo multipolar em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira; C: cabos unipolares ou cabo multipolar sobre parede de madeira; D: cabo multipolar ou unipolar em eletroduto enterrado no solo; E: cabo multipolar ao ar livre; F: cabos unipolares justapostos (na horizontal, na vertical ou em trifólio) ao ar livre; G: cabos unipolares espaçados ao ar livre Cabos em relação ao isolamento Tabela de cabos NBR 5410:2004 93 94 Condutores carregados Em particular, no caso de circuito trifásico com neutro, quando a circulação de corrente no neutro não for acompanhada de redução correspondente na carga dos condutores de fase, o neutro deve ser computado como condutor carregado. É o que acontece quando a corrente nos condutores de fase contém componentes harmônicas de ordem três e múltiplos numa taxa superior a 15%. Fatores de correção Quantidade de circuitos no conduto! Fator de correção de número de circuitos! 95 Exercício 1 : Dimensionamento de Cabos Uma edificação residencial possui uma demanda máxima projetada de 235KVA. A tubulação do ramal de entrada utiliza cabo EPR e a tubulação é enterrada, com uso de cabos unipolares. Por essa tubulação passa um único circuito trifásico a 4 condutores. Sendo o sistema trifásico 380V, especificar a seção dos condutores, sabendo que o nível de harmônicas estará abaixo de 15%. Considerar a temperatura ambiente de 35°C. Queda de tensão máxima admitida 4% e o cabo tem 70 metros. O carregamento a ser considerado é 3, pois o nível de harmônica está abaixo de 15%. Método de instalação D. 96 Devemos utilizar o método que atender os dois casos: Pelo método de capacidade de condução de corrente, podemos utilizar uma cabo de 300mm2 por fase, ou dois condutores de 150mm2 por fase. Pelo método de capacidade de condução de corrente, podemos sutilizar uma cabo de 300mm2 por fase, ou dois condutores de 150mm2 por fase. 97 Exercício 2 : Dimensionamento de Cabos Uma circuito monofásico de TUE (tomada de uso específico) 220V atende uma carga de 6500VA e esse circuito está distante 89metros do quadro. O eletroduto é embutido na parede (método A1) e temperatura ambiente 35°C. O cabo utilizado é de PVC e nesse eletroduto temos 3 circuitos passando no total. Queda de tensão 4%. Nesse contexto, o cabo a ser utilizado deve ser de 16mm2 e não 10mm2. Pelo método de capacidade de condução de corrente, podemos utilizar uma cabo de 10mm2, porém devemos avaliar também pela queda de tensão. 98 Bibliografias 1. Instalações elétricas de Baixa Tensão – NBR 540:2005 2. Instalações elétricas industriais, João Mamede Filho- 8.ed – Rio de Janeiro : LTC,2010. 99 Instalações Elétricas PROJETO ELÉTRICO RESIDENCIAL E COMERCIAL: COMO CALCULAR CORRETAMENTE A CORRENTE ELÉTRICA EM FUNÇÃO DOS DIVERSOS FATORES DE CORREÇÃO PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 100 Fatores de que influenciam no cálculo da corrente Fator de correção de temperatura: a temperatura influência no cálculo das correntes dos circuitos elétricos e dependendo da temperatura a ser utilizada pode aumentar a corrente de projeto. 101 102 Motor de 2CV e monofásico 220V. A temperatura ambiente é de 35°C e temos 4 circuitos no eletroduto. O motor possui fator de potência 0,88. Qual a corrente de projeto? Temos 4 circuito no eletroduto! Bibliografias 1. Cotrim, Ademaro A.M.B, Instalações Elétricas, Pearson, 2009. 2. NBR 5410/2004. 103 Instalações Elétricas DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS NA PRESENÇA DE HARMÔNICAS CONFORME NBR 5410 PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 104 Dimensionamento de condutores na presença de harmônicas Em relação ao método tradicional de se determinar a seção dos condutores, o que muda é a inserção das harmônicas no cálculo da corrente. Nada de errado com os critérios básicos de queda de tensão, capacidade de condução, sobrecarga e curto-circuito. A corrente será equacionada incluindo as harmônicas! Determina-se a corrente de projeto em função das harmônicas! Dimensionamento de condutores na presença de harmônicas: NBR 5410 Anexo F 105 Dimensionamento de condutores na presença de harmônicas: NBR 5410 Anexo F tabela 1 Cálculo da corrente de projeto na presença de harmônicas: NBR 5410 Anexo F Quando o circuito for constituído de condutores isolados ou de cabos unipolares, a determinação da corrente de neutro conforme tabela 1 pode significar, em muitos casos, uma seção de neutro maior que a das fases. 106 As seções do neutro e das fases ocasionalmente serão iguais quando, na determinação da capacidade de condução de corrente, a menor seção de condutor que atende a corrente de fase atender também a corrente de neutro; ou, ainda, quando se quiser, por algum motivo, igualar a seção dos condutores de fase à do neutro, que é a prevalecente. Neste último caso (sobredimensionamento dos condutores de fase), a aplicação do fator de correção devido ao carregamento do neutro, num circuito trifásico com neutro, torna-se dispensável quando o cálculo tiver sido feito considerando uma taxade terceira harmônica superior a 45%. Tabela de carregamento dos condutores: NBR 5410 Esquema de condutores vivos Número de condutores carregados a ser adotado Monofásico a dois condutores 2 Monofásico a três condutores 2 Duas fase sem neutro 2 Duas fases com neutro 3 Trifásico sem neutro 3 Trifásico com neutro 3 ou 4 Circuito trifásico com neutro Quando a corrente nos condutores de fase contém componentes harmônicas de ordem três e múltiplos numa taxa superior a 15%. Nessas condições, o circuito trifásico com neutro deve ser considerado como constituído de quatro condutores carregados e a determinação da capacidade de condução de corrente dos condutores deve ser afetada do “fator de correção devido ao carregamento do neutro”. 107 Exemplo de dimensionamento para circuito alimentador bifásico considerando harmônicas Um circuito bifásico 2F +N que alimenta um quadro de distribuição, conforme figura 1. As correntes presentes nesse circuito são: 1ª ordem, 3ª ordem ,5ª ordem e 7ª ordem, com intensidades (valores eficazes) de respectivamente, 110,57,25 e 17A. Circuito com eletroduto embutido na parede, seção circular e de Cu/PVC/30°C. Determine a seção dos condutores Exemplo de dimensionamento para circuito alimentador bifásico: cálculo de IB e IN Figura 1 108 Tabelas da ABNT NBR 5410/2008: Escolha do método Capacidade de condução com harmônicas: IB=127/0,8=158,75 A e IN= 184,15 A/0,8=230,19 A 109 Fase: 70mm2 Neutro: 95mm2 Bibliografia 1. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa, 2004 Versão Corrigida 17.03.2008 . 2. Ademaro A.M.B Cotrim, Instalações Elétricas, Pearson Hall, Ed. 2009. 110 Instalações elétricas O uso do barramento blindado “ bus-way” GRAU DE ISOLAÇÃO E APLICAÇÃO PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 111 Barramento blindado: Destinados a transportar e distribuir energia elétrica de pequenas, médias e grandes capacidades. Os sistemas de barramentos blindados são indicados também para interligar linhas elétricas a sistemas viabilizando flexibilidade, segurança e proteção. De acordo com as últimas versões já disponíveis no mercado, o barramento blindado ou “Bus Way”, como originalmente é conhecido, não apenas é apropriado a essas funções, mas também a outras, como manobra de circuitos e proteção seletiva. Contabilizar economia nas perdas do sistema não era objetivo nem tão pouco necessidade como nos dias de hoje, onde a competitividade se estende em todos os sentidos. Nesse quesito (redução de perdas), o barramento blindado deu a melhor das respostas desde sua criação pela indústria automobilística, reduzindo perdas a valores pontuais bem significativos. O bus-way torna viável e essencial na aplicação de prumadas dos grandes edifícios comerciais e residenciais, a chamada “Medição Eletrônica na Prumada”, onde as perdas: XL = reatância (mΩ/m); Z = impedância (mΩ/m); R = resistência (mΩ/m); As perdas são projetadas a valores pré-determinados, de maneira que a queda de tensão percentual em Volts (∆V%) no ponto de entrega é contabilizada pelas concessionárias distribuidoras de energia elétrica. Além das perdas reduzidas e pontuais, agrega segurança e confiabilidade, qualidade, racionalização da instalação e de espaços, eliminação de eventuais fraudes, telemetria (informatização) e automação predial. 112 Barramento blindado aplicaçãoes: Construção do barramento blindado: Barramento blindado: 113 114 Caixa cofre plug-in: Grau de proteção do bus-way: Níveis de classes de proteção IP ou grau de proteção IP são padrões internacionais definidas pela norma IEC 60529, que classifica e avalia o grau de proteção de produtos fornecidos contra intrusão (partes do corpo como mãos e dedos), poeira, contato acidental e água. A classificação IP possui 3 números, sendo o primeiro, o índice de vedação contra poeira, o segundo contra água e o terceiro (normalmente não utilizado pelos fabricantes, pois este número não faz parte da IEC 60529), é contra impactos mecânicos. https://pt.wikipedia.org/wiki/IEC 115 Exemplo um bus-way : IP 31 Dimensionamento : queda de tensão: 116 Exemplo : Qual a queda de tensão no bus-way para trecho AE? Exemplo queda de tensão: 117 Bibliografias: 1. ABNT NBR IEC 60529 2. www.iptengenharia.com 3. www.beghim.com.br/ http://www.iptengenharia.com/ 118 Instalações Elétricas LEITURA BÁSICA DE PROJETOS ELÉTRICOS SIMBOLOGIA CONFORME NBR 5444 PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 119 Simbologias básicas de interruptores: Simbologia básica de quadros: Simbologia básica: eletroduto e condutores: 120 Simbologia básica de tomadas: Exemplo de ligação de uma tomada baixa : 121 Exemplo de ligação de chuveiro: Exercício de identificação de ligação abaixo: Exemplo de ligação de duas lâmpadas em um interruptor: 122 Esquema para tree-way: 123 124 Esquema para for-way: 125 Ligação uma Interruptor/com tomada e uma tomada: 126 Bibliografia 1. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR5444 – Símbolos gráficos para instalações elétricas prediais. 2. Ademaro A.M.B Cotrim, Instalações Elétricas, Pearson Hall, Ed. 2009. 127 Instalações Elétricas LIGAÇÃO DE INTERRUPTOR DUPLA SEÇÃO COM TOMADA 10A PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 128 Ligação interruptor dupla seção com tomada em circuitos distintos: Diagrama multifilar 129 Diagrama unifilar Bibliografia 1. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa, 2004. . 2. Ademaro A.M.B Cotrim, Instalações Elétricas, Pearson Hall, Ed. 2009. 130 Instalações Elétricas CONCEITOS FUNDAMENTAIS SOBRE DEMANDA PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 131 Demanda Em uma instalação elétrica predial qualquer (Industrial, comercial, residencial) a potência elétrica instantânea (potência ativa) é variável em função do número de cargas ligadas e da soma das potências consumidas por carga. Para fins de projeto é mais conveniente trabalhar com um valor médio da potência, e utiliza-se a demanda (D). A demanda é o valor médio da potência ativa, aparente ou reativa (P,S ou Q) em um intervalo de tempo 𝜟t especificado. Demanda e curva de carga Define-se curva de carga como a curva que apresenta a demanda em função do tempo para um dado período de tempo. Para fins de projeto é mais conveniente trabalhar com um valor médio da potência, e utiliza-se a demanda (D). 132 Demanda e fator de demanda Estudo de caso da demanda em um edificação residencial 133 Solucionando o problema Verificar na entrada geral da edificação sua capacidade . Vamos determinar a capacidade geral de corrente da edificação . Três condutores carregado. Capacidade máxima 297A 134 Agora vamos efetuar a medição da potência consumida na edificação e para isso vamos utilizar o analisador de energia, que será colocado no quadro geral de entrada da edificação. Utilizaremos o instrumento abaixo: 135 Faremos a coleta de corrente, tensão, potência ativa, aparente, reativa e fator de potência. Vamosefetuar a medição durante três dias. Para responder as perguntas (1,2 e 3) o dado importante será a potência aparente medida nos três dias. Vamos avaliar qual a demanda média medida nesses três dias. Medida da potência aparente em coletas realizadas 23/11/2015, 24/11/2015 e 26/11/2015. A demanda nos três dias é mostrada no gráfico. Para respondermos as perguntas: vamos considerar nos três dias de medição a demanda máxima consumida na edificação. 136 Essa demanda é de 72,2KVA, conforme visto no gráfico anterior. Podemos calcular qual a demanda que resta na infraestrutura da edificação: 195,5KVA - 72,2KVA=123,3KVA. Dessa forma, a demanda permitida na edificação será 123,3KVA (trabalhamos pela máxima medida). 137 Solucionando o problema: Para uma área de 35𝒎𝟐 por apartamento Tabelas com potência de ar-condicionado conforme CEB e fatores de demanda. 138 139 Solucionando o problema: Para uma área de 50𝒎𝟐 por apartamento Tabelas com potência de ar-condicionado conforme CEB e fatores de demanda. 140 Bibliografia Cotrim, Ademaro A.M.B, Instalações Elétricas, Pearson, 2009. Norma CEB : NTD - 6.01 de 2014: Fornecimento de Energia em Tensão Secundária a Unidades Consumidoras individuas e Agrupadas. NBR 5410: Norma de Instalações Elétricas em Baixa Tensão, 2004. 141 Instalações Elétricas PROJETO ELÉTRICO RESIDENCIAL PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 142 Projetar uma instalação elétrica consiste em: Quantificar, classificar e alocar os pontos de consumo de energia; Dimensionar e definir os condutores e os condutos; Definir, alocar e dimensionar os sistemas de proteção, de comando e de medição. Objetivo do projeto elétrico “Garantir a transferência de energia elétrica desde uma fonte, em geral a concessionária, até o consumidor, de maneira eficaz e segura”. Carga ou Potência Instalada: É a soma de todas as potências nominais de todos os aparelhos elétricos pertencentes a uma instalação ou sistema. Demanda: É a potência elétrica realmente absorvida em um determinado instante por aparelho ou sistema. Demanda Média de um Consumidor ou Sistema: É a potência elétrica média absorvida durante um intervalo determinado de tempo determinado (15min, 30min). 143 Critérios a serem observados no projeto elétrico Acessibilidade Pontos de utilização, manobra e proteção devem estar perfeitamente acessíveis. Flexibilidade e reserva de carga Permite acréscimo de cargas futuras e alterações na carga existente. Confiabilidade Atendimento das normas garantindo a integridade dos equipamentos e usuários. Quantificação do sistema (Dados do cliente e NBR-5410/2008: 1. Previsão de tomadas 2. Previsão da iluminação 3. Motores 4. Cargas especiais: motores de elevadores, bombas d’água ... Etapas na Elaboração de um Projeto b) Dimensionamentos (carga e normas) 1. Dimensionamento dos condutores 2. Dimensionamento das tubulações 3. Dimensionamento da proteção 4. Dimensionamento dos quadros. b) Memorial de cálculo 1. Cálculo das previsões de carga 2. Determinação da demanda provável 3. Dimensionamento dos condutores 4. Dimensionamento dos eletrodutos 5. Dimensionamento da proteção. 144 c) Desenho do projeto na planta baixa 1. Escolha do local do (s) quadro (s); 2. Distribuição dos eletrodutos e tomadas na planta baixa. 145 146 147 148 149 150 151 Tabela de cargas obtidas na aula 02 (Alimentação 220V/por circuito terminal) 152 Prever circuito de iluminação separados dos circuitos de tomadas TUG e TUE. Prever circuito TUE sempre que a corrente for superior 10A ; A carga de iluminação é de 1080VA; No mínimo dois circuitos de iluminação. Circuito 1: dormitório 1, dormitório 2, banheiro e hall: 620VA Circuito 2: copa, cozinha, área de serviço e área externa: 460VA A carga total de TUG é 6900VA 6900/220V= 31,36 A; Regra para evitar condutores carregados 31,36 A / 10 A= 4 circuitos TUG. Circuito 3: Copa = 1900VAA carga total de TUG é 12100W Circuito 7: Chuveiro = 5600W Circuito 8: Torneira elétrica= 5000W Circuito 9: Lavadora = 1000W 153 Circuito 10: Geladeira= 500W Circuito 4: Cozinha = 1900VA Circuito 5: Sala, Dorm.1, banheiro e hall = 1500VA Circuito 6: Dorm.2, área serviço = 1600VA 154 155 156 157 158 159 160 161 162 Instalações Elétricas PROJETO ELÉTRICO DE ESCRITÓRIO PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 163 Carga de iluminação Na determinação da carga de iluminação, como alternativa a NBR 5413 (estabelece 500 lux para escritório), pode ser adotado o seguinte critério: Para áreas igual ou inferior a 6m2, deve ser prevista uma carga mínima de 100VA. Área superior a 6m2, deve ser prevista uma carga de 100VA para os primeiros 6m2, acrescidos de 60VA, para cada aumento de 4m2 inteiros. Nota : esses valores não representam a potência nominal das lâmpadas e sim a carga para dimensionar os circuitos. 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 Instalações Elétricas QUADROS ELÉTRICOS: INSPEÇÃO ADEQUADA COM VISTAS NA INDENTIFICAÇÃO DE POSSÍVEIS PROBLEMAS PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 181 Introdução O que é um quadro elétrico? É um conjunto de equipamentos, convenientemente agrupados, incluindo as suas ligações, estruturas de suporte e invólucro, destinado a proteger, a comandar ou a controlar instalações elétricas. Manutenção preditiva? Uma das variáveis mais importantes na implantação do Programa de Manutenção Preditiva dos painéis elétricos é a Máxima Temperatura Admissível (MTA) de seus componentes, ou seja, a máxima temperatura sob a qual se permite que o componente opere. Seus valores podem ser obtidos a partir das especificações técnicas dos componentes ou junto aos fabricantes. Não sendo possível obter estes valores, recomenda-se a fixação de 90°C como valor de referência para conexões e componentes metálicos e de 70°C para cabos isolados. Quadro Elétrico Carecem de Manutenção? Estão organizados? Estão identificados os circuitos corretamente? Existe o diagrama 182 MTA Na Tabela abaixo, tem-se alguns valores para a MTA. Tais valores são baseados em normas ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), NBR 5410, tabelas de fabricantes, referências da IEC (International Electrical Commission). Manutenção Preditiva Inspeções sistemáticas para acompanhamento da situação dos equipamentos. É aquela que indica as condições reais de funcionamento das máquinas com base em dados que informam o seu desgaste ou processo de degradação. Trata-se da manutenção que prediz o tempo de vida útil dos componentes das máquinas e equipamentos e as condições para que este tempo de vida seja aproveitado. Termografia Fundamentada na manutenção "Preventiva e Preditiva" ; Podemos aplicar em diversos segmentos, tais como: condomínios comerciais, residenciais, indústrias metalúrgicas, siderúrgicas, plásticos, cimento etc. A termografia, ou a geração de imagens térmicas, pode ser utilizada em aplicações taiscomo a inspeção de equipamentos elétricos, de processos e no diagnóstico de construções. 183 Os equipamentos elétricos incluem motores, equipamentos de distribuição, quadros de comando, subestações entre outras. Equipamentos de processo incluem equipamentos de montagem e manufatura automatizados. É a técnica que estende a visão humana através do espectro infravermelho. Qualquer corpo emite naturalmente essa frequência eletromagnética com intensidade proporcional à sua temperatura Quadro elétrico Carecem de Manutenção? sim Revitalização e instalação de DPS Estão identificados os circuitos 184 Quadro : Termografia Carecem de Manutenção? sim Revitalização e instalação de DPS Estão identificados os circuitos corretamente? Agora 185 Quadro: necessitando de revitalização 186 Painel elétrico de entrada Painel elétrico de entrada: Termografia 187 Painel elétrico de derivação Quadro elétrico: termografia 188 Painel de derivações Termografia no painel 189 Instalações Elétricas Projeto Elétrico- Diagrama Unifilar PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 190 191 192 193 194 Instalações Elétricas (PROJETO ELÉTRICO EDIFICIO RESIDENCIAL) PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 Instalações Elétricas A-136 DISJUNTORES TERMOMAGNÉTICOS DE BAIXA TENSÃO PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 225 Normalização de disjuntores de Baixa Tensão: 0s disjuntores de BT Norma international liderada pela IEC 60947-2; Brasil, NBR IEC 60947-2. Quando a tensão nominal não ultrapassa 1000 VCA ou 1500 VCC; A IEC 60898 (no Brasil, NBR IEC 60898) especificamente para tensão e corrente nominal inferior ou igual a 440 V e 125 A respectivamente - Uso em circuitos CA de instalações domésticas e análogas; A IEC 60898 não se aplica aos disjuntores destinados à proteção de motores e àqueles cuja regulagem de corrente seja acessível ao usuário; As prescrições relativas aos disjuntores para equipamentos constam da IEC 60934, enquanto os disjuntores utilizados como dispositivos de partida de motores são tratados, pelo menos parcialmente, pela IEC 60947-4. 226 Características Gerais – Disjuntores de BT: Segundo NBR5410/2004, o disjuntor deve assegurar as seguintes funções: PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA PROTEÇÃO CONTRA CURTO CIRCUITO COMANDO FUNCIONAL SECCIONAMENTO PROTEÇÃO CONTRA CONTATOS INDIRETOS PROTEÇÃO CONTRA QUEDAS E FALTAS DE TENSÃO Os disjuntores mais tradicionais, para uso geral, são equipados com disparadores térmicos, que atuam na ocorrência de sobrecorrentes moderadas (tipicamente correntes de sobrecarga), e disparadores magnéticos, para sobrecorentes elevadas (tipicamente correntes de curto-circuito). RECEBE O NOME DE DISJUNTORES TERMOMAGNÉTICOS 227 PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA: Os disparadores podem ser térmicos, magnéticos e eletrônicos; Alguns disparadores térmicos possuem uma faixa de corrente de ajustagem. Também existem disparadores térmicos com compensação de temperature; O disparador térmico é constituído de uma lâmina bimetálica com coeficientes de dilatação diferentes e apresenta características de atuação a tempo inverso. PROTEÇÃO CONTRA CURTO CIRCUITO: O disparador é magnético constituído por uma bobina (eletroímã); O eletroímã) atrai um peça articulada (armadura) quando a corrente atinge um certo valor. Esse deslocamento da armadura provoca, através de acoplamentos mecânicos, a abertura dos contatos principais do disjuntor; Há disjuntores que têm o disparo magnético ajustável. 228 Curva de disjuntores: Minidisjuntores Curva B - usados em proteção de circuitos que alimentam cargas com características predominantemente resistivas, como lâmpadas incandescentes, chuveiros, torneiras e aquecedores elétricos, além dos circuitos de tomadas em uso geral. Minidisjuntores Curva C - usados para proteção de circuitos em geral que também possa ter cargas de natureza indutiva que apresentam picos de corrente no momento de ligação, como microondas, ar condicionado motores para bombas, além de circuitos com carga semelhantes a essas. Minidisjuntores de curva D são indicados para cargas com grande corrente de partida, a exemplo de transformadores BT/BT (baixa tensão). Características Nominais: Disparo Instantâneo: A IEC 60898 define, para o disparo instantâneo, em geral magnético, as faixas de atuação B, C e D: B: de 3 In a 5 In; C: de 5 In a 10 In; D: de 10 In a 20 In. Regra básica para proteção contra curtos circuitos: Capacidade de interrupção no mínimo igual à corrente de curto-circuito presumida no ponto em que for instalado. Icu > Ik presumido 229 Curvas de minidisjuntores ABB: Fonte:ABB Curva disjuntores ABB: 230 Curva disjuntores ABB: Disjuntores ABB dados: 231 Linha ABB exemplo: 232 Características técnicas ABB: Especificação dos disjuntores: O item 5.3.4 da NBR 5410/2008 estabelece que a proteção deve satisfazer as duas inequações: e IB – corrente de projeto IN – corrente nominal do disjuntor IZ – capacidade de condução dos condutores vivos I2 – corrente convencional de atuação do disjuntor. 233 Dimensionamento de disjuntor em função da corrente de curto-circuito presumida: Então; 234 Bibliografia: 1. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - NBR5410 – Instalações Elétricas de Baixa, 2004. . 2. Ademaro A.M.B Cotrim, Instalações Elétricas, Pearson Hall, Ed. 2009. 3. Manual de minidisjuntores ABB 2014. 235 Instalações Elétricas Dispositivos fusíveis de baixa tensão PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 236 Fusível Dispositivo fusível: é um dispositivo de proteção que, pela fusão de uma parte especialmente projetada, abre o circuito no qual se acha inserido e interrompe a corrente, quando esta excede um valor de referencia durante um tempo especificado. Exemplo de fusíveis: NH e Diazed Chave fusível A chave fusível de rede aérea de distribuição é o dispositivo fusível no qual, após a fusão do elo, o porta fusível é levado , pela ação da gravidade, a uma posição tal que assegura a distância de isolamento especificada e dá uma indicação visível da sua atuação. O elo fusível de uma chave fusível de distribuição é um fusível de construção flexível destinado a manter a chave na posição fechada, quando em funcionamento, e provocar a sua abertura automática após a fusão do elemento fusível. 237 Generalidades dos fusíveis Os dispositivos fusíveis constituem a proteção mais tradicional dos circuitos e dos sistemas elétricos. Sua operação consiste na fusão do elemento fusível (elo) contido no fusível. O elemento fusível, isto é, o ponto fraco do circuito, é um condutor de pequena seção transversal que , devido a sua alta resistência, sofre um aquecimento maiorque dos outros condutores á passagem de corrente. O elemento fusível é um fio ou lâmina, geralmente de cobre, prata, estanho, chumbo ou liga, colocado no interior do corpo do fusível, em geral de porcelana, estealite ou papelão, hermeticamente fechado. Alguns possuem indicador , que permite verficar se atuou ou não. A maioria dos fusíveis contém material granulado extintor em seu interior, envolvendo por completo o elemento fusível. Para isso se utiliza, em geral, areia de quartzo de granulometria conveniente. 238 Operação 239 240 Formato dos fusíveis A NBR IEC 60269-1- Dispositivos fusíveis de baixa tensão. Fusível cartucho: é um fusível de baixa tensão cujo elemento físico é encerrado em um tubo protetor de material isolante, com contatos nas extremidades, fechando o tubo. Fusível rolha: é um fusível de baixa tensão em que um dos contatos é uma peça roscada, a qual se fixa no contato roscado correspondente a base. Fusível encapsulado: é um fusível cujo elemento fusível é completamente encerrado em um invólucro fechado, capaz de impedir a formação de arco. Faixa de interrupção e categoria de utilização Faixa de interrupção: primeira letra minúscula g ou a Categoria : segunda letra maiúscula G ou M Fusíveis g: são aqueles capazes de interromper todas as correntes que causam fusão do elemento fusível, até sua capacidade de interrupção nominal. são, portanto fusíveis que atuam em toda a faixas. Fusíveis a: são capazes de interromper todas as correntes compreendidas entre um valor prefixado (superior á corrente nominal) e a capacidade de interrupção nominal. São, assim , fusíveis que atuam em faixa parcial. Fusíveis L: são adequados para proteção de cabos e linha. Fusíveis R: são próprios para proteção de dispositivos semicondutores. Fusíveis B: são recomendados para instalações em condições pesadas (por exemplo mineração). Nas instalações elétricas de baixa tensão, os tipos mais comuns são: gL, gG, gM e aM. gL/gG são de aplicação geral, utilizados na proteção de circuitos contra correntes de sobrecarga e curto-circuito. São caracterizados por um único valor de corrente nominal (In) aM: destinados a proteção de circuitos de motores elétricos contra sobrecarga e curto-circuito, sendo caracterizado por um único valor de corrente nominal (In) e apresentando o limite inferior da faixa de atuação indicado por K2.In (K2>1). 241 Diazed e NH Diazed é um fusível limitador de corrente, de baixa tensão, cujo tempo de interrupção é tão curto que o valor de crista da corrente presumida do circuito não é atingido. Estes fusíveis são usados na proteção de condutores de rede de energia elétrica e circuitos de comando. São empregados em correntes de 2 a 100 A. NH é um fusível limitador de corrente de alta capacidade de interrupção, para correntes nominais de 6 a 1.000 A em aplicações industriais. Protegem os circuitos contra curtos-circuitos e também contra sobrecargas de curta duração, como acontece na partida de motores de indução com rotor em gaiola. Proteção contra sobrecargas A protecção contra sobrecargas das canalizações eléctricas é assegurada se as características dos aparelhos de protecção respeitarem simultaneamente as seguintes condições: A corrente estipulada do dispositivo de protecção (In) seja maior ou igual à corrente de serviço da canalização respectiva (IB) e menor ou igual que a corrente máxima admissível na canalização (IZ). IB ≤ In ≤ IZ A corrente convencional de funcionamento do dispositivo de protecção (I2) seja menor ou igual que 1,45 a corrente máxima admissível na canalização (IZ). I2 ≤ 1,45 IZ 242 Tensões nominais dos fusíveis Correntes de fusão e não fusão 243 Zona tempo-corrente 244 Num circuito, estimou-se um tempo de duração de 5 segundos para uma corrente de curto-circuito de 20 A. Que fusíveis Diazed seriam escolhidos? Entrando na curva da Fig. 5.13 com os valores de I = 20 A e t =5 s, vemos que as coordenadas se interceptam acima da curva de 6 A. Portanto, o fusível escolhido será ́de 10 A. 245 Qual a corrente de curto-circuito, com duração de 4 segundos, para a qual um fusível NH de 315 A se acha previsto? Entrando na curva, , com os valores t=4 s e fusível de 315 A, obtemos, no eixo das abscissas, I = 3.000 A. Característica de corte de um fusível limitador 246 Bibliografia Cotrim, Ademaro A.M.B, Instalações Elétricas, Pearson, 2009. 247 Instalações Elétricas PROTEÇÕES CONTRA SOBRETENSÕES DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) PROFESSOR – Ms. Luciano Henrique Duque 248 Introdução As sobretensões que podem ocorrer em uma instalação elétrica de baixa tensão são classificadas, de acordo com sua origem: 1. Sobretensões transitórias: são aquelas originadas principalmente das descargas atmosféricas e manobras. 2. As sobretensões que são provenientes das descargas atmosféricas, que incidem diretamente nas edificações, em redes aéras de alimentação ou próximos delas, produzem tensões conduzidas e induzidas com impulsos caracterizados por seu valor de crista . 3. Tais sobretensões causam danos frequentes ás instalações , aos equipamentos servidos e aos usuários. 4. A proteção pode ser feita via DPS (Dispositivo de proteção contra surto). 2. Sobretensões temporárias: falhas de isolamento para outra instalação de tensão mais elevada e também a perda do condutor de neutro em esquemas TN e TT. Surtos induzidos ou indiretos As descargas atmosféricas podem atingir as linhas de transmissão e distribuição de energia, incidirem diretamente em árvores e estruturas no solo. As ondas eletromagnéticas originadas pela corrente elétrica que circula no canal da descarga atmosférica se propagam pelo meio (geralmente pelo ar). induzindo uma corrente elétrica nos condutores metálicos que estiverem em seu raio de alcance. Estima-se essa distância da ordem de 1 a 3Km 249 Surtos conduzidos ou diretos Ocorre quando uma descarga atmosférica atinge diretamente sobre um componente da instalação, sobre a edificação ou sobre pontos muito próximos a eles. Todos elementos metálicos ali existentes e o eletrodo de aterramento ficam, por fração de segundo, submetidos a níveis diferentes de tensão. Essas diferenças de tensão vão gerar correntes de surto que circularão por diversos pontos da estrutura, inclusive, e , no nosso caso, principalmente pela instalação elétrica. Proteção contra surtos Somente o SPDA (Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas) não é suficiente, sendo necessários além dele: • Dispositivos de proteção contra surto (DPS); • Existência de um aterramento eficiente e adequado; • Sistema de equipotencialização locais (evitar diferença de tensão). Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS) 250 Tipos de DPS 1. DPS comutador de tensão ou curto-circuitante: é um dispositivo que tem propriedade de mudar bruscamente o valor de sua impedância, de muito alto para praticamente desprezível, em função do aparecimento de um impulso de tensão em seus terminais. Obs. Construídos com centelhadores a gás ou centelhadores a ar. 2. DPS atenuador de tensão ou supressor de surto: tem propriedade de mudar paulatinamente o valor de sua impedância, de muito alto para praticamente desprezível, quando aparece um impulso de tensão em seus terminais. Obs. Construídos com varistores ZnO “ Oxido de Zinco” ou SiC “ Carbeto de Silício. 3. DPS combinado: incorpora no mesmo dispositivo as propriedades dos comutadores e dos atenuadores de tensão.
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