Ligações de Motores nas Redes de Distribuição de Energia Elétrica

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3 Distribuição de Energia Elétrica Revisão 05 0/013 NORMA ND.5

4 ELEKTRO Eletricidade e Serviços S.A. Diretoria de Operações Gerência Executiva de Engenharia, Planejamento e Operação Rua Ary Antenor de Souza, 31 Jd. Nova América Campinas SP Tel.: (19) Site: ND.5 Distribuição de Energia Elétrica Campinas SP, páginas

5 Aprovações Álvaro Luiz Murakami Gerente Executivo de Engenharia, Planejamento e Operação Rodrigo Teodoro Bilia de Moraes Gerente de Expansão e Preservação de Redes

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7 Elaboração Clarice Itokazu Oshiro Edmilson Landenberger Menegatti José Carlos Paccos Caram Junior Juracy Pereira Mamede ND.5 Página 5 Revisão 05 0/013

8 À ELEKTRO é reservado o direito de modificar total ou parcialmente o conteúdo desta norma, a qualquer tempo e sem prévio aviso considerando a constante evolução da técnica, dos materiais e equipamentos bem como das legislações vigentes. Página 6 Revisão 05 0/013

9 ÍNDICE CONTROLE DE REVISÕES OBJETIVO CAMPO DE APLICAÇÃO DEFINIÇÕES REFERÊNCIAS NORMATIVAS Legislação Normas técnicas brasileiras Normas técnicas da ELEKTRO CONDIÇÕES GERAIS Flutuações rápidas de tensão Motores de indução assíncronos Motor de indução trifásico com rotor bobinado Motor de indução trifásico com rotor gaiola Motor de indução monofásico Características técnicas Regime de serviço (REG) Classe de isolação térmica Código de partida (COD) Categoria Características de partida Partida a plena tensão Partida de tensão reduzida Partida de motor monofásico Dispositivos de partida com tensão reduzida Chave estrela-triângulo (CET) Chave compensadora (CAT) Chave série - paralela (CSP) Partida com resistência - reator (CRX) Partida de motores monofásicos... 1 Página 7 Revisão 05 0/013

10 6 CONDIÇÕES E ORIENTAÇÕES ESPECÍFICAS Limitações de atendimento Tensão secundária Tensão primária Potência de partida Limites de flutuação de tensão Impedâncias dos elementos da rede Transformadores de distribuição Redes de distribuição primárias e secundárias Fator de potência Procedimentos para análise do atendimento Levantamento de dados Análise do atendimento Atendimento a mais de um motor Medidas preventivas e corretivas TABELAS ANEXOS Página 8 Revisão 05 0/013

11 CONTROLE DE REVISÕES Revisão Data Descrição Revisão e atualização do documento às diretrizes do SGQ e ao modelo F-SGQ-010. Revisão de forma e atualização dos valores de queda de tensão porcentual definidos nas tabelas 1, 13 e 14. Página 9 Revisão 05 0/013

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13 1 OBJETIVO Apresentar os critérios básicos e subsídios técnicos necessários, para elaboração do estudo de viabilidade de ligação de motores nas redes de distribuição da ELEKTRO, bem como as medidas preventivas e corretivas que podem ser implementadas, a fim de minimizar as perturbações e preservar a qualidade do fornecimento de energia elétrica aos demais consumidores por ela supridos. CAMPO DE APLICAÇÃO Os critérios estabelecidos nesta norma aplicam-se aos estudos e análises técnicas de viabilidade de ligação e partidas de motores de indução assíncronos nas redes de distribuição, quer na tensão primária de 13,8 kv e 34,5 kv ou na tensão secundária de 0/17 V e 440/380 V. 3 DEFINIÇÕES 3.1 barra qualquer ponto significativo do sistema em que se queira destacar qualquer grandeza elétrica. 3. barramento infinito é uma barra do sistema que possui potência de curto-circuito infinita, na qual não existem variações de tensão ou de frequência. 3.3 flicker é a impressão visual de uma variação na luminosidade, regular ou não, podendo, dependendo do grau, causar irritações à visão do ser humano. 3.4 potência nominal P n é a potência que o motor pode fornecer, dentro de suas características nominais, em regime contínuo. 3.5 tensão nominal V n é a tensão da rede para qual o motor foi projetado. Por norma o motor deve ser capaz de funcionar satisfatoriamente quando alimentado com tensões de 10% acima ou abaixo de sua tensão nominal, desde que sua frequência seja a nominal. 3.6 velocidade nominal N n é a velocidade que o motor atinge em regime permanente à potência nominal, sob tensão e frequência nominais. Página 11 Revisão 05 0/013

14 3.7 conjugado mecânico conhecido também como torque, esta grandeza traduz o esforço que o motor deve ter para movimentar seu eixo, e varia com a velocidade, contendo instantes distintos desde a partida até o regime. 3.8 conjugado nominal C n é aquele que o motor desenvolve, à potência nominal, quando submetido à tensão e frequência nominais. 3.9 conjugado de partida C p conhecido também como conjugado de arranque ou de rotor bloqueado é aquele desenvolvido pelo motor durante a partida, sob condições nominais de tensão e frequência conjugado básico CB é aquele conjugado quando a máquina aciona nominal a velocidade nominal (N n ) conjugado máximo C máx é o conjugado de maior valor produzido pelo motor, nas condições nominais de tensão e frequência, sem variações bruscas de velocidade e deve ter um valor elevado, capaz de assimilar satisfatoriamente os eventuais picos de, e também, manter a velocidade angular num valor razoável, quando da ocorrência de quedas de tensão no sistema de suprimento. 3.1 conjugado mínimo C mín é o menor valor de conjugado desenvolvido pelo motor, desde a velocidade zero até a velocidade correspondente ao conjugado máximo sendo que na partida, este valor não pode ser muito pequeno, senão a mesma será mais demorada, sobreaquecendo o motor, especialmente nos casos de alta inércia, ou partida com tensão reduzida conjugado de aceleração CA é aquele que o motor desenvolve desde a velocidade zero, até a velocidade em regime velocidade síncrona N s é a velocidade de rotação do campo magnético girante NOTA Uma das características do motor de indução trifásico é permitir, dependendo dos aspectos construtivos, uma variedade de velocidades admissíveis. Página 1 Revisão 05 0/013

15 3.15 escorregamento S é a diferença entre a velocidade síncrona (N s ) e a velocidade real do motor, expressa em porcentagem da velocidade síncrona conjunto dos valores das grandezas elétricas e mecânicas que caracterizam as solicitações impostas a uma máquina, em dado instante, por um circuito elétrico ou um dispositivo mecânico funcionamento em vazio estado de funcionamento de uma máquina girando à velocidade nominal e sob condições nominais, mas sem fornecer potência partida passagem de uma máquina do estado de repouso à velocidade de regime, incluindo energização, arranque, aceleração e, se necessário, a sincronização com a fonte de alimentação arranque estado de funcionamento de uma máquina, no instante em que ela passa do estado de repouso ao de movimento. 3.0 aceleração estado de funcionamento de uma máquina compreendido entre o arranque e a velocidade de regime. 3.1 flutuação de tensão é uma variação aleatória, repetitiva ou esporádica do valor eficaz da tensão. 3. tensão de alimentação é a tensão efetivamente recebida pelo consumidor, no ponto de entrega de energia, em condições normais de operação do sistema. 3.3 queda de tensão qualquer redução verificada no nível de tensão produzida pela ligação de s no sistema. Página 13 Revisão 05 0/013

16 4 REFERÊNCIAS NORMATIVAS 4.1 Legislação BRASIL. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST, Módulo 8 Qualidade da Energia Elétrica. Disponível em: < Acesso em: 18 out Normas técnicas brasileiras ABNT NBR 5410, Instalações elétricas de baixa tensão. ABNT NBR 14039, Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kv à 36, kv. ABNT NBR 5440, Transformadores para redes aéreas de distribuição Requisitos. ABNT NBR 5457, Terminologia para máquinas elétricas girantes. ABNT NBR 7094, Máquinas elétricas girantes - Motores de indução Especificação. ABNT NBR 9884, Máquinas elétricas girantes Graus de proteção proporcionados pelos invólucros. 4.3 Normas técnicas da ELEKTRO ND.10, Fornecimento de energia elétrica em tensão secundária a edificações individuais Norma. ND.1, Redes Protegidas Compactas Critérios para projetos e padronização de estruturas Norma. ND.0, Instalações consumidoras em tensão primária de distribuição de energia elétrica Norma. ND.1, Projetos de redes aéreas rurais de distribuição de energia elétrica Norma. ND., Projetos de redes aéreas urbanas de distribuição de energia elétrica Norma. ND.5, Projetos de redes aéreas isoladas e protegidas de distribuição de energia elétrica Norma. ND.53, Ligações de Cargas de Irrigação nas Redes de Distribuição de Energia Elétrica. 5 CONDIÇÕES GERAIS Para a análise de atendimento, em regime normal de funcionamento, deve ser avaliada basicamente, os efeitos dessa adicional em relação à disponibilidade da rede (primária e/ou secundária), transformador de distribuição, níveis de tensão, etc. A partida de um motor de indução assíncrono necessita também de uma análise bem criteriosa, por absorver da rede uma corrente elevada, que provoca variações de tensão no circuito secundário ou primário no qual será ligado. A análise compreende a avaliação e a definição até que valor essa variação de tensão pode ser considerada não prejudicial, sem provocar reflexos indesejáveis às demais s ligada na rede, bem como a necessidade ou não de aplicação de medidas corretivas. Como a ligação de um motor pode envolver a realização de serviços na rede, com a participação do consumidor, torna-se oportuna, a fim de conciliar os interesses mútuos, delinear as responsabilidades das partes envolvidas. Página 14 Revisão 05 0/013

17 O consumidor interessado na ligação de equipamento desse tipo deve: dimensionar a sua rede elétrica interna, em conformidade com as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a fim de que as instalações projetadas tenham capacidades adequadas e proporcionem queda de tensão mínima; fornecer todas as informações necessárias para a ELEKTRO efetuar a análise técnica do fornecimento, inclusive catálogos e demais informações técnicas referentes aos equipamentos; aterrar todas as carcaças dos motores; dotar os motores de proteções previstas nas normas ND.10 ou ND.0 se o consumidor for atendido em tensão secundária ou primária, respectivamente; dimensionar a potência do motor e definir o dispositivo de partida requerido pelo equipamento; respeitar os critérios e exigências da ELEKTRO para a ligação. Além dos aspectos relacionados anteriormente é sempre recomendável, sob os aspectos técnicos, que o consumidor observe também os quesitos expostos a seguir: evitar partidas simultâneas dos motores; evitar a partida dos motores no período de máxima do sistema (18 h às 1 h); a instalação do motor deve ser suprida por circuito diretamente derivado do quadro de distribuição geral interno do consumidor, a fim de minimizar as interferências sobre outras s e para manter as condições ideais para o seu próprio funcionamento; realizar consulta prévia a ELEKTRO antes de adquirir o motor. 5.1 Flutuações rápidas de tensão Durante a partida de um motor de indução assíncrono os equipamentos instalados ao longo da rede de distribuição estão sujeitos à perturbações devido a queda de tensão ocasionada pela corrente de partida, que atingem valores de cinco a oito vezes a corrente nominal. Em função das condições da rede e da localização do motor, essa queda de tensão momentânea pode atingir valores elevados e provocar vários tipos de perturbações às s, tais como: flicker nas s de iluminação; desligamento das lâmpadas de vapor de mercúrio utilizadas em iluminação pública; o não acionamento dos contadores das chaves de partida do próprio motor, quando são utilizadas na comutação automática das chaves compensadora, série-paralela ou estrela-triângulo; perda de rotação do motor ou até parada de outros motores ligados à linha; tempo de partida do motor muito elevado, podendo causar sobreaquecimento e prejudicar a segurança e vida útil do motor; nos casos onde são utilizadas chaves redutoras de tensão de partida, o conjugado de partida do motor poderá tornar-se menor que o conjugado resistente (). Neste caso o motor permanecerá bloqueado causando sobreaquecimento ou mesmo a queima do motor. 5. Motores de indução assíncronos É assíncrono por ter a velocidade do rotor inferior a do campo magnético girante do estator. Estes motores podem ser basicamente dos seguintes tipos: - Trifásicos Página 15 Revisão 05 0/013

18 com rotor gaiola ou de curto-circuito; com rotor bobinado ou de anéis. - Monofásicos rotor gaiola - fase dividida partida a resistência; rotor gaiola - fase dividida partida a capacitor; pólo sombreado ou fendido; universal. Os motores assíncronos com rotor gaiola são os mais utilizados nas indústrias e oficinas, bem como os mais susceptíveis de provocar flicker na rede de distribuição, durante a partida. Portanto, este tipo de motor será abordado de forma mais detalhada nesta Norma, de modo viabilizar a sua ligação sem afetar a qualidade do fornecimento aos demais consumidores ligados na rede Motor de indução trifásico com rotor bobinado O motor de indução trifásico com rotor bobinado, difere do gaiola somente em relação ao rotor, pois este em lugar de barras de cobre, tem enrolamentos análogos ao do estator, que são fechados externamente por meio de anéis e escovas a um reostato externo. Pela variação da resistência do reostato, podemos reduzir a corrente de partida e controlar dentro de certos limites a velocidade do rotor e o conjugado de partida. Em função das características apresentadas do motor de indução trifásico com rotor bobinado, a partida do mesmo não deve provocar flutuações de tensão indesejáveis à rede de distribuição. Os estudos de atendimento desse tipo de motor deve ser avaliado os efeitos ocasionados à rede devido ao aumento de, ou seja, queda de tensão, carregamento do transformador e dos condutores. Os diagramas de ligações de motores de indução trifásicos com rotor bobinado são mostrados no Anexo B. 5.. Motor de indução trifásico com rotor gaiola É um motor que trabalha com velocidade praticamente constante, com um escorregamento muito pequeno quando a vazio. Aplicando no motor, torna-se necessária uma corrente maior para produzir o conjugado necessário, o que provoca uma diminuição da velocidade do rotor e consequentemente o aumento do escorregamento, que em condições nominais é da ordem de 6%. Com o motor em vazio, circula pelo estator uma corrente de pequeno valor necessária para manter o campo magnético girante, suprir as perdas por histerese, correntes parasitas e perdas mecânicas. Em relação ao fator de potência podemos destacar: em vazio, o motor representa para o sistema uma altamente indutiva e o fator de potência nessas condições é muito pequeno, da ordem de 0,0 a 0,30; em condições nominais (plena ), o fator de potência alcança seu valor máximo que dependendo da potência do motor, varia entre 0,70 e 0,90. As características típicas dos motores de indução trifásicos com rotor gaiola são apresentadas na Tabela 4 a Tabela 7. Página 16 Revisão 05 0/013

19 5..3 Motor de indução monofásico Os tipos mais comuns de motores monofásicos são: a) Motor de fase dividida - partida a resistência Esse motor apresenta baixo conjugado de partida e corrente de partida elevada, que cai rapidamente com a aceleração do motor. São fabricados normalmente para potências inferior a 1 cv. b) Motor de fase dividida - partida com capacitor Esse motor apresenta um conjugado de partida elevado com corrente de partida atenuada, decorrente da instalação do capacitor no enrolamento auxiliar. Sua potência é de até 10 cv, normalmente. c) Motor de pólo sombreado ou fendido São fabricados para potências inferiores a 1 cv e possui rendimentos muito baixos. d) Motor universal A velocidade é regulada através de um reostato em série ao enrolamento do estator. São fabricados normalmente para potências de até 3/4 cv. 5.3 Características técnicas Regime de serviço (REG) É o grau de regularidade da a que o motor é submetido. Os motores normais são projetados para regime contínuo, em que a é constante por tempo indefinido, e igual à potência nominal do motor Classe de isolação térmica É a classificação da máquina elétrica quanto à limitação de temperatura que os materiais podem suportar em regime contínuo sem afetar as suas características isolantes. Está apresentada na Tabela Código de partida (COD) É indicado por uma letra que representa o valor da corrente absorvida com o rotor bloqueado quando alimentado com tensão nominal. O valor referente ao código é dado por: kva cv 3 V I P 100 p Sendo: I p corrente de partida ou de rotor bloqueado; P potência do motor, em cv. Os códigos e valores padronizados estão na Tabela Categoria Os motores elétricos são classificados em categorias conforme suas características de conjugado em relação à corrente de partida e a velocidade. As categorias padronizadas são as seguintes: Página 17 Revisão 05 0/013

20 categoria N conjugado de partida normal, corrente de partida normal e baixo escorregamento; categoria H conjugado de partida alto, corrente de partida normal e baixo escorregamento; categoria D conjugado de partida alto, corrente de partida normal e alto escorregamento (superior a 5%). As curvas conjugado x velocidade das categorias são mostrados no Anexo F. 5.4 Características de partida Partida a plena tensão Para motores de indução trifásicos com rotor em gaiola de potência até 5 cv a partida direta a plena tensão deve ser evitada a fim de minimizar as flutuações de tensão da rede. É necessária uma análise técnica da rede, a fim de verificar se as flutuações de tensão não superam os valores admissíveis. No Anexo C são mostrados os diagramas de ligação de um motor com partida a plena tensão Partida de tensão reduzida A elevada corrente que ocorre na partida dos motores trifásicos com rotor gaiola podem causar quedas de tensão, nas redes de distribuição, em níveis indesejáveis, ocasionando, portanto, perturbações no sistema. Para diminuir esta corrente, normalmente utiliza-se dispositivo para reduzir a tensão nos enrolamentos do motor no instante de partida. Para o funcionamento adequado dos dispositivos de partida dos motores, deve-se atentar para os seguintes aspectos: quando houver conjugado resistente de durante a partida, o mesmo deve ser menor que o conjugado de partida do motor de forma que a aceleração, até a uma rotação próxima a nominal, ocorra em tempo suficiente para não prejudicar a vida útil do motor; o tempo de comutação da chave de partida, da tensão reduzida para tensão de rede, deve ser dimensionado para permitir a aceleração do motor até a aproximadamente 90% da rotação nominal; o tempo de comutação deve ser de até 10 s. Ressaltamos que não podemos diminuir muito a tensão de partida, uma vez que o conjugado de partida do motor é proporcional ao quadrado da tensão aplicada. C p k V Sendo: C p conjugado de partida; k constante; V tensão aplicada ao motor. Os equipamentos para partida de motores utilizados com maior frequência, para esta finalidade são: chave estrela-triângulo; chave compensadora de partida; chave série-paralela; Página 18 Revisão 05 0/013

21 partida com resistência Partida de motor monofásico Motores monofásicos universais caracterizam-se por apresentar conjugados elevados de partida e corrente de partida normal. A inclusão de um reostato em série ao enrolamento do estator, além de possibilitar o controle da velocidade e partidas suaves, atenua a corrente de partida. Motores monofásicos com rotor gaiola solicitam na partida uma corrente da ordem de 5 a 8 vezes a nominal do mesmo. Apesar de solicitar uma corrente de tal intensidade na partida, os motores monofásicos de fase dividida (partida com resistência) e os de pólo sombreado ou fendido, por serem de baixas potências, normalmente não ocasionam flutuações de tensão fora dos valores permissíveis. Os motores monofásicos de fase dividida (partida com capacitor), com potências de até 10 cv, são os que requerem maiores cuidados na partida. Portanto, em função das suas características de operação e a fim de evitar flutuações excessivas de tensão, a sua ligação diretamente às redes secundárias de distribuição, estão limitadas as seguintes potências: fase neutro: até 1 cv; fase fase: até 3 cv. Considerando que os motores monofásicos com partida com capacitor geralmente são fabricados com duas tensões, 110/0 V, até 3 cv e para potências maiores nas de 0/440 V ou 54/508 V, para minimizar os efeitos da partida é sempre recomendável que os de potência a partir de 1 cv, inclusive, sejam ligados à rede entre fases (0 V). Os motores de potências superiores, para reduzir a elevada corrente inicial e a perturbação na rede elétrica, devem ser aplicados dispositivos de partida. 5.5 Dispositivos de partida com tensão reduzida Chave estrela-triângulo (CET) Para utilização da partida com chave estrela-triângulo é necessário que o motor tenha possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, 0/380 V, 380/660 V ou 440/760 V, e ter no mínimo seis bornes de ligações acessíveis. As tensões indicadas na placa do motor devem ter uma relação de 3, onde o menor valor deve coincidir com a tensão da rede, e com a tensão em triângulo do motor. Na ligação estrela, a corrente da linha fica reduzida a 1/3 em relação à ligação triângulo, ou seja, aproximadamente 33%. A curva do conjugado do motor também é reduzida na mesma proporção, portanto a partida estrela-triângulo pode ser usada quando a curva de conjugado é suficientemente elevada para garantir a aceleração do motor, portanto com o conjugado resistente da menor que o conjugado de partida do motor. A chave estrela-triângulo, em geral, só pode ser empregada em partidas com a máquina em vazio. Somente após ter atingido a rotação nominal, a pode ser aplicada. Se o motor não atingir pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o pico de corrente na comutação de estrela para triângulo é quase como se fosse uma partida direta, o que danifica os contatores e causa perturbação na rede elétrica. No Anexo D é apresentado o diagrama de ligações de um motor com partida através de uma chave estrela-triângulo. Na Tabela 9 são indicados até que potências de motor, esse dispositivo de partida é recomendado, quando o atendimento é efetuado em tensão secundária, bem como as suas características técnicas. Observamos que a utilização de chaves estrela-triângulo não se limita às potências constantes da Tabela Página 19 Revisão 05 0/013

22 9, podendo, de acordo com o fabricante, acionar motores de até 500 cv ou superiores, desde que especificadas corretamente. Na Tabela 11 estão apresentadas as principais características e aplicações dos dispositivos para partida de motores com tensão reduzida usuais Chave compensadora (CAT) As chaves compensadoras são geralmente utilizadas em partidas de motores com s de conjugado resistente até 50% do conjugado em regime normal. Os tap's mais comuns são os de 65% e 80% da tensão nominal, possibilitando a partida do motor satisfatoriamente com a redução de 4% e 64% da corrente e do conjugado de partida, respectivamente. Nas chaves compensadoras automáticas o segundo pico é bem reduzido visto que o auto-transformador se torna uma reatância em série por um curto tempo, durante a comutação de tap, acrescentando-se ainda que neste intervalo o motor não é desligado da rede. No Anexo D é apresentado o diagrama de ligações de um motor trifásico com partida por chave compensadora. Na Tabela 9 são indicadas até que potência do motor trifásico esse dispositivo de partida é recomendado, bem como as suas características técnicas. Observamos que a utilização de chaves compensadoras de partida não se limita às potências constantes da Tabela 9, podendo, de acordo com catálogos de fabricantes, acionarem motores de até 500 cv ou superiores, desde que especificadas corretamente. Na Tabela 11 estão apresentadas as principais características e aplicações dos dispositivos para partida de motores com tensão reduzida usuais. Nas chaves compensadoras manuais, normalmente na comutação da tensão reduzida para a tensão de rede, o motor é desligado por curto espaço de tempo, proporcional a habilidade do operador Chave série - paralela (CSP) Para utilização das chaves série - paralela é imprescindível que os motores tenham a possibilidade de ligação nas quatro tensões, normalmente em 0/380/440/760 V, portanto com 1 terminais acessíveis e as suas tensões em regime normal de serviço devem ser iguais às tensões de rede. Na partida, a corrente e o conjugado ficam reduzidos à aproximadamente 5% dos valores atingidos em partida direta, portanto devem ser acoplados às máquinas que partem praticamente a vazio. No Anexo D é apresentado os diagramas de ligações de um motor trifásico com partida através de uma chave série-paralela. Na Tabela 9 são indicados até que potência de motor esse dispositivo de partida é recomendado quando o atendimento é efetuado em tensão secundária, bem como as suas características técnicas. Ressaltamos que a utilização de chaves série-paralela não se limita as potências constantes da Tabela 9, podendo, de acordo com catálogos de fabricantes acionarem motores de até 500 cv, desde que especificadas corretamente. Na Tabela 11 estão apresentadas as principais características e aplicações dos dispositivos para partida de motores com tensão reduzida usuais. Página 0 Revisão 05 0/013

23 5.5.4 Partida com resistência - reator (CRX) Esse dispositivo de partida é indicado para s de elevada inércia e que necessitam de uma aceleração suave. Ligado em série com o motor (estator) uma resistência ou reator de forma a obter uma queda de tensão pela redução da tensão nos terminais da máquina. Normalmente a queda de tensão na resistência varia entre 15 e 30% da tensão nominal. A corrente de partida é reduzida para 70% a 85% da que circularia se o motor fosse ligado diretamente à rede e o conjugado consequentemente reduz-se para 49% a 7%. Para grandes motores devem ser utilizados reatores, que reduz as perdas e elevação de temperatura durante a partida. No Anexo D é apresentado o diagrama de ligações de um motor, cujo dispositivo de partida são resistência-reator, e na Tabela 9 são indicadas até que potência de motor esse dispositivo é recomendado quando o atendimento é efetuado em tensão secundária, bem como as suas características técnicas. Na Tabela 11 estão apresentadas as principais características e aplicações dos dispositivos para partida de motores com tensão reduzida usuais Partida de motores monofásicos Nos motores monofásicos, os dispositivos usuais para a redução da corrente de partida são: Chave compensadora de partida: A redução da corrente de partida, afeta também os conjugados, que são proporcionais ao quadrado da relação de transformação do auto-transformador. No Anexo E apresentamos o esquema de ligação da chave compensadora de partida, aplicada aos motores monofásicos. Chave série paralela: Esse dispositivo só deve ser aplicado se a tensão da rede for igual à metade das tensões do motor e a partida for efetuada praticamente em vazio, em virtude dos conjugados e a corrente ficarem reduzidos a 1/4 do seu valor. O esquema de ligação deste dispositivo de partida é apresentado no Anexo E. Observamos que os motores monofásicos de potências superiores a 1 cv, quando comparados com os trifásicos de igual potência apresentam desempenho técnico inferior e custos iniciais e operacionais superiores. Consequentemente, o consumidor na escolha do tipo de motor deve avaliar a adequabilidade de sua aplicação, são os aspectos técnico-econômicos. 6 CONDIÇÕES E ORIENTAÇÕES ESPECÍFICAS 6.1 Limitações de atendimento Tensão secundária A Norma ND.10 estabelece as condições gerais para o fornecimento de energia elétrica às unidades consumidoras atendidas por redes de distribuição nas tensões de 0/17 V e 440/380 V. Ressalte-se que os limites estabelecidos na Norma ND.10 devem ser considerados como orientativos, pois em função das características operativas, os motores de indução com rotor gaiola podem ocasionar perturbações de tensão e Página 1 Revisão 05 0/013

24 consequentemente transtornos ao fornecimento de energia elétrica aos demais consumidores ligados à rede. A análise da viabilidade de ligação dos mesmos, independentemente de suas potências, deve ser realizada de acordo com esta Norma. Na Tabela 9 são apresentadas as características das chaves de partida aplicáveis aos motores de indução com rotor gaiola, conforme a ND.10. Em relação aos motores monofásicos, face às características de partida dos mesmos, que podem ocasionar perturbações de tensão, a sua ligação diretamente à rede de distribuição, estão limitadas as seguintes potências: cv entre fase - neutro (17 V); 3 cv entre fases (0 V). Conforme exposto no é sempre recomendável que os motores monofásicos de potências a partir de 1 cv inclusive, sejam ligados na rede entre fases (0 V) Tensão primária A Norma ND.0 estabelece as condições gerais para o fornecimento de energia elétrica às unidades consumidoras atendidas por redes de distribuição nas tensões de 13,8 kv e 34,5 kv, consumidor e consequentemente no que tange a tensão de alimentação dos motores. 6. Potência de partida A potência de partida dos motores de indução trifásicos com rotor gaiola é de fundamental importância para a avaliação da viabilidade de ligação desse tipo de equipamento nas redes de distribuição. Outro aspecto a ser observado é de que nos estudos deve-se utilizar sempre que possível os dados reais, que podem ser obtidos por meio de: código de partida, que é representado por uma letra nos dados de placa do motor, e cujos valores são apresentados na Tabela 1; relação entre corrente de partida e corrente nominal do motor (I p /l n ), que pode ser obtida nos dados de placa do equipamento ou catálogo técnico fornecido pelo fabricante. Na falta de dados reais podem ser utilizados os valores orientativos constantes na Tabela 4 a Tabela 8; informações fornecidas pelos consumidores e/ou fabricantes através de catálogos do motor. Ressaltamos que o valor da potência de partida, obtida de uma das maneiras acima descritas consideram, o motor partindo em plena tensão. Assim, quando a partida é efetuada através de dispositivos que limitam a corrente inicial deve-se aplicar a potência de partida a plena tensão, um fator de redução em conformidade com o tipo utilizado e descrito no Limites de flutuação de tensão Os limites de flutuações de tensão permissíveis para os motores são determinados com base no número de partidas e no gráfico apresentado na Anexo G. A ELEKTRO adota a curva tolerável de irritação (3) apresentada no gráfico da Anexo G, que flexibiliza os limites permissíveis de flutuações de tensão. Para facilitar a avaliação dos limites de flutuações de tensão permissíveis, os valores do gráfico da Anexo G relativos à curva (3) foram tabelados e são apresentados na Tabela 0. Página Revisão 05 0/013

25 Caso o consumidor não informe o número de partidas devem ser utilizados os seguintes limites de flutuações de tensão: para os motores trifásicos e monofásicos com potências superiores 5 cv e 3 cv respectivamente, deve ser aplicada a frequência média de 1 partida por hora que equivale a um limite de flutuação de tensão de 7,4% (Tabela 0); para os motores trifásicos com potências até 5 cv inclusive e os monofásicos até 3 cv (fase - neutro e fase - fase) é utilizado o limite de flutuação de tensão de 10%. Estes valores estão sendo adotados em função do menor porte dos motores e das considerações constantes em 5.1. Observamos que o número de partidas do motor deve sempre ser referenciado a uma unidade de tempo (hora, minuto ou segundo). 6.4 Impedâncias dos elementos da rede Os elementos avaliados na viabilidade de ligação de motores são os transformadores de distribuição, as redes de distribuição (primárias e secundárias), os quais são representados pelas suas respectivas impedâncias Transformadores de distribuição A impedância do transformador de distribuição, identificada pela letra Z e expressa em porcentagem (%), é obtida dos dados de placa. Como valores de referência, apresentamos na Tabela 3 os valores normalizados referentes à impedância dos transformadores de distribuição da classe 15 kv e 36, kv Redes de distribuição primárias e secundárias Para o cálculo da viabilidade de ligação de motores, há necessidade de ser verificada a queda de tensão nos circuitos secundários e/ou primários. A queda de tensão na rede secundária deve ser calculada de acordo com as bitolas dos cabos, número de fase e fator de potência, representados pelos coeficientes de queda de tensão (%/kva x 100 m) que são apresentados na Tabela 1 a Tabela 15. Para o cálculo da queda de tensão na rede primária devem ser utilizados os valores de resistências e reatâncias, expressas em Ω/km, apresentados na Tabela 16 a Tabela 19, que levam em consideração a configuração e a modalidade da rede. 6.5 Fator de potência Os motores de indução com o motor gaiola, em função de suas características construtivas, apresentam na partida, valores muito baixos de fator de potência. À medida que é adicionada ao motor, o valor do fator de potência vai se elevando até atingir o seu valor máximo, quando este atinge as suas condições nominais. Assim, nos estudos de viabilidade de ligação de motores desse tipo devem ser utilizados nos cálculos, os seguintes valores de fator de potência: na partida: 0,0 a 0,30 indutivo; em regime: os valores práticos constantes na Tabela 4 a Tabela 8, para as condições nominais do motor. 6.6 Procedimentos para análise do atendimento Levantamento de dados Página 3 Revisão 05 0/013

26 Dados do(s) motor(es) As principais informações sobre o(s) motores(s) que devem ser apresentadas à ELEKTRO para a realização da análise técnica do atendimento são os seguintes: - fabricante; - número de fases; - tensão nominal; - frequência nominal; - tipo de motor (de gaiola, de rotor enrolado); - potência nominal; - velocidade síncrona ou número de palas; - regime tipo; - classe de temperatura da isolação do motor; - rotação nominal; - corrente nominal; - categoria, quando aplicável; - corrente com rotor bloqueado; - fator de potência em regime; - fator de potência na partida; - ocorrências de partidas por unidade de tempo (dia, hora ou minuto); - dispositivo de partida - identificar tipo e ajuste (se aplicável). Das informações referentes ao motor relacionadas anteriormente, as principais, que devem ser fornecidas a ELEKTRO para análise da viabilidade do atendimento por motor são: - tipo do motor (rotor em gaiola, rotor bobinado, corrente contínua, síncrono, etc.); - número de fases (1, ou 3); - rotação (rpm); - corrente nominal (A); - corrente de partida (A); - código de partida (A) ou relação I p /I n ; - tensão nominal (V); - potência nominal (cv); - fator de potência em regime; - fator de potência na partida; - ocorrência de partidas (por dia, por hora, por minuto, etc.); - tipo de partida (direta, com chave estrela-triângulo, chave compensadora no tap (%), chave série paralelo, resistência ou reatância primária no ajuste (%) ou resistência rotórica, etc.); - fabricante do equipamento de partida. Caso o consumidor seja atendido em tensão primária deve informar também: - potência do transformador do consumidor (kva); - impedância do transformador do consumidor (Z%). Sempre que possível, anexar catálogo do fabricante do equipamento. No caso de mais de um motor, o consumidor deve informar os dados solicitados para cada uma das unidades separadamente. Página 4 Revisão 05 0/013

27 Junto com as informações do(s) motor(es), devem ser fornecidos os seguintes dados: localização do consumidor e do responsável pelo levantamento. Se o atendimento for em tensão primária, o consumidor deve adicionar as informações referentes a potência (kva) do seu transformador, bem como a respectiva impedância porcentual do equipamento (Z%). O número de partidas do motor é uma informação de suma importância, uma vez que está diretamente ligada ao limite da flutuação de tensão permissível. Esta informação é função direta do regime de operação do motor (liga e desliga) que somente o consumidor tem condições de prestar Dados da rede secundária Para a análise da viabilidade do atendimento a um consumidor com motor(es), pela rede secundária, devem ser obtidos os seguintes dados: - Planta da rede secundária, atualizada contendo: configuração do setor de transformador; bitola dos condutores da rede secundária existente; localização do consumidor com os equipamentos de motores; ponto de abertura do circuito. - Transformador de distribuição: potência nominal, em kva; impedância em porcentagem (Z%) extraída dos dados de placa do equipamento. - Localização da rede primária mais próxima do consumidor com o(s) motor(es) Dados da rede primária Para a análise da viabilidade do atendimento a um consumidor com motor(es), pela rede primária, devem ser obtidos os seguintes dados: Plantas atualizadas da rede, contendo: bitola dos condutores e respectivas extensões do alimentador; configuração do alimentador, identificando os pontos de manobra com outros circuitos; localização do consumidor com o(s) equipamento(s) de motores, bem como dos demais principais ligados ao alimentador; equipamentos de regulações de tensões e proteção existentes; pontos de saídas dos principais ramais rurais. Dados do consumidor: localização; cronograma de demandas; transformador particular, para o qual deve ser informada a potência nominal, tensões primárias e secundárias, bem como a impedância porcentual Z%. Dados da subestação responsável pelo fornecimento à área: potência de curto-circuito na barra de 13,8 kv ou 34,5 kv. Se ao invés da potência de curto-circuito em 13,8 kv ou 34,5 kv for fornecido o valor da Potência de curto-circuito na tensão de transmissão (69 kv, 88 kv ou 138 kv), devem ser obtidos os seguintes dados adicionais: Página 5 Revisão 05 0/013

28 potência nominal do(s) transformador(es) de força, em MVA; impedância porcentual do(s) transformador(es) de força Z% Análise do atendimento Rede secundária Na análise do atendimento aos consumidores com motor com rotor gaiola, é desprezada a impedância do sistema até o transformador de distribuição, em virtude de seu valor ser muito pequeno, quando comparado aos valores das impedâncias dos transformadores de distribuição e da rede secundária. Basicamente, a análise do atendimento consistirá em uma avaliação da flutuação total de tensão provocada por esse tipo de equipamento, que deve levar em conta a queda de tensão da rede secundária e a queda de tensão interna do transformador de distribuição. As etapas a serem observadas na análise do atendimento são as seguintes: a) Determinação da potência absorvida da rede em kva A potência absorvida pelo motor da rede, na partida, pode ser obtida por uma das seguintes expressões: S mp Sendo: P I n fp I p n k S mp potência de partida do motor expressa em kva; P n potência nominal do motor, em kw - a transformação da potência do motor de cv (cavalo-vapor) para kw (quilowatt) pode ser obtido aplicando o fator 0,736 ou diretamente na Tabela 4 a Tabela 8; fp fator de potência nominal do motor, cujo valor pode ser obtido na Tabela 4 a Tabela 8 para condição de 100%; I p /I n relação entre a corrente de partida e a nominal do motor obtidas na Tabela 4 a Tabela 8; k fator devido ao tipo de dispositivo de partida aplicado ao motor que pode assumir os seguintes valores: - partida a plena tensão - k 1; - chave estrela-triângulo - k 0,333; - chave compensadora de partida: 50% - k 0,50 Tap 65% - k 0,43 80% - k 0,640 - chave série-paralela - k 0,5; - partida com resistência-reator k 0,70 a 0,85. b) A potência de partida pode ser calculada também pela seguinte expressão: S mp Sendo: kva Pn k cv P n potência nominal do motor, em cv (cavalo vapor); Página 6 Revisão 05 0/013

29 kva/cv é o fator relacionado ao código de partida, cuja indicação padronizada é por meio de uma letra informada nos dados da placa do motor. Os valores do código de partida são apresentados na Tabela 1. É importante utilizar, sempre que possível os dados reais, constantes de catálogos e manuais fornecidos pelos fabricantes, a fim de que a potência de partida calculada para o motor seja um valor representativo. c) Cálculo da queda de tensão interna no transformador A queda de tensão interna porcentual nos transformadores de distribuição trifásico, provocado(s) pela partida do motor com rotor gaiola, pode ser calculada por: QT QT Smp (%) Z% para equipamentos trifásicos S Smp (%) Z% para equipamentos bifásicos (fase-fase) S Smp QT (%) 6 Z% para equipamentos monofásicos (fase-neutro) S Sendo: QT (%) queda de tensão no transformador devido a partida de motor com rotor gaiola; Z% impedância porcentual do transformador de distribuição, que pode ser obtido dos dados de placa do equipamento. Na falta desse dado utilizar os valores apresentados na Tabela 3; S mp potência absorvida da rede na partida pelo motor, em kva; S potência nominal do transformador de distribuição, em kva. d) Cálculo da queda de tensão na rede secundária A queda de tensão causada na rede secundária pela ligação do motor com rotor gaiola deve ser calculada pela seguinte expressão: QT L (%) k 100 rede S mp Sendo: %/kva apresentado respectivamente na Tabela 1 a Tabela 15. No cálculo da queda de tensão deve ser utilizado o fator de potência e os coeficientes compatíveis com o número de fases do motor com rotor gaiola; k coeficiente de queda de tensão ( 100 m) L distância, em metros, do transformador de distribuição ao ponto da rede onde está localizado o motor; S mp potência de partida do motor absorvida efetivamente da rede, em kva. Ressaltamos que na avaliação da flutuação de tensão da rede, não devem ser consideradas as demais s ligadas na rede secundária, apenas a do motor com rotor gaiola que no cálculo é representada pela potência de partida que absorve da rede (S mp ). e) Comparação da queda de tensão na rede secundária e no transformador de distribuição com o valor máximo de flutuação permissível: Página 7 Revisão 05 0/013

30 QTTrafo (%) + QTRede(%) QTFlutuação (%) - se O motor com rotor pode ser liberado sem a necessidade de implementar medidas corretivas e/ou preventivas na rede de distribuição. - se QTTrafo (%) + QTRede(%) > QT Flutuação (%) Analisar e simular as alternativas visando minimizar as perturbações na rede. f) Avaliar sob o aspecto técnico-econômico as alternativas de medidas corretivas, viáveis de serem implementadas à rede, (ver 6.6.4), para adequar a queda de tensão secundária (rede + transformador de distribuição) em relação à máxima flutuação permissível. Deve ser adotada a alternativa que atende aos aspectos técnicos e de menor custo de implantação. g) Deve ser verificado também, se em condições normais de operação da rede, o aumento de decorrente da ligação do consumidor com o motor com rotor gaiola, não implicará em obras de melhoria, em função da necessidade de adequação da queda de tensão e/ou carregamento do transformador de distribuição. h) Observamos que nos cálculos para a avaliação das condições da rede, em regime normal, deve ser utilizada a potência que o motor efetivamente absorve da rede, que adicionada às demais s existentes no consumidor (iluminação, etc.) subsidiarão a determinação da demanda do mesmo Rede primária Na presente norma não é apresentado um método para calcular diretamente as perturbações provocadas pelo motor com rotor gaiola (flicker) e sim um que calcule a variação de tensão decorrente da ligação desse tipo de equipamento. Para verificar se o motor com rotor gaiola causará ou não flutuação de tensão indesejável, compara-se o valor de queda de tensão instantânea com o valor admissível. Observamos que o método é aproximado, e no cálculo da queda de tensão instantânea, são desprezadas as s existentes ao longo do alimentador e as do próprio consumidor onde está instalado esse tipo de equipamento. Na análise do atendimento devem ser observadas as seguintes etapas: a) Elaboração do diagrama unifilar do alimentador mostrando a localização da subestação, rede primária, barra da rede onde vai ser ligado o motor com rotor gaiola, outras barras notáveis da rede com consumidores susceptíveis ao flicker, distâncias e bitolas dos condutores entre as barras, potência de curto-circuito na barra de distribuição do sistema e dados do transformador do consumidor (tensões, potência nominal e impedância porcentual (Z%)). Barra do consumidor Barra da S/E (n1) (n) (m) L1 L Scc3Ø - TR #1 # Transformador do consumidor Motor com rotor gaiola Página 8 Revisão 05 0/013

31 Sendo: n 1, n... barras sensíveis ao flicker; m barra onde está ligado o transformador do consumidor com motor rotor gaiola; # 1, # bitola dos cabos entre barras; L 1, L distância entre barras, em quilômetros (km); S cc3 -TR potência de curto-circuito do sistema na barra de 13,8 kv ou 34,5 kv, em MVA. b) Definição dos valores de base Como os cálculos serão realizados em pu (por unidade) há necessidade de definirmos os valores de base, ou seja: V base é a tensão de base, que deve ser expressa pela tensão primária do transformador do consumidor, em kv; S base é a potência de base, que deve ser expressa pela potência de partida do motor com rotor gaiola, em MVA (S mp ), e cujo valor já deve estar compatível com a existência ou não de dispositivo de partida, e pode ser obtido conforme descrito em 6. e Erro! Fonte de referência não encontrada.; Z base é a impedância de base, em ohms (Ω), que pode ser obtida pela expressão: ( V ) base Z base S(base) Ω I base é a corrente de base, em amperes (A), que pode ser obtida da expressão: I base S base 3 V base c) Cálculo da impedância do sistema A x s é a impedância do sistema, em pu, que pode ser calculada pela seguinte expressão: Smp x s j Scc 3φ TR pu S mp é a potência de partida do motor com rotor gaiola, em MVA. Observamos que em função da componente resistiva da impedância do sistema ser muito menor que a reativa, é desprezada nos cálculos de flutuação de tensão. d) Cálculo da impedância do alimentador R L + jx L z r1 jx1 Zbase R L + jx L z + r jx Zbase pu pu Sendo: z 1, z... impedância do alimentador, em pu; R 1, R... resistência do cabo do alimentador, cujos valores são apresentados na Tabela 16 a Tabela 19, em Ω/km. X 1, X... reatâncias do cabo do alimentador, cujos valores são apresentados na Tabela 16 a Tabela 19, em Ω/km. Página 9 Revisão 05 0/013

32 L 1, L... extensão dos trechos entre barras, em quilômetro. e) Cálculo da Impedância do transformador do consumidor x impedância do transformador expressa em pu, que é representada pela reatância da mesma pode ser calculada através da seguinte equação: x Z% S mp pu 100 S Sendo: Z% impedância porcentual do transformador do consumidor; S potência nominal do transformador do consumidor, em MVA. f) Cálculo da impedância da v z pu i Sendo: v tensão aplicada ao motor com rotor gaiola, que é igual ao próprio V base, logo v 1,0 pu; i cujo módulo é igual a corrente de base e portanto 1,0 pu. No caso da corrente, temos que considerar o fator de potência do equipamento que provoca uma defasagem angular em relação à tensão (cosϕ). Assim: z ( cosϕ + ϕ) r + jx 1 jsen pu Sendo: cosϕ fator de potência, cujo valor a ser utilizado deve ser o informado pelo consumidor e/ou o constante em 6.5; senϕ sen ϕ pode ser obtido pela seguinte expressão trigonométrica: 1 cos g) Diagrama das impedâncias ϕ Para a avaliação da variação de tensão na rede primária, há necessidade de ser elaborado um diagrama, no qual são locados desde a impedância do sistema, até a impedância da, ou seja: j xs r1 + j x1 r + j x j x r + j x Página 30 Revisão 05 0/013

33 h) Cálculo da flutuação de tensão A flutuação de tensão de corrente da partida do motor com rotor gaiola à rede primária pode ser calculada através da aplicação da técnica do divisor de tensão no diagrama de impedâncias constante em f). h1) Cálculo da flutuação na, ou seja, na barra 4 v v 4 4 jx z Sendo: s r + (r + jx ) + (r z eq 1 ϕ eq 1 c arga θ + jx + jx ) + jx v 4 módulo de tensão da barra 4; + (r + jx z motor módulo da impedância da obtida pela expressão : z + ϕ motor (r ) (x ) motor x ângulo igual ao arc tg r, em graus; z eq módulo da impedância obtida pela soma dos valores constantes no denominador da expressão de V4, ou seja: zeq (r1 + r + r ) + j(x s + x1 + x + x + x z + eq (r1 + r + r ) + (xs + x1 + x + x x ) ) ) θ eq x ângulo igual ao arc tg r eq eq, em graus; h) Cálculo da flutuação na barra 3 v v 3 3 jx z s r + (r + jx ) + (r z eq 1 + θ 1 eq θ 3 + j(x + x + jx ) + jx Sendo: v 3 módulo de tensão da barra 3; z + c arga+ (r ) + (x x ) ) + (r + jx ) x 3 ângulo igual ao arc tg, r + θ V4(%) (1- v4 ) 100 V (%) (1- v3 ) em graus; Página 31 Revisão 05 0/013

34 h3) Cálculo da flutuação na barra v v jx z Sendo: s (r + r ) + j(x + (r + jx ) + (r 1 + z eq 1 + z θ eq θ + jx + jx ) + jx + (r + x ) + jx z + θ c arga+ + z z+ + z (r + r ) + j(x + x x) (x ângulo igual ao arc tg 100 h4) Cálculo da flutuação na barra 1 v v 1 1 jx z Sendo: s (r + r + r ) + j(x + (r + jx ) + (r 1 + z 1 + z eq θ 1 + z eq r + jx ) + jx 1 θ 1 + x + jx + r + (r + x + x ), em graus; + x 1 + jx ) z + c arga+ + z1 + z (r + r1 + r ) + j(x + x + x1 x) ) ) V (%) (1- v ) (x θ1 ângulo igual ao arc tg V1(%) (1- v1 ) 100 r + x + x + r + r x), em graus; i) Análise dos resultados Os valores de flutuações calculados em cada barra devem ser comparados com os limites permissíveis, definidos em 6.3. Se os valores calculados forem menores que os permissíveis, a ligação do motor com rotor gaiola pode ser liberada, sendo necessário para tanto, apenas o estudo de fornecimento. Caso os valores calculados forem maiores que os limites de flutuações de tensão permissíveis, principalmente nas barras da rede, devem ser avaliadas alternativas técnicas, passíveis de serem implementadas na rede primária, para minimizar as perturbações. j) Alternativas Analisar e simular todas as alternativas viáveis com base no exposto em 6.6.4, devendo ser adotada a que melhor atender aos aspectos técnico-econômicos Atendimento a mais de um motor A ligação de um ou mais motores, de indução com rotor gaiola requer uma análise de atendimento que avalie duas situações de funcionamento: - no instante da partida; - em regime normal de funcionamento. Página 3 Revisão 05 0/013