URBANIZAÇÃO NOVO RUMO

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1 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto DEEC > DEPARTAMENTO DE ENGENHARA ELECTROTÉCNCA E DE COMPUTADORES MESTRADO NTEGRADO EM ENGENHARA ELECTROTÉCNCA E DE COMPUTADORES DSCPLNA: CONCEPÇÃO DE NSTALAÇÕES ELÉCTRCAS URBANZAÇÃO NOVO RUMO Trabalho elaborado por: Lúcio Santos Mário Sousa Pedro Landolt Porto, 5 de Março de 007

2 NDÍCE Lista de abreviaturas...pag.3 1. ntrodução...pag dentificação das potências contratadas...pag Características das habitações...pag Cálculo das potências contratadas...pag Cálculo das potências dos PTs e sua localização...pag Saídas dos PT s...pag.1. Rede de Distribuição de Baixa Tensão...Pag Considerações gerais...pag.15.. Precauções da rede...pag Cabos...Pag Câmaras de visita...pag Armários de distribuição...pag Protecção...Pag.1.7. Dimensionamento...Pag.4.8. Estudo económico...pag Rede de Distribuição de Média Tensão...Pag Considerações gerais...pag Escolha do cabo eléctrico utilizado...pag Condições de estabelecimento da rede...pag Ligações à terra...pag Câmaras de visita...pag Dimensionamento da rede de Média Tensão...Pag Resistência de ligação do neutro à terra...pag Verificação das protecções instaladas na subestação...pag Protecção contra curto-circuitos fase-fase ou trifásicos...pag Protecção contra curto-circuitos fase-terra...pag Verificação dos tempos de fadiga térmica...pag Abertura do anel...pag.6 4. Posto de transformação...pag Aspectos construtivos...pag Algumas considerações gerais...pag Pavimento...Pag Aberturas de ventilação...pag Fossa de retenção do óleo do transformador...pag Portas...Pag Encravementos...Pag Barramento MT...Pag Equipamento eléctrico...pag Manobras...Pag Celas de entrada e saída...pag.74 Urbanização Novo Rumo Página 1

3 4.11. Cela de protecção do transformador...pag Dimensionamento de barramentos...pag Esforços electrodinâmicos...pag Força electrodinâmica...pag Verificação dos esforços térmicos...pag Vãos proibidos...pag Flecha máxima...pag Esforços termodinâmicos...pag Esforços termodinâmicos e electrodinâmicos...pag Cabos de ligação do interruptor-seccionador-fusível para o transformador...pag Condição de aquecimento...pag Protecção contra curto-circuitos...pag Defeitos internos do transformador...pag Equipamento de baixa tensão...pag Quadro geral de baixa tensão...pag Barramentos do QGBT...Pag Protecções...Pag Protecções contra curto-circuitos...pag Protecções contra sobrecargas...pag Terras...Pag Terras de protecção...pag Terras de serviço...pag luminação e tomadas do posto de transformação...pag Acessórios no posto de transformação...pag.9 5. luminação pública...pag Considerações gerais...pag Luminárias...Pag Rede de iluminação pública estabelecida...pag Condições de estabelecimento...pag Cabos usados...pag Dimensionamento da rede de iluminação pública...pag Exemplo de cálculo...pag Electrificação das colunas...pag.110 Anexos...Pag.11 Urbanização Novo Rumo Página

4 Lista de Abreviaturas Neste trabalho tornou-se necessário utilizar algumas abreviaturas para facilitar a sua realização, presentes quer neste relatório quer no ficheiro Excel que serve de folha de cálculo para o mesmo. Desta forma apresentamos a seguir as mesmas: - AD Armário de distribuição; - B Bombas de Saneamento; - f.s. 1 Factor de simultaneidade para habitações; - f.s. Factor de simultaneidade para serviços comuns; - f.s. 3 Factor de simultaneidade para espaços comerciais; - LTUG luminação e tomadas de uso geral; - C.A. Climatização ambiente; - C.E. Cozinha eléctrica; - TRM Termoacumulador; - MLL Máquina de lavar louça; - MLR Máquina de lavar roupa; - ME Motor elevador; - PT Posto de transformação; - N/A Valor não aplicável; - Pc Potência contratada; - SC Serviço comuns; - QG Quadro geral; - s ntensidade de corrente de serviço; - n ntensidade de corrente nominal do fusível; - f ntensidade de corrente convencional de funcionamento do fusível; - z - ntensidade de corrente admissível mínima; - z ntensidade de corrente máxima admissível na canalização; - U Valor da queda de tensão - BT Baixa tensão; - MT Média tensão; Urbanização Novo Rumo Página 3

5 1. ntrodução O objectivo deste trabalho é realizar o projecto de todas as infra-estruturas necessárias ao fornecimento de uma urbanização denominada de Novo Rumo, urbanização esta situada numa cidade do interior, direccionada a pessoas de classe média, e onde não existe rede de gás canalizado, nem instalações fixas de aparelhos não eléctricos, embora este cenário que possa ser alterado a longo prazo. Desta forma foi imprescindível fazer um estudo das necessidades dos possíveis residentes assim como dos prováveis espaços comerciais que ali possam ser utilizados. Esse estudo permitiu prever a capacidade de consumo conjecturável para toda a urbanização para assim ser estruturada a rede de alimentação, que a entidade operadora da distribuição de energia teria de elaborar para um adequado abastecimento. Consequentemente foi preciso realizar os seguintes projectos: - Rede de distribuição de energia eléctrica em baixa tensão (30/400V); - Rede de distribuição de energia eléctrica em média tensão (15kV); - Postos de transformação de MT para BT; - Rede de iluminação pública. Sabendo que é necessário ter em conta diversos pontos dos diferentes regulamentos existentes em Portugal, para certificar que estes projectos poderiam ser aprovados caso fossem apresentados: - Regulamento de Segurança de nstalações de Utilização de Energia Eléctrica (R.S..U.E.E.); - Regulamento de Segurança de Redes de Distribuição de Energia Eléctrica de Baixa Tensão (R.S.R.D.E.E.B.T.); - Regulamento de Segurança de nstalações Colectivas de Edifícios e Entradas (R.S..C.E.E.); Urbanização Novo Rumo Página 4

6 - Regulamento de Segurança de Linhas Eléctricas de Alta Tensão (R.S.L.E.A.T.); - Regulamento de Segurança de Subestações, Postos de Transformação e Seccionamento (R.S.S.P.T.S.). - Normas e Especificações do Comité Europeu de Normalização Electrotécnica (C.E.N.E.L.E.C.); - Normas e Especificações da Comissão Electrotécnica nternacional (C.E..) O grupo compreende deste modo a realidade e todos os requisitos para a realização de um projecto deste género possibilitando no futuro uma maior compreensão nesta área, isto porque segundo novos regulamentos qualquer engenheiro electrotécnico pode assinar projectos de instalações eléctricas. NOTA: As tabelas apresentadas neste relatório estão presentes com as fórmulas utilizadas nas folhas de cálculo do ficheiro Excel entregue em conjunto com este relatório. Urbanização Novo Rumo Página 5

7 1.1. dentificação das Potências Contratadas Características das habitações: De acordo com os dados fornecidos existem na urbanização dois tipos de habitações: prédios (nomeados de A1 a A4, B1 e B, C1 a C6, E1 a E7) e moradias (numeradas de 1 a 147). Deste modo apresentamos a constituição de cada um: Lote Função Composição Tipo Área (m) 1 a 77 Habitação Hab. Unifamiliar T a 83 Habitação Hab. Unifamiliar T a 147 Habitação Hab. Unifamiliar T A1 e A A3 e A4 B1 e B C1 a C4 C5 e C6 E1 a E7 Garagem T 3 10 ( R/C + 3 ) ( T3 )/piso Habitação Serviços Comuns 40 Garagem T Comércio A3: Café 100 ( CV + R/C + ) ( T4 )/piso A3: Rest. 10 Habitação A4: Clínica 0 Serviços Comuns 500 Garagem T 90 T 3 10 Comércio B1: EC (x) 50 x ( CV + R/C + 8 ) ( 1 T + 1 T3 )/piso B1: EC 80 Habitação B: EC (x) 90 x Serviços Comuns 390 Garagem T 3 10 Comércio ( CV + R/C + 3 ) ( T3 )/piso EC (x) 110 x Habitação Serviços Comuns 460 Garagem T 100 Comércio T 1 70 ( CV + R/C + 5 ) ( T + 1 T1 )/piso C5: EC (4x) 55 x 4 Habitação C6: nfantário 50 Serviços Comuns 50 Garagem T 3 15 ( R/C + 4 ) ( T3 )/piso Habitação Serviços Comuns 50 Tabela 1: Característica da urbanização Urbanização Novo Rumo Página 6

8 Como já foi referido esta urbanização destina-se a agregados familiares de classe média, numa zona interior, assim como não possui no momento de gás canalizado, havendo a possibilidade de esta ser instalada no futuro Cálculo da potência contratada: Para o cálculo das potências contratadas por cada um destes lotes foram analisadas as possíveis fontes de consumo de uma habitação ou espaço comercial e depois foi atribuída uma potência contratada que o grupo considera adequada. É necessário ter em conta que o valor das potências contratadas são claramente inferiores aos valores das potências instaladas (no caso das habitações) visto que numa habitação não funcionam todos os equipamentos eléctricos ao mesmo, assim como estes valores são os valores fornecidos pelas entidades distribuidoras de energia de baixa tensão em Portugal valores presentes no regulamento tarifário. Estes valores foram atribuídos pelo grupo que os considerou aceitáveis para cada caso, tendo em conta que não possuíamos experiência foi também necessária a ajuda do Professor. No caso particular do espaço comercial existente em B1 foi atribuída uma potência contratada muito superior à necessária, pois consideramos que numa zona residencial com esta dimensão seria essencial a presença de uma padaria. Assim sendo, foram previstas potências elevadas para prevenir esta eventualidade. Também temos de ter em conta que os estabelecimentos comerciais funcionam principalmente durante o dia e funcionam quase com consumos constantes e elevados, tendo um factor de utilização elevado e próximo de 1. Desta forma, no caso dos estabelecimentos comerciais as potências contratadas estão mais próximas das potências totais, visto que em estabelecimentos comerciais um disparo do disjuntor limitador de potência Urbanização Novo Rumo Página 7

9 iria causar prejuízos monetários para os seus proprietários que não são aceitáveis. Quanto aos serviços comuns, são responsáveis pela alimentação da iluminação dentro dos prédios, em particular das escadas, dos corredores e eventuais parques de estacionamento, dos elevadores, sistemas de ventilação. Tendo em conta que temos prédios de 4 a 10 pisos, que em condições normais já devem estar equipados com sensores de presença em cada andar e nas escadas de serviço, para evitar o acender de todas os pontos de luz, ligando assim apenas a do respectivo piso, logo o maior consumo deve-se essencialmente ao arrancar dos elevadores o que levou o grupo a optar por 13,8 kva para os serviços comuns dos prédios baixos (com 4 ou 5 pisos) e 0,7 kva para os prédios de maior dimensão logo necessitam de mais elevadores ( ou até mesmo 3). Lote Tipo LTUG C.A. C.E. TRM MLR + MLL Potência Potência ou B + ME Total (VA) Contratada (kva) 1 a 77 T ,8 78 a 83 T ,5 84 a 147 T ,5 A1 e A T ,35 Serviços C ,8 T ,8 A3: Café ,5 A3 e A4 A3: Rest ,7 A4: Clínica ,6 Serviços C ,5 T ,35 T ,8 B1 e B B1: EC (x) ,9 B1: EC ,6 B: EC (x) ,35 Serviços C ,7 T ,8 C1 a C4 EC (x) ,8 Serviços C ,8 Urbanização Novo Rumo Página 8

10 C5 e C6 E1 a E7 T ,35 T ,9 C5: EC (4x) ,9 C6: nfantário ,6 Serviços C ,7 T ,8 Serviços C ,7 Tabela : Previsão das cargas de cada lote e correspondente potência contratada Também é importante referir que para o cálculo da climatização ambiente (C.A.) foi utilizada o valor total da área da habitação e do anexo correspondente (no caso das moradias), visto que as pessoas já começam a exigir um certo conforto em toda a habitação. Os valores do consumo das máquinas, cozinhas e termoacumulador teve em conta o número de divisões principais de cada habitação Cálculo da potência dos PTs: Para este cálculo foi necessário compreender como se distribuem geograficamente as cargas. Um factor muito importante na distribuição dos PTs é a queda de tensão. E uma vez que a queda de tensão depende directamente da distância ao PT e do quadrado da intensidade de corrente, as cargas não podem estar muito afastadas assim como as cargas de maior consumo de corrente (os prédios) têm de estar o mais próximo possível dos mesmos. Por conseguinte decidimos que os prédios E 1 a E 7 juntamente com as habitações (numeradas do nº 1 ao nº 83) pertencem ao PT 1, os restantes prédios (A, B e C) são alimentados pelo PT sendo que as moradias T 5 (do nº 84 ao nº 147) pertencem ao PT 3. O PT 3 teve atribuídas estas moradias pois geograficamente ficam afastadas das restantes cargas, logo teriam de ser alimentadas por um PT independente. Quanto aos outros PTs podiam ser alimentados por apenas um PT de grande capacidade, mas tendo em conta ao elevado número de saídas necessárias, visto existirem vários prédios, assim Urbanização Novo Rumo Página 9

11 como muitas moradias dispersamente distribuídas, e tendo em conta que cada PT tem no máximo seis saídas (os PTs considerados para uso) tivemos de dividir em dois PTs. O uso de um terceiro PT esteve presente em discussão, mas foi posto de parte, visto que ambos os PTs vão alimentar cargas próximas da sua potência aparente nominal, assim como as seis saídas usadas, logo não se torna necessário usar um terceiro PT para esta zona. Este uso seria apenas necessário caso aparecessem novas cargas, mas tendo em conta que quase toda a zona em redor já se encontra urbanizada, esse acontecimento será improvável. Situamos o PT 1 no prédio E 5, considerando que os prédios solicitam uma carga superior às moradias, e que a localização do PT teria de ser o mais equidistante possível das cargas a alimentar. Por observação, concluímos que o prédio E 5 seria o local mais favorável destes sete prédios (E 1 a E 7 ). O PT situa-se no edifício C 4. Mais uma vez, é o edifício que fica no meio do conjunto de prédio que alimenta, causando menores comprimentos dos cabos, logo implicando menores custos com este material. O PT 3 também se situa no centro geográfico do conjunto de moradias que sustenta, e também causa menores comprimentos de cabos, que por sua vez, aqui muito importante atendendo às grandes distâncias entre o PT e as moradias, vai originar menores quedas de tensão e perdas por efeito de Joule, factor relevante no dimensionamento de uma rede de distribuição. Neste PT foram usadas apenas três saídas, deixando assim livres outras três que possibilitariam no futuro a alimentação através deste PT de outras zonas de consumo, mas tendo em consideração que certamente seria necessário aumentar a capacidade do mesmo. Outra característica importante no dimensionamento são os diversos factores de utilização, para as diferentes cargas (habitações, serviços comuns e espaços comerciais). O factor de utilização é uma condição que pretende considerar o uso não simultâneo das cargas, pois um grupo de consumidores não consome a soma das potências contratadas durante um qualquer período, e a sua implementação quer em temos de PTs quer em cabos teria custos Urbanização Novo Rumo Página 10

12 intoleráveis. Facilmente verificamos esse problema se somarmos as potências contratadas sem qualquer factor multiplicativo, essa soma tem um valor igual a 358 kva, mas comparando com a soma dos três PTs escolhidos (1830 kva) verificamos que é cerca de metade. Esta diferença podia ser muito superior caso existissem menor percentagem de espaços comerciais e mais de habitações, pois conforme referido atrás os espaços comerciais tem uma utilização mais homogeneizada durante o dia e as habitações têm consumos mais desfasados, logo teríamos um factor multiplicativo inferior com uma potência superior. Estes factores de simultaneidade são diferenciados pelo tipo de cargas a alimentar. Denominamos por fs 1 o factor de simultaneidade para as habitações, fs para serviços comuns e fs 3 para espaços comerciais. Estes são obtidos pelas seguintes formulas, sendo n o número de habitações, serviços comuns ou espaços comerciais, respectivamente: 0.8 fs1 = 0.+ n 0.5 fs = 0.5+ n fs = Respeitando sempre o limite mínimo de fs Assim obtivemos os seguintes valores para os três PT s: PT nº N 1 fs 1 N fs N 3 fs 3 S (kva) S PT (kva) Localização ,66 7 0, ,0 630 E ,68 1 0, ,85 707, 800 C , , 400 Traseiras da hab. 117 Tabela 3: Características dos postos de transformação a projectar Como tínhamos referido os valore de fs 1 são muito baixos e fs e fs 3 são elevados, no caso de fs 3 foi atribuído um valor fixo pois o cálculo dava um Urbanização Novo Rumo Página 11

13 valor mais baixo e que consideramos não ser o mais adequado para espaços comerciais desta natureza (praticamente todos, ou mesmo todos, diurnos). Depois foi normalizado o valor obtido da potência, por excesso, como se exige nestes casos, e aqui se verifica que em todos eles os PTs escolhidos estão muito próximos do valor calculado (98%, 88% e 83% respectivamente), o que não permite que sejam alimentados muitos mais focos de consumo Saídas dos PTs: Seguidamente passamos a indicar que foco é abastecido por cada saída e consecutivos armários de distribuição (AD), que estão apresentados na folha de cálculo do Excel: PT 1 Saída AD AD AD AD Tabela 4: Detalhe da disposição dos armários da saída do PT1 Urbanização Novo Rumo Página 1

14 Esta tabela referente ao PT 1 indica que existem 6 saídas (numeradas de 1 a 6 na coluna mais a esquerda), depois apresenta que AD está ligado à saída e quais os AD s que dão continuidade. Por exemplo a intensidade de corrente que alimenta as habitações do AD , tem o seguinte percurso: Saída AD 1. AD 1.. AD AD ; enquanto a que alimenta o AD percorre o seguinte trajecto: Saída AD 1. AD 1..1 AD Assim temos que o troço correspondente ao cabo entre o PT e o primeiro AD é apresentado na linha do AD correspondente (1.1, 1., 1.3, por exemplo). As seguintes tabelas apresentam todas as ligações desde as saídas dos outros PTs até cada habitação, serviço comum e espaço comercial, indicando qual ou quais os armários de distribuição por onde passa. PT Saída AD AD Tabela 5: Detalhe da disposição dos armários da saída do PT Urbanização Novo Rumo Página 13

15 PT 3 Saída AD AD AD AD Tabela 6: Detalhe da disposição dos armários da saída do PT3 Urbanização Novo Rumo Página 14

16 . Rede de Distribuição de Baixa Tensão.1. Considerações gerais Conforme os regulamentos R.S.R.D.E.E.B.T. artigos 1º, 9º e 10º uma rede de distribuição deve ser projectada de forma a desempenhar com eficiência e boas condições de segurança, de modo a suprimir todos os perigos calculáveis para as pessoas e coisas assim como não perturbando a livre e regular circulação nas vias (salvaguarda dos interesses colectivos). Tendo em conta que se trata de uma zona urbanizada, deveremos de ter uma rede subterrânea com tensão composta de 400V (admitimos uma queda de tensão máxima de ±5%) e uma frequência de 50Hz. Esta mesma rede terá a estrutura radial, tendo como ponto de origem os quadros gerais de baixa tensão nos três PTs e ramificando-se pela urbanização até aos focos de consumo. Assim temos uma rede composta por diversos armários de distribuição que alimentam os diversos consumidores através de ramais (no caso de habitações unifamiliares ou estabelecimentos comerciais, estes terminam em quadros de entrada ou em quadros de coluna no caso de habitações multifamiliares edifícios). Estes armários estão localizados no exterior das habitações, em zonas de fácil acesso para eventuais operações de manutenção. Temos ainda protecção contra sobreintensidades e curto-circuitos através de fusíveis. Urbanização Novo Rumo Página 15

17 .. Precauções da rede Como foi referido anteriormente vamos utilizar cabos enterrados em valas, logo temos de ter em atenção algumas características e condições importantes: - usar o mínimo de travessias possível, ou seja, de um lado da rua todas as habitações serão alimentadas pela mesma saída; - as travessias devem ser perpendiculares à rua para diminuir o comprimento do cabo, de modo a não prejudicar a normal circulação das vias em eventuais avarias, e os cabos tem de estar enterrados com uma profundidade mínima de 1 m, sendo os tubos usados em PVC (policloreto de vinila material caracterizado pela sua leveza, resistência a reagentes químicos, intempéries e choques mecânicos, com vida útil superior a 50 anos, sendo ainda auto-extinguível, impermeável a gases e líquidos, reciclável, mas acima de tudo um bom isolante térmico e eléctrico tornando-se assim um isolante por excelência) com um diâmetro não inferior a 100 mm, nem inferior a 3 vezes a soma dos diâmetros dos cabos a atravessarem a rua; - antes e depois de uma travessia, deve existir um ponto de fácil acesso, câmara de visita, para eventuais reparações, assim como em frente de cada AD; - as valas devem ser enterradas a uma distância mínima de 70 cm do solo e devem ser evitados cruzamentos de valas, sendo instaladas preferencialmente nos passeios, ficando os cabos envolvidos em areia ou terra fina ou cirandada; - deve ser evidenciado 0 cm acima da canalização, por meio redes metálicas plastificadas ou material plástico de cor vermelha, de forma a evitar acidentes com futuras perfurações; - deve-se ter em atenção as valas existentes para saneamento, comunicação, gás (que de momento não existe na nossa urbanização); - os raios de curvatura deverão ser sempre pelo menos dez vezes superiores ao diâmetro do próprio cabo, respeitando também a curvatura imposta pelo fabricante; Urbanização Novo Rumo Página 16

18 - deverá haver um espaçamento mínimo de 5 cm entre canalizações de energia sempre que na mesma vala circularem várias destas; - devem ser assentados armários de distribuição sempre que se verificar necessidade de efectuar derivações, ligações à terra ou colocar protecções; - foram considerados apenas ADs de quatro ou seis saídas, havendo ainda em cada armário duas ligações à terra sendo uma para a terra de serviço (ligação directa do neutro à terra) e outra para realizar a ligação equipotencial das bainhas metálicas dos cabos e todos os outros elementos metálicos existentes;.3. Cabos Para a composição desta rede é necessário usar cabos que ofereçam uma resistência contra acções mecânicas de classe M7, ou seja, cabos com resistência reforçada às acções mecânicas, conferida por uma armadura. sto deve-se à necessidade de oferecer protecção contra o eventual aluimento de terra, choques com ferramentas metálicas ou contacto com corpos duros. Assim foi determinado que seriam usados apenas cabos CelCat, General Cable LSVAV, isto é cabos com alma condutora maciça, circular ou sectorial, de alumínio, isolamento em PVC, bainha interior também em PVC, armadura em fitas de aço, bainha exterior igualmente em PVC, que são cabos adequados para transporte e distribuição de energia próprios para instalação enterrada. Este cabo tem um código 30710, que significa que os condutores isolados e cabos são: de tensão nominal 450/750 V ou 0,8/1, kv (3 classe 3); rígidos (0 classe F0); resistência reforçada às acções mecânicas (7 classe M7); resistentes à corrosão pelos agentes atmosféricos ( classe C); condutores isolados e cabos com blindagem eléctrica (1 classe B1); e para temperaturas ambientes habituais compreendidas entre -5ºC e +40ºC (0 T0). Destes foi decidido que não iriam se utilizados cabos com secções inferiores a 16 mm nem superiores a 185 mm, o primeiro valor advém pois os cabos com Urbanização Novo Rumo Página 17

19 10 ou 6 mm são cabos com secções muito pequenas incapazes de suportar correntes aceitáveis na distribuição de uma rede, sendo por isso, proibidos por regulamento, o segundo porque cabos com 40 mm são cabos já bastante exigentes em características físicas tornando-se assim bastante complicado manuseá-los e instalá-los. Todos os cabos usados não contém redução de neutro, pois essa redução, neste momento, não traz vantagens económicas logo não se torna recomendada, sendo portanto da família de LSVAV 4x185mm. Como se vai poder comprovar nas tabelas apresentadas no ponto (tabelas 9, 10, 11 e 1) temos à saída de um PT secções muito próximas entre as diferentes saídas, o que significa que não existem desequilíbrios acentuados de carga entre as saídas de um PT, que se torna importante numa boa distribuição de rede..4. Câmaras de visita Para facilitar qualquer reparação na rede decidimos que embora não fossem desenhadas, e consequentemente apresentadas na planta da rede de baixa tensão, seria conveniente a sua implementação segundo as considerações acima apresentadas: antes e depois de cada travessia e em frente a cada armário de distribuição. Desta forma seria efectuada uma caixa de acesso que deve ter as dimensões 1 m nas três dimensões em causa (altura, largura e comprimento) para permitir toda e qualquer reparação ou substituição seja feita com segurança e dimensões satisfatórias para a sua operação. Urbanização Novo Rumo Página 18

20 .5. Armários de distribuição Os ADs são elementos bastante importantes numa rede pois são responsáveis quer pela ramificação da mesma quer pela protecção de pessoas e bens (máquinas e elementos eléctricos ligados à rede). Assim sendo é necessário ter em atenção o seu uso. Este não pode ser abusivo porque para uma protecção ser considerada eficaz os fusíveis usados num AD têm de ser selectivos com os seguintes, ou seja, têm um poder de corte superior pelo menos 60% que os seguintes. Por exemplo no AD 1.1 usamos um fusível com = 50 A logo nos ADs seguintes, 1.1.1, 1.1. e 1.1.3, não n poderíamos ter valores muito superiores a n = 50 0,6= 157A, que como se verifica temos 160A, 160A e 80A, respectivamente. Mas também pois com muitos ADs a partir da mesma saídas do PT tornava-se necessário alimentar uma carga excessiva, o que provocaria ao uso de cabos de muito maior secção, desaconselhável pelo seu custo e dificuldade de manuseamento, mas também certamente iria provocar problemas sérios de queda de tensão. Por estas razões tentamos usar, dentro do razoável, o mínimo de ADs possível, tendo em conta que só foram utilizados ADs com 4 ou 6 saídas, que servem quer para alimentação directa a habitações, serviços comuns e estabelecimentos comerciais quer para ligação a outros ADs. Desta forma é necessário colocar os ADs perto dos focos de consumo, isto é, nos passeios, visto que têm de ter fácil acesso por parte dos funcionários de manutenção da entidade competente, mas também não podem prejudicar o normal funcionamento das vias, o que incita a que todos os ADs sejam encostados aos muros e paredes nos passeios. O grupo considera que todos os ADs a serem instalados deverão ser de 6 saídas, isto porque permitirão a fácil inclusão de outras ligações no futuro, pois os ADs que contém 4 ou menos saídas ocupadas se encontram no término das linhas. Urbanização Novo Rumo Página 19

21 Quanto às características técnicas temos no artigo 64º do R.S.R.D.E.E.B.T. a indicação que os invólucros dos quadros ou as estruturas de suporte deverão ser de material que possua características adequadas, podendo ou não ser isolantes. E no caso de serem de materiais condutores as partes activas dos aparelhos montados nos quadros deverão ser convenientemente isoladas dos mesmos. Tendo em conta que os ADs estão dispostos às intempéries estes têm de possuir protecção contra as mesmas, ou seja, contra choque, corrosão e temperatura. Os invólucros ou estruturas de suporte devem ser de tal forma que sejam fáceis de serem retirados, para ser mais rápido efectuar operações de manutenção ou reparação; possuir um esquema, no interior, da rede que lhe está associado; contenham uma sinalização de aviso de perigo de morte no exterior; um sistema de entradas de ar para ventilação natural (por rasgos na estrutura sendo aconselhável pelo menos uma em cima e outra em baixo); as portas contenham um sistema de fecho em três sítios e com um fecho triangular de 3mm e também devem ser constituídas por uma ou mais folhas, para em caso de deformação não seja possível que um fio metálico com mais de 1mm de diâmetro entre em contacto com algum elemento no interior. Quanto aos bastidores (que servem a estrutura de suporte e fixação do invólucro, do equipamento eléctrico e do suporte de cabos) devem ter um perfil em U ou cantoneira em L, para se conseguir uma estrutura com resistência mecânica adequada, capaz de aguentar as condições normais de exploração. Devem ser em aço ou em liga de alumínio e protegidos contra corrosão por galvanização por imersão a quente. Estes suportarão a barra de neutro e de terra e o barramento das fases, todos eles devendo ser em cobre nu. O primeiro tem secção de 30x5mm e serve para unir os condutores de neutro dos cabos, o segundo com secção idêntica serve para ligar todos os elementos metálicos do AD (a porta, o invólucro, a armadura do bastidor, as bainhas metálicas e blindagens dos cabos, a terra de Urbanização Novo Rumo Página 0

22 protecção). Quanto ao barramento das fases deverá ser de 60x5mm apoiado em elementos isolantes capazes de resistir aos esforços electrodinâmicos dos curto-circuitos máximos possíveis. No que diz respeito ao maciço de fundação dos ADs este deve ser capaz de resistir a todos os esforços que possa vir a ser submetido. Deve ter dimensões de acordo com AD sendo que se deve elevar acima do solo pelo menos 15cm e ser de betão ou poliéster prensado. A ligação do bastidor ao maciço deverá ser feita através de quatro parafusos roscados. Para além disso todos os materiais mecânicos (porcas, anilhas e parafusos) devem ser de aço inox..6. Protecções Existem dois tipos de protecções neste trabalho: das pessoas e das instalações, estando ambas bem regulamentadas no R.S.R.D.E.E.B.T.. As protecções das pessoas são feitas com o intuito de evitar acidentes por contacto simultâneo entre dois elementos (massas ou elementos metálicos com contacto com os condutores ou as massas) a diferentes tensões (logo potencial), evitando assim uma diferença de potencial que no caso de distribuição e transporte de energia pode ser fatal. Desta forma temos de nos certificar que todos os elementos possíveis de contacto estão ao mesmo potencial, para isso, temos de ligar o neutro da rede de distribuição directamente à terra e as massas ligadas ao neutro (sistema TN) evitando assim contactos indirectos (segundo o artigo 13º). O regulamento (artigo 134º) ainda exige que não existam extensões com mais de 300m sem que o neutro se encontre ligado à terra, numa canalização principal, sabendo que o máximo de comprimento que temos na nossa Urbanização Novo Rumo Página 1

23 instalação é próximo de 170m (entre o PT1 e AD1.3) não existe necessidade de colocar ligações intermédias nas canalizações. Segundo o artigo 138º os condutores de terra devem ser de cobre, aço galvanizado ou outro material capaz de resistir à corrosão do terreno e que tenha uma boa condutividade eléctrica. Já o artigo 139º diz que em caso de um condutor de terra de cobre a secção mínima é 16mm. Partindo destes dois artigos podemos obter a intensidade de corrente de defeito franco máximo para a secção de 16mm : t S = α θ = 1 1o 4 = 080A Assim verificamos que =080A são suficientes para as situações aplicadas no nosso trabalho, logo iremos utilizar os cabos VV 16mm para os condutores de terra. Quanto às ligações às terras servem, por exemplo, para evitar as tensões de passo que são perigosas à superfície. Estes condutores devem ser isolados, dotados de duas bainhas ou de bainha reforçada, com características mecânicas não inferiores às da classe M5, mas não possuam bainha metálica, armadura ou blindagem (artigo 147º do R.S.R.D.E.E.B.T.). No que diz respeito a protecções de instalações tivemos de ter em atenção o artigo 17º do R.S.R.D.E.E.B.T. (protecções contra sobreintensidades) estas devem ser feitas através de fusíveis ou disjuntores, com características adequadas, e o neutro não deverá possuir qualquer aparelho de protecção. Neste trabalho foram usados apenas fusíveis NH da Siemens, de categoria de utilização gg, por isso, foram tidas em conta as seguintes condições exigidas pelo artigo 18º do mesmo regulamento: Urbanização Novo Rumo Página

24 f s 1, 45 n z z Na protecção contra sobretensões como se usa uma rede subterrânea não necessita de protecção na rede, o grupo apenas considera que seria aconselhável a instalação de um pára-raios no bloco B1 ou B, visto serem os prédios mais elevados. Logo esta instalação deveria ter um eléctrodo de terra, que servirá também de ligação do neutro à terra da rede de distribuição (segundo o artigo 16º do R.S.R.D.E.E.B.T.), tendo em consideração que para o correcto funcionamento este eléctrodo deve possuir um valor baixo de resistência de terra. Obviamente o valor da resistência destes cabos deve ser sempre o mais baixo possível (inferior a 5Ω) e enterrados em terrenos húmidos (artigo 146º do mesmo regulamento). Para uma correcta protecção contra curto circuitos, temos de verificar a corrente de curto-circuito mínima da instalação. Segundo o artigo 130º do R.S.R.D.E.E.B.T. os aparelhos de protecção contra curto-circuitos dêem ter intensidade nominal que deverá ser determinada de modo a que a corrente de curto-circuito seja cortada antes da canalização atingir a sua temperatura limite. Assim um correcto dimensionamento deve cumprir as seguintes condições: S t ft = K n cc min cc min = 1,5 n 0º C 0º C [ ( Rfase _ i + Rneutro _ i ) L] i= 1 0,95 U S tft = k Sn cc min Onde: Urbanização Novo Rumo Página 3

25 t ft tempo de corte do aparelho de protecção com máximo de 5s (em segundos) k constante cujo valor varia com o tipo de material (toma o valor 74 para cabos de alumínio isolados a PVC) S secção dos condutores (em milímetros quadrados) cc corrente de curto-circuito mínima, corrente que resulta de um curto- -circuito franco verificado no ponto mais afastado da rede considerada U s tensão simples (30V) R resistência do condutor (fase ou neutro) por unidade de comprimento a 0ºC L comprimento do cabo Tendo em conta que usamos cabos com a mesma secção para os condutores de fase e para o neutro temos a resistência da fase e do neutro são iguais. Desta forma teríamos um problema pois existiriam duas protecções no mesmo local com diferentes poderes de corte (tornando-se inevitavelmente um deles desnecessário), para isso o artigo 13º do regulamento R.S.R.D.E.E.B.T. indica que caso a protecção contra sobrecargas possuir um poder de corte igual ou superior à corrente de curto-circuito previsível esta deverá ser a escolhida, pois assegura também a protecção contra curto-circuitos a jusante. Mas caso não se verificar a condição referida, temos de confirmar se as curvas de funcionamento do aparelho de protecção contra curto-circuito são tais que, para uma sobreintensidade superior ao poder de corte do fusível contra sobrecargas, o tempo de funcionamento do fusível a curto-circuitos é inferior ao da protecção contra sobrecargas..7. Dimensionamento Para fazermos o dimensionamento de toda a rede pretendida, foi realizado em primeira análise a localização dos ADs, PTs e as linhas, com conseguinte Urbanização Novo Rumo Página 4

26 distribuição de cargas por PT. Desta forma foi possível ter uma ideia da distribuição para depois podermos verificar a viabilidade da solução. Como era previsível foram feitas diversas alterações ao longo da realização deste projecto. Assim sendo apresentamos os cálculos para a solução final obtida, mas para evitar repetição de cálculos apresentamos como exemplo o cálculo do cabo entre o PT1 e AD 1.1. s S = 3 U s 150, s = = 18, s ntensidade de corrente de serviço; S Potência total da carga a jusante do cabo (no exemplo é constituído pelas cargas alimentadas pela saída 1), é a multiplicação da potência contratada pelo factor de potência tendo em consideração o tipo de carga (habitações, serviços comuns ou espaços comerciais); [ A] Us Tensão simples (no caso da rede de BT é 30V) Com a obtenção da intensidade de corrente de serviço temos de dimensionar os fusíveis tendo em conta que a intensidade de corrente nominal deste (n) tem de ser superior à intensidade de corrente de serviço, pois caso contrário este estava sempre a estourar e inviabilizava o cabo deixando de alimentar as cargas. Sabendo o fusível a aplicar em cada cabo, sabemos também o valor da intensidade de corrente convencional de funcionamento do fusível (f) através das tabelas de fusíveis (apresentada a seguir). Urbanização Novo Rumo Página 5

27 Corrente nominal, correntes fusível n f Tabela 7: Características dos fusíveis a utilizar Seguidamente obtemos o valor da intensidade de corrente admissível mínima (z ), que é obtido através da seguinte formula: Z Z f = 1,45 = 400 1,45 = 75,9 [ A] Como foi referido anteriormente vamos usar cabos com as três fases mais neutro, e como em quase todas as valas iriam ser usados dois cabos deste género foi utilizado um valor para o factor de correcção (fc) de 0,9 como indicado pela tabela apropriada. z z z Z = 310 = 310 [ A] > = 75,9[ A] Z [ A] S = 150[ mm ] Urbanização Novo Rumo Página 6

28 Após obtido este valor podemos escolher o cabo, tendo em atenção que o valor da intensidade de corrente máxima admissível na canalização (z) tem de ser superior a z. Por estas razões obtivemos os valores para as secções mínimas dos cabos a utilizar em cada troço. Faltava então obter as quedas de tensão entre o PT e os focos de consumo. Para esse cálculo o grupo decidiu separar em duas parte: desde o PT e até cada AD; entre o AD e as cargas alimentadas directamente por este. Para facilitar foi considerado (em especial nas moradias) a maior distância verificada entre o PT e as mesmas, pois este é o pior caso. Segundo os regulamentos temos como valor máximo de queda de tensão de 8.5% numa rede de distribuição, mas foi considerado, para a realização deste trabalho, um valor inferior (5%) para aumentar a qualidade de serviço. Pela mesma razão e tendo em conta que separamos os cálculos em dois, o grupo determinou que entre o PT e os ADs poderia existir no máximo uma queda de tensão de 4%, ficando 1% para a ligação do AD à carga. Assim sendo tornou-se necessário efectuar aumentos de secção, pois cabos de maior secção possuem menor resistência, capacidade para suportar maiores valores de intensidade de corrente e melhor facilidade de arrefecimento, logo permitem melhorar não só a qualidade de serviço, através da diminuição da queda de tensão, mas também através da possibilidade de aumento da carga sem que este seja posto em causa. Depois de se realizar os estudos económicos foram efectuados mais aumentos de secção, aumentos estes apresentados a vermelho, e que por diminuírem as quedas de tensão vão ser apresentadas as tabelas já com as alterações. Como é natural as secções de todas as tabelas apresentadas a seguir vem em mm. Urbanização Novo Rumo Página 7

29 U = R L 70º C s R L U 70º C [ V] U = 100 [%] s n U 0, ,4 = = 6,00 18,51 0, ,4 18,51 30 [ V] U = 100=,61 [%] Quando obtivemos as secções dos cabos finais, verificamos se a protecção contra curto-circuitos era cumprida. Para não se verificar, nas curvas de fusão dos fusíveis, todas as correntes de curto-circuitos obtidas decidimos usar a corrente de curto-circuito mínima de toda a urbanização para cada corrente nominal de fusível, e comparar o tempo de fusão do fusível originado por essa corrente. sto porque, ao verificar com a corrente de curto-circuito mais baixa verificará também a do cabo. Mas houve dois cabos que não verificaram (cabo entre o PT e AD.4 e AD.5 estes usam o mesmo fusível, por isso, também utilizamos o valor mais baixo destes), por isso, acrescentamos na tabela os valores reais encontrados. Mas antes vamos apresentar os cálculos necessários para o exemplo escolhido: R t 0º C cc min ft [ Ω ] = 0,164 km 0,95 30 = 139,4 1,5 0, = ,4 = 18,46 [ s] = 3186,4 [ A] Agora torna-se necessário verificar no ábaco dos fusíveis o tempo de fusão do fusível de n=50ª para a corrente de valor eficaz, pois o ábaco relaciona a corrente de curto-circuito mínimo em valor eficaz com o tempo de fusão: 3186,4 cc min ( ef ) = = 53, 1 [ A] No ábaco lê-se então t ap =0,9s. Com este valor temos agora de confirmar se as condições são compridas (valores em segundos): Urbanização Novo Rumo Página 8

30 t ap < t t < 5s ft ap 0,9< 18,46 0,9< 5 Como se verifica este fusível está bem dimensionado também contra curtocircuitos para esta canalização. A tabela que apresenta as leituras dos tempos de fusão dos fusíveis está apresentada em baixo (sempre que os valores não apareciam no ábaco por a corrente ser demasiado elevada foi utilizado o valor mínimo de t ap =0,01[s]): n cc [A] cc eficaz [A] t ap [s] 1.454,1 1735,3 0, ,6 1318,5 0, ,1 1735,3 0, ,5 537,1 0, ,5 848, 0, ,8 580,8 0, ,0 147,7 0, ,7 1374,4 0, ,3 1747,5 0, ,4 1769,5 0, ,1 3749,9 0, ,7 1691,9 1, ,9 539,3 0, ,4 53,1 0, , , 0, ,7 539,9 0,01 Tabela 8: Tempo de fusão dos fusíveis para o valor de corrente correspondente Urbanização Novo Rumo Página 9

31 Desta forma foi possível chegar aos seguintes resultados: PT 1 Saída AD AD AD AD s (A) n f z z Secção Secção U (A) (A) (A) (A) (mínima) (escolhida) (%) 18, , ,61 103, , , , , , , , ,88 97, , , , , , , , ,65 191, , , , , , , , ,1 109, , ,0 77, , , , , ,50 174, , ,77 84, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,46 Tabela 9: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão das saídas do PT1 Urbanização Novo Rumo Página 30

32 PT Saída AD AD s (A) n (A) f (A) z Secção Secção z (A) (A) (mínima) (escolhida) U (%) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,84 Tabela 10: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão das saídas do PT PT 3 Saída AD AD AD AD s (A) n (A) f (A) z (A) z (A) Secção (mín.) Secção (esc.) U (%) 196, , , , , , , , , , , ,5 40, , ,5 19, , , , , , , , , , , , , , ,44 18, , ,77 96, , , , , , , , , , , ,34 Tabela 11: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão das saídas do PT3 Urbanização Novo Rumo Página 31

33 Tipo (cada saída) s (A) n f z z Secção Secção U (A) (A) (A) (A) (mínima) (escolhida) (%) T 4 0, , ,8 T 5 5, , ,79 A1 e A: T 3 (QG + SC) 67, , ,18 A3 e A4: T 4 (QG + SC) 73, , ,39 A3: Café 5, , ,6 A3: Restaurante 30, , ,31 A4: Clínica 40, , ,16 B1 e B: T / T3 (QG + SC) 14, , ,4 B1: EC 50 10, , ,16 B1: EC 80 40, , ,1 B: EC 90 15, , ,3 C1 a C4: T 3 (QG + SC) 83, , ,98 C1 a C4: EC 110 0, , ,00 C5 e C6: T / T1 (QG+ SC) 111, , ,30 C5: EC 55 10, , ,0 C6: nfantário 40, , ,8 E1 a E7: T 3 (QG + SC) 107, , ,54 Tabela 1: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão das saídas dos ADs Urbanização Novo Rumo Página 3

34 Com as seguintes condições de protecção contra curto-circuitos: PT 1 Saída AD AD AD AD cc (min) [A] t ft [s] t ap [s] t ap <t ft? t ap <5s? 3.186,4 18,459 0,6 Aceite Aceite 6.89,0 1,040 0,05 Aceite Aceite ,0 0,901 0,06 Aceite Aceite ,3 0,37 0,01 Aceite Aceite ,7 0,76 0,05 Aceite Aceite ,9 1,094 0,06 Aceite Aceite ,,554 0,06 Aceite Aceite 15.50,4 0,778 0,01 Aceite Aceite.557,8 4,101 0, Aceite Aceite ,0 1,646 0,015 Aceite Aceite ,9 0,850 0,01 Aceite Aceite ,1 0,974 0, Aceite Aceite ,7 3,64 0,06 Aceite Aceite.39,7 3,737 1,1 Aceite Aceite 5.066,8 1,95 0,05 Aceite Aceite ,9,870 0,01 Aceite Aceite ,5 3,109 0,06 Aceite Aceite ,3 8,09 0,05 Aceite Aceite ,6 6,698 1,1 Aceite Aceite ,8 6,881 1,1 Aceite Aceite ,4 0,451 0,01 Aceite Aceite Tabela 13: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas do PT1 Urbanização Novo Rumo Página 33

35 PT Saída AD AD cc (min) [A] t ft [s] t ap [s] t ap <t ft? t ap <5s? ,9 11,98 0,6 Aceite Aceite ,3 9,304 1,1 Aceite Aceite , 1,8 0,01 Aceite Aceite , 1,714 0,05 Aceite Aceite ,4 0,337 0,01 Aceite Aceite ,5 0,709 0,6 Aceite Aceite ,7 3, 0,01 Aceite Aceite ,3 0,991 0,05 Aceite Aceite Tabela 14: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas do PT PT 3 Saída AD AD AD AD cc (min) [A] t ft [s] t ap [s] t ap <t ft? t ap <5s? 3.39,4 16,907 0,6 Aceite Aceite ,5 3,38 0,05 Aceite Aceite , 3,770 0,05 Aceite Aceite ,4 1,541 0,05 Aceite Aceite 6.016,9 3,403 0,6 Aceite Aceite 5.303,1 1,757 0,05 Aceite Aceite ,5 0,713 0,05 Aceite Aceite ,6 1,109 0,015 Aceite Aceite ,4 4,85 0, Aceite Aceite ,5 0,778 0,015 Aceite Aceite 3.915,5 5,143 1,1 Aceite Aceite 1.519,9 0,171 0,05 Aceite Aceite ,6 0,848 0,015 Aceite Aceite ,0 1,036 0,05 Aceite Aceite ,7 0,804 0,015 Aceite Aceite Tabela 15: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas do PT3 Urbanização Novo Rumo Página 34

36 Tipo (cada saída) cc (min) [A] t ft [s] t ap [s] t ap <t ft? t ap <5s? T 4 97,8 1,69 0,01 Aceite Aceite T ,5,379 0,01 Aceite Aceite A1 e A: T 3 (QG + SC) ,5 0,138 0,06 Aceite Aceite A3 e A4: T 4 (QG + SC) 7.151,3 0,55 0,06 Aceite Aceite A3: Café 3.649,8 0,504 0,01 Aceite Aceite A3: Restaurante 3.649,8 0,504 0,01 Aceite Aceite A4: Clínica 9.476,6 0,15 0,01 Aceite Aceite B1 e B: T / T3 (QG + SC).516, 0,43 0,05 Aceite Aceite B1: EC ,1 0,33 0,01 Aceite Aceite B1: EC ,1 0,61 0,01 Aceite Aceite B: EC ,1 0,33 0,01 Aceite Aceite C1 a C4: T 3 (QG + SC) 3.40,5,555 0,05 Aceite Aceite C1 a C4: EC ,5,430 0,01 Aceite Aceite C5 e C6: T / T1 (QG+ SC) 13.99,5 0,406 0, Aceite Aceite C5: EC ,6 0,403 0,01 Aceite Aceite C6: nfantário 5.497,9 0,453 0,01 Aceite Aceite E1 a E7: T 3 (QG + SC) 7.54,4 0,873 0, Aceite Aceite Tabela 16: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas dos ADs.8. Estudo económico O estudo económico de uma instalação eléctrica comporta vários custos. Estes custos pretendem incluir todos os custos inerentes a esta prática, desde a instalação (material e mão-de-obra) à exploração (perdas e manutenção). sto provoca um problema que é: a empresa que instala é a que vai utilizar as instalações, ou seja, quem tem os custos de investimento é a mesma que vai ter os custos de operação? Trata-se de um problema pois por norma quem instala pretende ter o maior lucro logo não tem em conta os custos de operação. Esta diferença pode ser demonstrada pelo gráfico seguinte: Urbanização Novo Rumo Página 35

37 Gráfico 1. Custo de instalação + custo de exploração Facilmente se percebe a razão deste gráfico: quanto maior a secção maior o investimento inicial, mas teremos menores perdas logo menores custos de exploração, sendo o custo total a soma dos dois. C TOTAL = C inv (S) + C exp (S) Considerando: C total Custo total C inv Custos de investimento inicial C exp Custos de exploração Desta forma pretendemos fazer uma instalação com uma preocupação em ambas as vertentes, mas tendo em conta ainda os parâmetros técnicos. Por esta razão os valores escolhidos para as secções dos cabos podem diferir dos da secção económica. Para além desta razão também não temos conhecimento total dos valores que devem ser atribuídos, pois tratam-se de valores no âmbito económicofinanceiro dos quais não temos conhecimento completo. Urbanização Novo Rumo Página 36