UNIJUÍ UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

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1 1 UNIJUÍ UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL DCEEng DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E ENGENHARIAS CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA EVERTON CÉSAR DOS SANTOS COSTA DIRETRIZES E CRITÉRIOS DE PROJETOS DE REDES AÉREAS DE DISTRIBUIÇÃO URBANAS Ijuí, 2013

2 2 EVERTON CÉSAR DOS SANTOS COSTA DIRETRIZES E CRITÉRIOS DE PROJETOS DE REDES AÉREAS DE DISTRIBUIÇÃO URBANAS Trabalho de conclusão de curso elaborado a Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, como prérequisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: MOISÉS MACHADO SANTOS Ijuí (RS) 2013

3 3 DIRETRIZES E CRITÉRIOS DE PROJETOS DE REDES AÉREAS DE DISTRIBUIÇÃO URBANAS EVERTON CÉSAR DOS SANTOS COSTA Trabalho de conclusão de curso elaborado a Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ, como pré-requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Banca Examinadora: Prof. Moises Machado Santos Prof. Eliseu Kotlinski Conceito: Ijuí de de

4 4 Dedicatória Dedico este trabalho a toda minha família e amigos. A meus avós em especial (Zilmar Cabral dos Santos e Rosa Sousa dos Santos)in memorian. Ao amigo e colega de trabalho e aula Felipe Tamiozzo in memorian.

5 5 AGRADECIMENTOS Agradeço ao meu pai Astrogildo Zimmermann Costa e sua esposa Anilda Costa, e minha mãe Cleusa Cabral dos Santos e seu esposo Adelar Holweg pelo constante apoio, compreensão e a interminável paciência que tiveram comigo durante a realização deste curso. Considero que seus exemplos de vida me guiaram pelo caminho correto, sendo de suma importância para eu chegar até este momento. A minhas irmãs Tatiane e Clarissa pelo carinho, incentivo e apoio em todos os momentos. A minha esposa, Lia Geovana Sala Costa pelo seu amor e carinho. Aos colegas e ex-colegas por todo companheirismo e apoio durante o período acadêmico, colegas que por muitas vezes foram peças fundamentais na persistência e coragem para enfrentar as dificuldades do Curso de Engenharia Elétrica. Ao meu orientador e amigo Moisés Machado Santos, meu agradecimento pelo apoio e orientação. A todos os colegas de trabalho do DEMEI que sempre estiveram dispostos há facilitar o tempo para realização desse trabalho.

6 6 RESUMO O presente trabalho tem por objetivo realizar uma pesquisa comparativa acerca das normas adotadas pelas concessionárias na elaboração de projetos de redes elétricas de distribuição. Avaliar as similaridades e particularidades entre as diretrizes e critérios adotados por distribuidoras de diferentes regiões do País, considerando os critérios e diretrizes relacionados ao levantamento de dados, determinação da demanda, configuração e traçado da rede, dimensionamento elétrico, dimensionamento mecânico. Para fins de comparação foi elaborado um projeto baseado em cada uma das normas, para uma região do município de Ijuí. Palavras-Chave: Concessionárias de energia redes elétricas de distribuição.

7 7 ABSTRACT This paper aims to conduct a comparative research on the standards adopted by utilities in drafting of electrical distribution networks. Evaluate similarities and particularities between the guidelines and criteria adopted by distributors from different regions of the country, considering the criteria and guidelines related to data collection, determination of demand, configuration and design of the network, electrical design, mechanical design. For comparison purposes a design based on each standard for a region of the municipality of Ijuí was prepared. Keywords: Power utilities - electrical distribution networks.

8 8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1:Áreas de abrangência das concessionárias de distribuição de energia elétrica Figura 2:Organograma de estimativa das demandas individuais Figura 3:Sistema radial simples Figura 4:Sistema radial com recurso Figura 5:Padrões típicos de redes secundárias Figura 6:Locais recomendados para o traçado das redes no arruamento Figura 7: Cálculo de quedas de tensão nos trechos da rede secundária Figura 8: Visão geral da interface gráfica do software AERD Figura 9: Croqui retirado Google Maps Figura 10: Planta construtiva I Figura 11: Planta construtiva II Figura 12: Planilha cálculo de queda de tensão Figura 13: Simulação de esforços no poste Figura 14: Poste indicado Figura 15:Simulação de esforços no poste Figura 16:Poste indicado Figura 17:Simulação de esforços no poste Figura 18:Poste indicado Figura 19: Simulação de esforços no poste Figura 20: Poste indicado Figura 21: Tabela de montagem rede primária e secundária Figura 22: Chaves manobradas e sequencia de fase nas conexões Figura 23: Diagrama unifilar e área de trabalho... 63

9 9 LISTAS DE TABELAS Tabela 1:fatores de demanda para cargas especiais Tabela 2:Faixas de consumo para loteamentos não edificados Tabela 3:Faixas de consumo para loteamentos edificados Tabela 4: Faixas de consumo Tabela 5 : Demanda diversificada por faixa de consumo(kva) Tabela 6: Demanda diversificada por consumidor Tabela 7 : Vão básico entre postes Tabela 8: Limite de Carregamento dos Condutores Tabela 9: Bitolas padronizadas e correntes máximas de condutores Tabela 10: Capacidade de Condução de Corrente dos Condutores Multiplexados de Alumínio, Isolamento XLPE (90 C) Tabela 11: Limites de queda de tensão utilizados pelas concessionárias Tabela 12: Potência de transformadores Tabela 13: Potência de transformadores em reformas, extensões e novas cargas Tabela 14: Demanda de Transformadores Tabela 15: Características dos condutores de alumínio (CEEE, 2010) Tabela 16: Coeficientes de queda de tensão para condutores de alumínio multiplexados (CEEE, 2010)... 71

10 10 LISTA DE ABREVIATURAS AL ANEEL RIC AT BT ABRADEE CA CAA Cu CEEE RGE AES-sul CEB CELG NTD ABNT DEMEI RDU s Km EUC s Uc s Kva Kwh m M 1 N 1 AERD AWG A PRODIST dan kn Alimentador Agência Nacional De Energia Elétrica Regulamento De Instalações Consumidoras Alta Tensão Baixa Tensão Associação Brasileira De Distribuidoras De Energia Elétrica Cabo De Alumínio Sem Alma De Aço Cabo De Alumínio Com Alma De Aço Cabo De Cobre Companhia Estadual De Energia Elétrica Rio Grande Energia American Electrical Systems - Rio Grande do Sul Companhia Energética De Brasília Centrais Elétricas De Goiás Norma Técnica De Distribuição Associação Brasileira De Normas Técnicas Departamento Municipal De Energia Elétrica De Ijuí Redes De Distribuição Urbanas Quilômetros Edifícios de uso coletivo Unidade Consumidora Quilo Volts Amperes Quilo Watts Hora Metros Meio Beco Simples Normal Simples Análise de Esforços em Redes de Distribuição American wire gauge Ampéres Procedimentos de Distribuição DecaNewton QuiloNewton

11 11 SUMÁRIO INTRODUÇÃO CAPÍTULO 1. PROJETOS DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO URBANAS (RDU S) E DADOS PRELIMINARES ETAPAS DE ELABORAÇÃO DE PROJETOS LEVANTAMENTO DE DADOS PRELIMINARES DADOS DE CONSUMO E DEMANDA CAPÍTULO 2. CÁLCULO DA DEMANDA CRITÉRIOS PROPOSTOS PELA CEEE CRITÉRIOS PROPOSTO PELA RGE CRITÉRIOS PROPOSTO PELA AES-SUL CRITÉRIOS PROPOSTO PELA CEB CRITÉRIOS PROPOSTO PELA CELG CAPÍTULO 3- CONFIGURAÇÕES DE REDE E ESCOLHA DO TRAÇADO CONFIGURAÇÕES BÁSICAS DE REDES PRIMÁRIAS CONFIGURAÇÕES TÍPICAS DE REDES SECUNDÁRIAS ESCOLHA DO TRAÇADO CAPÍTULO 4 LOCAÇÃO DE POSTES E TRANSFORMADORES E EQUIPAMENTOS LOCAÇÃO DE POSTES LOCAÇÃO DE TRANSFORMADORES LOCAÇÃO DE EQUIPAMENTOS CAPÍTULO 5. DIMENSIONAMENTO ELÉTRICO E MECÂNICO DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE...42

12 CRITÉRIO DA QUEDA DE TENSÃO DIMENSIONAMENTO DOS TRANSFORMADORES DIMENSIONAMENTO MECÂNICO CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO DETERMINAÇÃO DA DEMANDA ESCOLHA DO TRAÇADO LOCAÇÃO DE POSTES E TRANSFORMADORES DIMENSIONAMENTO ELÉTRICO CÁLCULO MECÂNICO SISTEMA DE ATERRAMENTO ORÇAMENTO DA OBRA CAPÍTULO 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS ANEXO A COEFICIENTES DE QUEDA DE TENSÃO EM CONDUTORES... 71

13 13 INTRODUÇÃO Atualmente, existem 64 concessionárias e 126 permissionárias (outorga dada às cooperativas de eletrificação rural para prestação do serviço público de distribuição) ao longo do território nacional ( As distribuidoras (concessionárias e permissionárias) são responsáveis pelo acesso de mais de 68,6 milhões de unidades consumidoras, além do acesso a pequenos e médios geradores ( Figura 1:Áreas de abrangência das concessionárias de distribuição de energia elétrica FONTE: AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA - ANEEL. Superintendência de Concessão e Autorização de Transmissão e Distribuição

14 14 Cada concessionária e permissionária é responsável por uma área de atendimento (área de concessão), cujas características territoriais são as mais variadas. Na Figura 01, ilustra-se o mapa de concessões de distribuição de energia elétrica no Brasil com algumas das principais concessionárias. A diversidade territorial é uma das características marcantes do Brasil, sobretudo do ponto de vista socioambiental e socioeconômico. Tanto aspectos climáticos (temperatura, unidade) como econômicos (renda per-capita, índice de desenvolvimento) variam, significativamente, entre as diversas regiões do País. Essa diversidade tem impacto direto nas características da infraestrutura presente em cada região, em especial nos sistemas elétricos de distribuição. Como consequência, observa-se que cada concessionária de distribuição de energia elétrica tem suas próprias normas de construção de redes de elétricas. Em geral, os critérios adotados pela concessionária têm como base as normativas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e da Associação Brasileira das Distribuidoras de Energia (ABRADE). Entretanto, cada uma dessas normas apresentam suas particularidades influenciadas pelas características locais. Basicamente, o escopo dessas normas técnicas de construção de redes elétricas de distribuição estabelecem os critérios básicos para dimensionamento, projeto e seccionamento de circuitos primários e secundários, dimensionamento de iluminação pública, instalação de postes e estruturas (SCHRENK, 2012). Diante da diversidade de normas técnicas de construção de redes elétricas de distribuição, este trabalho tem por objetivo realizar uma pesquisa sobre normas de elaboração dos projetos de redes aéreas de distribuição de energia elétrica, utilizadas por concessionárias de distribuição de energia elétrica. As Normas pesquisadas foram: NORMA TÉCNICA DISTRIBUIÇÃO CEEE - ELABORAÇÃO DE PROJETOS DE REDES AÉREAS DE DISTRIBUIÇÃO URBANAS, NORMA TÉCNICA DISTRIBUIÇÃO RGE - PADRÃO DE PROJETOS, NORMA TÉCNICA DISTRIBUIÇÃO AES SUL - PROJETO DE REDE AÉREA DE DISTRIBUIÇÃO, NORMA TÉCNICA DISTRIBUIÇÃO CEB - CRITÉRIOS PARA PROJETOS DE REDES AÉREAS URBANAS CONVENCIONAIS.

15 15 NORMA TÉCNICA DISTRIBUIÇÃO CELG - CRITÉRIOS DE PROJETOS DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO AÉREAS URBANAS, A partir dessa pesquisa, objetiva-se delinear aspectos que são comuns entre as normas, bem como recomendar critérios e diretrizes que se mostram mais aplicáveis às concessionárias da região do noroeste do estado do Rio Grande do Sul. Esses critérios são aplicados em estudo de caso relativo a um projeto de ampliação de rede de distribuição da concessionária DEMEI - Departamento Municipal de Energia Elétrica de Ijuí. Os resultados obtidos são apresentados e discutidos ao final do trabalho. O presente estudo se encontra estruturado em 7 capítulos. O primeiro capítulo traz algumas definições quanto aos tipos e critérios para elaboração de projetos, o levantamento de dados de carga, localização e definição do tipo de unidade consumidora. O segundo capítulo apresenta os critérios e métodos utilizados para a determinação das demandas da rede com base no levantamento de cargas ou ainda através de processos de medição. O terceiro capítulo traz algumas recomendações que devem ser observadas no momento da escolha do traçado da rede e, também, algumas informações sobre as configurações típicas das redes de distribuição urbanas (RDU s). No quarto capítulo são abordados os critérios para a locação de postes, equipamentos e transformadores. O quinto capítulo trata do dimensionamento elétrico dos condutores, transformadores e dimensionamento mecânico dos postes com as tabelas de montagens. O sexto capítulo apresenta um estudo de aplicação dos critérios e diretrizes abordados na elaboração de um projeto de rede aérea de distribuição no município de Ijuí. Por fim, O sétimo capítulo é dedicado a apresentar as principais conclusões e recomendações para trabalhos futuros.

16 16 CAPÍTULO 1. PROJETOS DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO URBANAS (RDU S) E DADOS PRELIMINARES As redes de distribuição urbanas estão constantemente sujeitas a modificações em suas estruturas conforme as necessidades das áreas por elas atendidas. A grande diversidade das características de consumo dos clientes urbanos torna indispensável à existência de normas e procedimentos que fixem os padrões mínimos necessários para a construção e manutenção das estruturas destinadas ao fornecimento de energia elétrica. Normalmente, os projetos elétricos de redes de distribuições são classificados como (CEB, 2002): Projetos de redes novas: Projetos destinados ao atendimento de novas localidades e/ou de novos loteamentos, que não disponham de energia elétrica. Projetos de Extensão: Projetos que impliquem no prolongamento de redes existentes, cuja finalidade é o atendimento a consumidores específicos (prolongamento das estruturas existentes). Projetos de Reformas: Projetos para substituição parcial ou total de rede existente, por motivo de segurança, obsoletismo, condições críticas da qualidade de serviço, saturação ou adequação das instalações ao meio ambiente. Projetos de Melhoramentos de Rede: Projetos a serem executados em redes existentes e destinados a propiciar: a ampliação da capacidade de transporte de energia, para atendimento ao crescimento vegetativo de carga localizada; o melhoramento das condições operativas e dos níveis de qualidade de fornecimento; a regularização das condições operativas, de segurança e padronização. Projetos de Modificação ou solicitação de consumidores: Projetos específicos para atendimento a consumidores ou para adequação às exigências urbanas e, realizados sem o aumento da projeção das redes aéreas existentes.

17 Etapas de Elaboração de Projetos Para elaboração dos projetos de redes de distribuição devemos obter dados e informações necessários à sua elaboração (CELG, 2008): Dados preliminares: Compreende as definições sobre simbologia, mapas e plantas necessárias ao projeto, tipos de projetos, projetos já existentes, e planejamento básico sobre ponto de alimentação das cargas e condições locais; Determinação da demanda: Procedimentos e definições necessárias para a coleta de dados de carga e determinação da demanda de acordo com o tipo de projeto desenvolvido; Configuração e traçado da rede: Consiste em determinar o tipo de configuração e a localização das estruturas de sustentação da rede tendo em vista certos critérios técnico-econômicos que viabilizam a manutenção e operação do sistema elétrico; Dimensionamento elétrico: Nesta etapa, são determinadas as potências nominais dos transformadores de distribuição e as seções dos condutores que compõem os circuitos das redes primárias e secundárias. O dimensionamento da rede deve ser feito observando-se a queda de tensão máxima permitida, perdas e capacidade térmica dos condutores; Dimensionamento mecânico: Para o cálculo da resultante dos esforços atuantes sobre estruturas em derivação, fim de linha, em deflexão e mudança de número ou seção dos condutores deve-se utilizar a planilha de cálculo mecânico próprio da concessionária. Todos os projetos devem ter as seguintes informações na sua apresentação: a) memorial técnico descritivo; b) planta construtiva; c) planta chave (quando necessário); d) diagrama unifilar da rede primária; e) diagrama unifilar e cálculo elétrico da rede secundária; f) relação de materiais e orçamento; g) relatório de execução de obras; h) diagrama unifilar com chaves a serem manobradas para desenergizar o local de trabalho; i) desenho de detalhes complementares do projeto.

18 Levantamento de Dados Preliminares Antes de iniciar um projeto, deve-se verificar a localização do projeto em questão, se o mesmo está dentro da área de concessão da concessionária, a existência de planejamento e projetos anteriormente elaborados e ainda não executados, abrangidos pela área em estudo. No caso de existirem, estes devem servir de base ao projeto em desenvolvimento. Também é necessário levar-se em consideração os planos de outras áreas e/ou órgãos governamentais para o local, como por exemplo: loteamentos planejados, abertura de novas vias públicas, previsões de construção de pontes, viadutos, entre outros. Quanto ao ponto de alimentação da rede, é importante que sejam avaliadas as consequências do aumento de carga nos alimentadores da rede tronco quanto ao carregamento, manobras e níveis de tensão. Na elaboração dos projetos devem ser utilizados alguns critérios: Simbologias: Definida por norma específica (complementar); Mapeamento: As atribuições iniciais do projeto são feitas a partir do levantamento (junto à concessionária ou à prefeitura) de mapas e plantas atualizados da área de abrangência da rede. É necessária a obtenção de dados informativos sobre a existência de: (CEB, 2002) Logradouros, estradas e ferrovias; Túneis, pontes, viadutos e passarelas; Acidentes topográficos acentuados que possam influenciar na determinação do traçado da rede; Localização de redes de água, esgoto e outras; No caso de projetos de reformas ou extensões, as informações técnicas sobre as estruturas já existentes também devem ser levantadas e mapeadas.

19 19 Escalas (CEB, 2002): a) Os projetos construtivos devem ser desenhados a partir de mapas precisos, na escala 1:1000 e convenientemente amarrados aos arruamentos, edificações ou pontos que facilitem a atualização dos cadastros. b) Os projetos com áreas superiores a 1 km² e as plantas-chaves para o caso de mais de 02 plantas construtivas, devem ser desenhadas na escala 1:5000, de modo a dar uma visão de conjunto e facilitar a execução dos trabalhos. c) Excepcionalmente, poderão ser utilizadas plantas na escala de 1:2000 para a apresentação de orçamentos preliminares de projetos Dados De Consumo E Demanda Para o posterior cálculo de demanda, devem ser levantadas algumas informações e dados dos consumidores que serão atendidos pela rede (no caso de rede nova e extensões) ou consumidores já existentes (reformas e melhorias). As concessionárias utilizam procedimentos semelhantes para efetuar esse levantamento, conforme o tipo de projeto a ser realizado, pode ser feito em campo ou a partir de dados da concessionária. Consumidores Urbanos Ligados em Tensão Primária Os consumidores devem ser localizados e anotados em planta com os seguintes dados (CEB, 2002): Natureza da atividade: residência, edifício de uso coletivo, hospital, indústria, comércio, escola, etc.; Horário de funcionamento com indicação do período de carga máxima e sazonalidade; Carga total ligada ou demanda medida e capacidade instalada; Previsão de novas cargas com fornecimento em tensão primária ou acréscimo da carga já instalada; Consumidores atendidos em tensão secundária No caso de consumidores já existentes, devem-se obter os dados de cadastro e de consumo junto às concessionárias bem como a identificação de

20 20 cargas especiais quando houver. Quando se tratar de consumidores novos, as informações necessárias dependem do tipo de unidade consumidora conforme os itens seguintes: Edifícios de uso coletivo (EUC s) Poste ao qual o edifício será ligado; Número de apartamentos, salas ou lojas; Área individual dos apartamentos, salas ou lojas; Área e carga instalada de serviço. Unidades consumidoras residenciais e não residenciais Poste ao qual o consumidor será ligado; Carga instalada e regimes de funcionamento; Área construída; A partir desses dados é calculada a demanda de cada unidade consumidora que servirá de base para a determinação da demanda da rede secundária, dos transformadores de distribuição e posteriormente da rede primária. Consumidores especiais São considerados como cargas especiais os aparelhos que provocam flutuação de tensão na rede secundária. Os seguintes aparelhos caracterizam consumidores com cargas especiais: Máquina de solda transformadora; Aparelho de galvanização; Fornos elétricos; Aparelho de Raios-X. Para os consumidores especiais, localizá-los em planta anotando o horário de funcionamento e a carga total instalada.

21 21 CAPÍTULO 2. CÁLCULO DA DEMANDA No sistema de distribuição são previstos, pelas normas técnicas de distribuição, dois processos para a determinação da demanda de redes: processo por medição e processo estimativo. O processo mais adequado para a determinação da demanda das unidades consumidoras depende do tipo de projeto em questão, cada concessionária apresenta uma metodologia para encontrar a demanda. O processo por medição é geralmente aplicado nos casos de reformas e extensões de redes, enquanto que o processo estimativo normalmente aplica-se a redes novas ou também em projetos de extensão Critérios propostos pela CEEE A metodologia proposta pela CEEE-D varia conforme os tipos de projetos, de loteamentos, de condomínios horizontais, de regularização fundiária e interesse social, de reformas de rede e de extensão de rede. Para projetos de loteamentos a demanda e definida através da classe econômica do terreno dos consumidores, nobres, médias e pobres. Os demais casos que não se enquadram nas classes definidas, deve ser considerado o RIC-BT CEEE-D ou em comum acordo com a CEEE-D. Classe AA - Zonas nobres, altíssima valorização - 4,5 kva por lote; Classe A - Zonas nobres, alta valorização - 3,5 kva por lote; Classe M - Zonas nobres, média valorização - 2,5 kva por lote; Classe B/C Zonas médias e pobres, médias e baixas valorização - 2,0 kva por lote. Em projetos de condomínios horizontais deve ser considerado uma demanda mínima diversificada de 4,5 kva independentemente do local do condomínio. Em casos especiais, para condomínios com terrenos não maiores que 300 m², considera-se 2,5kVA como demanda diversificada por terreno. Também deve ser previsto uma carga mínima de 160kW por poste das vias internas, quando esta carga não for prevista no condomínio.

22 22 Os projetos de regularização fundiária deve-se, seguir os mesmos critérios adotados para loteamentos considerando uma demanda mínima de 2,5kVA para cada lote vazio. Para projetos de reformas de redes a demanda deve ser obtida a partir do levantamento de carga instalada, ou através do consumo (kwh) obtido dos dados de faturamento. A demanda mínima a ser considerada de uma unidade consumidora trifásica deve ser de 3,5kVA. Os consumidores devem ser classificados em categorias, residenciais, não residenciais (comerciais), força e especiais. Os consumidores de força e especiais deve ser usado instruções e normas para liberação de aparelhos de solda, galvanização e raios-x em redes secundárias, também pode ser usado a equação [2.1] a seguir: D = c 730 FC FP [2.1] D= demanda (kva) C= maior consumo mensal nos últimos 12 meses (kwh) FC= fator de carga FP= fator de potência [2.2] a seguir: Para consumidores residenciais e comerciais deve ser usado a equação Demanda = consumo kwh [2.2] Nos projetos de extensões de redes existentes, a demanda deve ser obtida conforme o item 3.1.4, para consumidores residenciais e comerciais o consumo deve ser estimado por semelhança do consumo dos consumidores existentes. Em terrenos baldios, considerar uma demanda mínima equivalente ao consumo de 300 kwh.

23 Critérios proposto pela RGE O cálculo de demanda, pode variar para as diversas situações apresentadas, a metodologia utilizada pela RGE para definir a demanda dos consumidores, algumas das principais situações de projeto em que o processo estimativo é aplicável, bem como os respectivos métodos de cálculo de demanda, baseando-se no organograma da Figura 02 (RGE, 2009). Figura 2:Organograma de estimativa das demandas individuais ESTIMATIVA DE DEMANDA UC Existente Reformas ou UC Não Existente Redes Novas ou Extensões Extensões Carga Normal Edifícios de Uso Coletivo Consumidor Residencial Método A Método C Método E Carga Especial Loteamentos Consumidor Não Residencial Método B Método D Método F Fonte: RGE (2009) Método A: Este método é indicado para o cálculo das demandas individuais de unidades consumidoras residenciais, comerciais ou industriais que não possuam nenhuma carga que possa causar flutuação de tensão na rede. A demanda máxima

24 24 é calculada em função do maior consumo registrado no ano anterior, obtido pelos dados de faturamento da unidade consumidora, através da Equação [2.3] a seguir. c D = 730 FC FP [2.3] Onde: D: é a demanda máxima estimada da unidade consumidora em (kva) C: é o maior consumo registrado durante os últimos 12 meses em (kwh) Fc: é o fator de carga típico definido pela concessionária Fp: é o fator de potência Método B: Este método é indicado para o cálculo de demanda de unidades consumidoras que apresentam cargas de característica especial, tais como máquinas de solda, aparelhos de Raio-X e processos de galvanização. Esses tipos de aparelhos podem causar flutuações na tensão da rede e, por isso devem ser analisados individualmente. Para a estimativa de demanda, adotam-se fatores de demanda que devem ser aplicados às potências nominais de cada um dos aparelhos (RGE, 2009). Tabela 1:fatores de demanda para cargas especiais Aparelho Potência FD Solda a arco e 1 maior 1,00 galvanização 2 maior 0,70 3 maior 0,40 Soma dos demais 0,30 Solda a resistência Maior 1 Soma dos demais 0,60 Raio-X Maior 1 Soma dos demais 0,70 Fonte: RGE (2009) Método C: Este método é aplicado em edifícios de uso coletivo e segue o mesmo procedimento adotado pelo Regulamento de Instalações Consumidoras de Baixa Tensão (RIC-BT) da concessionária. Exemplificando para o caso de um prédio

25 25 de múltiplas unidades de uso residencial, são consideradas as somas das demandas dos apartamentos devidamente diversificadas e das áreas de serviço de condomínio com os fatores de demanda pertinentes (RGE, 2009). Método D: Aplicado no caso de projetos envolvendo loteamentos edificados ou não. Neste método, são estimadas as faixas de consumo médio de energia em função da área dos lotes ou das edificações, como mostra a Tabela 2 e a Tabela 3. A partir das estimativas de consumo é aplicado o Método A para determinação das demandas individuais (RGE, 2009). Tabela 2:Faixas de consumo para loteamentos não edificados Tipo de loteamento Consumo - kwh Popular 150 Demais 400 Tabela 3:Faixas de consumo para loteamentos edificados Área construída Consumo - kwh Até 50 m² 150 > 50 m² 400 Fonte: RGE (2009) Método E: É aplicado às unidades consumidoras não residenciais, sendo necessária a determinação das parcelas de demanda de acordo com a carga instalada, conforme a Equação [2.4] a seguir (RGE, 2009). Dem = Dil + Daq + 1,2 Dac + Dm [2.4] Onde: Dem é a demanda máxima estimada da unidade consumidora em (kva) Dil é a demanda de iluminação e tomadas em (kva) Daq é a demanda de aparelhos de aquecimento em (kva) Dac é a demanda de aparelhos de ar condicionado em (kva) Dm é a demanda de motores em (kva)

26 26 Método F: É aplicado às unidades consumidoras residenciais de acordo com o tipo de ligação. No caso de residências com ligação trifásica, a demanda é calculada de acordo com o Método E. Em residências com ligação monofásica ou bifásica, deve-se atribuir as seguintes estimativas de consumo para posterior aplicação ao Método A: Lotes edificados: 400 kwh para cada unidade consumidora; Lotes não edificados: 400 kwh para cada 12m ou fração da testada dos terrenos (RGE, 2009) Critérios proposto pela AES-SUL A metodologia usada pela AES-SUL determina que em projetos de reformas de rede existente a demanda seja obtida através do consumo (kwh) dos dados do faturamento. Os consumidores são classificados em quatro categorias: Consumidores residenciais - com cargas de iluminação, eletrodomésticos, chuveiro elétrico e bomba d água até 3/4 cv; Consumidores não residenciais - são os consumidores comerciais, de prestação de serviços e poderes públicos com cargas de iluminação e/ou aparelhos elétricos com, no máximo, 3,5 cv; Consumidores de força motriz com cargas de iluminação e aparelhos elétricos acima de 3,5 cv; Consumidores especiais consumidores cujas cargas ocasionam flutuação de tensão na rede tais como: aparelhos de raio - X, de solda, de galvanização e fornos elétricos. A estimativa da demanda dos consumidores residenciais deve ser feita com base nos valores individuais da demanda diversificada em função dos consumos mensal. Para os novos consumidores deve ser considerado o valor da demanda média calculada do circuito. O valor a ser utilizado é aquele correspondente ao maior consumo mensal dos últimos 12 meses. A estimativa da demanda dos consumidores não residenciais e de força deverá ser calculado a partir dos dados do faturamento, obtida no programa de cálculo de queda de tensão. Também, poderá ser estimada a demanda dos consumidores através do levantamento detalhado da carga

27 27 instalada conforme indicado no Regulamento de Instalações Consumidoras de Baixa Tensão (RIC BT). Nas extensões de rede, desdobramento do circuito e aumento de carga, a demanda a ser utilizada para os atuais consumidores, lotes não edificados e novos consumidores residenciais, em função do tipo de instalação e característica da área (classe A, B ou C). Devem ser adotados no mínimo os seguintes valores de demanda: a) 2,0kVA por lote para loteamento Classe A; b) 1,5kVA por lote para loteamento Classe B; c) 1,0kVA por lote para loteamento Classe C. Descrição do tipo de loteamento: Classe A - localizado em zonas com terrenos de alta valorização, área igual ou maior do que 300m² e que possuirão todos os serviços de infraestrutura, tais como: calçamento, redes de água e esgoto, iluminação pública, praças; Classe B - localizado em zonas com terrenos de média valorização, área igual ou superior a 300m²; Classe C - localizado em zonas com terrenos de baixa valorização, tendo área não superior a 300m². Para consumidores não residenciais, novos e pedido aumento de carga, consumidores novos trifásicos residenciais com disjuntor superior a 40 A, o valor da demanda deve ser obtido a partir do RIC-BT. As extensões de rede para atendimento de no máximo dois consumidores monofásicos não há necessidade de solicitar o carregamento do transformador para a apresentação do projeto. Em todos os casos de loteamento, deve ser previsto uma carga de 170W por poste, para iluminação pública com comando individual, quando a carga não for definida pela prefeitura.

28 Critérios proposto pela CEB A metodologia utilizada pela CEB, divide a determinação dos valores de demanda, em função de várias situações de projetos. Os projetos de reformas de redes, podem ser feitos utilizando dados de medição da demanda ou uma estimativa da demanda, já os projetos de extensão de rede e ligações novas deve ser adotado uma estimativa da demanda. Para projetos de reformas de redes primárias o processo por medição, a demanda será obtida diretamente através das medições simultâneas de seu tronco e ramais, observando-se sempre a coincidência com as demandas das ligações existentes em AT. As medições devem ser efetuadas com a rede operando em sua configuração normal, em dia de carga típica, por um período mínimo de 24 horas e, sempre que possível pelo período de 01(uma) semana. Deve-se fazer uma comparação dos resultados das medições, com as respectivas cargas instaladas, poderão ser obtidos fatores de demanda típicos, que poderão ser utilizados como recurso na determinação de demandas, por estimativa. Para redes secundárias a determinação das demandas, para efeito de dimensionamento, deve-se ser baseada em medições de uma amostragem de transformadores (em geral de 30 a 50%) da área em estudo que, em função do número de consumidores, determinarão o kva médio. As medições devem ser realizadas em períodos de máxima demanda. Para projetos de loteamentos, adotar os seguintes valores mínimos de demanda diversificada: a) 1,5kVA por lote para loteamento Classe A; b) 1,0kVA por lote para loteamento Classe B; c) 0,5kVA por lote para loteamento Classe C. sendo: Classe A - quando localizado em zonas nobres, de alta valorização, com lotes de área igual ou superior a 300 m² e que dispõe de toda a infraestrutura básica. Classe B - quando localizado em zonas de classe média, com lotes de área igual ou superior a 300 m², de média valorização, podendo ter serviços de infraestrutura básica.

29 29 Classe B - quando localizado em zonas de baixa renda, de baixa valorização, com lotes de área não superior a 300 m² e podendo não ter serviços de infraestrutura básica. Para projetos de reformas de rede e projetos de ligações novas, pelo processo estimativo, a demanda será atribuído valores individuais de demanda diversificada em kva, correlacionando o número e a classe dos consumidores no circuito, separando-as em 04 tipos: Baixo, Médio, Alto e Altíssimo, conforme tabela 4 e 5. Tabela 4: Faixas de consumo Faixa De Consumo Mensal Baixo De 0 a 75 kwh Médio De 76 a 150 kwh Alto De 151 a 300 kwh Altíssimo Acima de 300 kwh Fonte : Relatório CODI (SCEI.08.01) Tabela 5 : Demanda diversificada por faixa de consumo(kva) Numero de Baixo Médio Alto Altíssimo consumidores no circuito 01 a05 0,35 0,70 1,38 4,62 06 a 10 0,33 0,62 1,28 4,04 11 a 15 0,31 0,54 1,17 3,47 16 a 20 0,29 0,49 1,07 2,90 21 a 25 0,28 0,45 0,97 2,50 26 a 30 0,27 0,42 0,87 2,13 31 a 40 0,26 0,39 0,78 1,75 Acima de 40 0,25 0,36 0,71 1,39 Fonte : Relatório CODI (SCEI.08.01) Nos projetos de reformas e ligações novas para consumidores não residenciais podem ser adotados 3 processos pra determinar a demanda, no primeiro processo a estimativa dos valores de demanda é em função da carga total

30 30 instalada, ramo de atividade e simultaneidade de utilização dessas cargas, será calculada através da equação [2.5]: D = Cl Fd Fp [2.5] sendo: D = Demanda máxima em KVA Cl = Carga ligada em kw Fd = Fator de demanda típico Fp = Fator de potência No segundo processo a estimativa da demanda, extraída dos dados de faturamento é calculada através da equação [2.6]: D = sendo: C 730 Fd Fp [2.6] D = Demanda máxima em KVA C = Maior consumo mensal nos últimos 12 meses em kw Fc = Fator de carga (obtido através de consumidores similares) Fp = Fator de potência No terceiro processo a demanda será estimada a partir da corrente nominal da proteção do consumidor utilizando a equação [2.7]: D = 3 V I 10 2 Fd [2.7] sendo: D = Demanda máxima em KVA V = Tensão de fornecimento (Volts) I = Corrente nominal da proteção do consumidor (Ampères) Fd = Fator de demanda típico Para projeto de extensão de rede a demanda deve ser encontrada pelo processo estimativo. A demanda neste caso será função da carga instalada, multiplicados por um fator de redução, pré-estabelecido. Este fator de redução será estimado com base em consumidores já ligados e com as mesmas características. A demanda deverá ser estimada através da equação [2.8]: D = Fr a + b + c + d [2.8]

31 31 Onde: Fr= Fator de redução D = Demanda estimada, diversificada, em kva. a = Demanda em kva, das potências para iluminação e tomadas. b = Demanda em kva de todos os aparelhos de aquecimento e condicionamento de ar (chuveiro, aquecedores, fogões, aquecedores de ar etc.). c = Demanda em kva de motores elétricos e máquinas de solda tipo grupo gerador, conforme indicado abaixo: 100% da potência em kva, do maior motor, mais 80% do 2ªmaior motor, em kva, mais 60% do 3ºmaior motor, em kva, mais 40% dos demais motores. d = Demanda em kva, das máquinas de solda a transformador e aparelhos de Raio X, conforme indicado abaixo: 100% da potência em kva, do maior equipamento, mais 70% do 2ºmaior equipamento, em kva, mais 50% do 3ºmaior equipamento, em kva, mais 30% dos demais equipamentos. Para projetos de extensão de redes primárias a estimativa da demanda será feita em função da demanda dos transformadores de distribuição, observando-se a homogeneidade das áreas atendidas e considerando-se a influência das demandas individuais dos consumidores de AT. Os troncos de alimentadores deve ser considerado relatórios de acompanhamentos ou medições sempre utilizando a máxima demanda, e possíveis absorção de futuras cargas Critérios proposto pela CELG A metodologia proposta pela CELG para determinação dos valores de demanda esta descrita em função de várias situações possíveis de projetos, sendo analisados os casos em que existem ou não condições de se efetuar medições.

32 32 Os critérios adotados pela CELG, são semelhantes aos propostos pela CEB, alterando apenas os parâmetros utilizados para determinação de demanda para consumidores residenciais. A demanda diversificada de cada consumidor residencial deve levar em conta as diversas classes, conforme a tabela 6 seguir: Tabela 6: Demanda diversificada por consumidor Classe Demanda diversificada kva /consumidores A 0,7 B 1,0 C 1,5 a 4,0 Fonte: CELG (2008). Classe A": Consumidores com poucas possibilidades de utilização de aparelhos eletrodomésticos; Classe B": Consumidores com média possibilidade de utilização de aparelhos eletrodomésticos; Classe C": Consumidores com possibilidade de utilização de aparelhos eletrodomésticos com carga significativa (classe média/alta). Para a determinação da potência do transformador de distribuição deverão ser adotados os valores de demanda diversificada para o consumidor residencial, acrescendo ainda 0,16kVA por luminária para a demanda da iluminação pública e levando-se também em conta as demandas dos outros tipos de consumidores.

33 33 TRAÇADO CAPÍTULO 3- CONFIGURAÇÕES DE REDE E ESCOLHA DO A configuração da rede é definida em função do grau de confiabilidade desejado. A princípio podem ser utilizadas as configurações "radial simples" e "radial com recurso", dependendo da importância das cargas ou das localidades a serem servidas. A seguir são descritas as principais topologias e arranjos de redes primárias e secundárias comuns às diversas distribuidoras pesquisas e ainda os critérios gerais que devem ser observados na escolha do traçado Configurações Básicas de Redes Primárias Sistema Radial Simples: é caracterizado por um único trajeto para o fluxo de potência entre a fonte e a carga, sendo o tipo mais simples de alimentação, como mostra a Figura 3. Figura 3:Sistema radial simples Fonte: RGE (2009) Essa configuração é economicamente viável em áreas de baixa densidade de carga como no caso de áreas rurais ou zonas urbanas distantes dos grandes centros de consumo. Em contrapartida, apresenta baixa confiabilidade, pois não apresenta recursos para manobra de alimentação alternativa.

34 34 Sistema Radial com Recurso: é caracterizado por apresentar mais de um trajeto para o fluxo de potência entre a fonte e determinadas cargas. O direcionamento do fluxo de potência é feito por dispositivos de manobra localizados em pontos estratégicos, como mostra a Figura4. Figura 4:Sistema radial com recurso Fonte: RGE (2009) Essa configuração é utilizada em áreas que tenham maiores densidades de cargas ou requeiram um maior grau de confiabilidade como, por exemplo, hospitais, centros de computação e similares, sendo caracterizada pelos seguintes aspectos (CEB, 2002): Existência de interligações normalmente abertas, entre alimentadores adjacentes da mesma ou de subestações diferentes; É projetado de forma que exista certa reserva de capacidade em cada circuito, para a absorção de carga de outro circuito na eventualidade de algum defeito; Limita o número de consumidores interrompidos por defeitos e diminui o tempo de interrupção em relação ao sistema radial simples Configurações Típicas de Redes Secundárias A configuração da rede secundária normalmente é determinada a partir de padrões típicos que permitem o atendimento de áreas com diversas características quanto à densidade de carga. A adoção de um determinado padrão será função da densidade de carga inicial, da taxa de crescimento e da configuração do arruamento.

35 35 A Figura 5 mostra os padrões seguidos pelas concessionárias, sempre que possível, na determinação da configuração de redes secundárias, onde o valor de q usualmente considerado como ideal é de 100m. Figura 5:Padrões típicos de redes secundárias Fonte: (CEB, 2002) Em nenhum caso poderá haver rede secundária com consumidor distante mais de 250 m do transformador (CEB, 2002). Em cada projeto, individualmente considerado, torna-se na maioria dos casos, difícil a aplicação de circuitos típicos caracterizados. Entretanto, essas configurações devem ser gradualmente atendidas à medida que a integração desses projetos individuais o permitam, o que poderá ser alcançado através de um planejamento orientado para pequenas extensões Escolha do Traçado Para a localização do traçado das redes de distribuição urbanas nas áreas atendidas devem ser respeitados alguns critérios que viabilizam a implantação e manutenção das estruturas. As normas pesquisadas possuem alguns métodos semelhantes que são determinados pelas distribuidora, a seguir são elencados os critérios de acordo com cada segmento de rede.

36 36 Tronco de alimentadores de redes primárias: Utilizar vias com arruamentos já definidos e aprovados, que já possuam meios-fios implantados; Evitar vias com tráfego intenso de veículos se possível; Evitar traçados com ângulos e curvas desnecessários; Acompanhar a distribuição das cargas (inclusive previsões), de modo a otimizar os carregamentos; Procurar o equilíbrio das demandas entre alimentadores; Manter a sequência de fases da subestação; Prever a interligação com outros alimentadores para manobras de emergência através de chaves faca ou religadores. Ramais de alimentadores de redes primárias: Dirigir os ramais em sentido paralelo uns aos outros; Orientá-los de maneira a favorecer a expansão prevista para a zona por eles servida; Considerar a posição da fonte de energia de forma a se ter um caminho mais curto e com menor queda de tensão e perdas; Conservar a sequência de fases do tronco alimentador. Circuitos secundários: Os circuitos secundários devem ser do tipo radial; Prever futuras modificações e interligações, sem a necessidade de complementação de fases ou de trechos; Evitar a existência de vão vazio entre dois circuitos adjacentes; Todos os circuitos secundários devem ser interligados através do condutor neutro e aterrados. Quando possível, o traçado da rede deve ocupar as faces norte e oeste dos logradouros afim de disponibilizar melhores condições para a arborização, como mostra a Figura 6.

37 37 Figura 6:Locais recomendados para o traçado das redes no arruamento Fonte: AES Sul (2012) As redes de distribuição devem ter afastamentos mínimos em relação as fachadas de prédios e construções existentes, não é permitido de forma alguma passar redes sobre qualquer espécie de obras existentes, ou que podem ser construídas. Para que não surjam problemas durante a construção e a necessidade de modificações no projeto original, sempre que possível, a posição dos postes deverá estar de acordo com as observações previamente levantadas em campo e devidamente assinaladas em projeto. Na norma da AES-SUL também são determinados mais alguns critérios importantes que devem ser obedecidos na escolha do traçado: Deverá ser previsto, no projeto, em redes urbanas, o uso de estruturas tipo M, visando evitar futuros deslocamentos por questões de segurança, salvo as estruturas do tipo 3 e 4. Essas devem ser preferencialmente do tipo N3 e N4.

38 38 O eixo da rede deve passar o mais próximo possível dos centros de carga; O traçado, sempre que possível, deve ser de fácil acesso, visando maior facilidade de construção, operação e manutenção; evitar, sempre que possível os traçados através de matos, pântanos áreas de preservação ambiental e culturas em geral; Utilizar, quando houver, as faixas de domínio de rodovias; Evitar deflexões em excesso.

39 39 CAPÍTULO 4 LOCAÇÃO DE POSTES E TRANSFORMADORES E EQUIPAMENTOS Uma vez determinados os traçados das redes primárias e secundárias e definidos os centros de carga, devera ser locados em planta os postes necessários à sustentação da rede de distribuição. Para que não surjam problemas durante a construção e a necessidade de modificações no projeto original, sempre que possível, a posição dos postes deverá estar de acordo com as observações previamente levantadas em campo e devidamente assinaladas em projeto. Para definição do local de instalação de postes, transformadores e equipamentos deve ser considerado alguns critérios estipulados pelas concessionárias Locação de Postes Na locação de postes os critérios comuns estabelecidos a todas as concessionárias pesquisadas são descritos a seguir: localizar a posteação no mesmo lado das diversas ruas e em alinhamento com redes elétricas existentes; quando necessário, em vias públicas com largura inferior a 25 metros, pode ser projetada posteação em ambos os lados da rua, desde que tecnicamente justificado; locar os postes nas divisas dos terrenos, quando isto não for possível, locar no centro das testadas; não locar postes em frente a entradas de residências, garagens, estacionamentos, lojas e guias rebaixadas em postos de gasolina; evitar a locação de postes em frente a anúncios luminosos, marquises e sacadas; locar postes no centro de vias públicas somente quando houver canteiro central, cujas dimensões permitam inscrever um círculo com diâmetro de 1 metro com centro no eixo do poste e cuja altura dos meios-fios seja no mínimo de 15 centímetros;

40 40 evitar a locação de postes em centro de cruzamentos de ruas e avenidas mas, quando necessário, deve existir canteiro cujas dimensões permitam inscrever um círculo com 2 metros de diâmetro, com centro no eixo do poste e com proteção de aço; evitar interferência com alinhamento de galerias pluviais e esgotos; nas esquinas, nenhum poste pode estar a menos de 1 metro do alinhamento da testada dos terrenos; nas derivações de rede secundária, a rede pode derivar num lado da esquina, observando-se que os condutores não podem cruzar sobre terrenos de terceiros; a diferença entre dois vãos adjacentes não pode ser maior que 1/3 do maior vão; os vãos da rede secundária devem ser escolhidos de modo que o ramal de ligação não seja maior do que 30 metros e que o número máximo de derivações de ramais de ligação permitido por poste seja de 4 ligações para cada lado da rua. O vão básico entre postes varia entre as concessionárias, como podemos observar na tabela 7. Tabela 7 : Vão básico entre postes. CONCESSIONÁRIA REDE SECUNDÁRIA OU MISTA (metros) REDE PRIMÁRIA (metros) CEEE 35 m 70 m RGE 30 a 40 m 60 a 80 m AES-SUL 35 m 70 m CEB 30 a 40 m 60 a 80 m CELG 30 a 40 m 60 a 80 m Com relação aos comprimentos recomendados, as distribuidoras adotam alguns postes que poderão ser aplicados: ramal secundário (desvio)= poste7m; rede secundária + iluminação + telecomunicações: poste 9m; Rede primária: poste 11m; Equipamentos e circuitos primários (alimentadores): poste 12m; Circuito duplo de rede primária: poste 13 m;

41 41 Para casos especiais, como arranjos que envolvem derivações, cruzamentos ou travessias, bem como quando necessário assegurar os afastamentos mínimos entre condutores e solo e evitar enforcamento de estruturas, poderão ser empregados postes de comprimentos superiores; 4.2. Locação de Transformadores Na locação de transformadores a RGE e a CELG determinam que seja seguido os seguintes critérios : posicionar no centro de carga ou próximo às cargas concentradas, principalmente as que ocasionam flutuação de tensão; não locar no ponto de derivações de ramais primários e secundários; afastamento mínimo nas esquinas de 10 metros; Quanto a locação de transformadores a AES-SUL,CEB e CEEE definem que estes não devem estar mais de 250 metros do consumidor mais afastado do transformador Locação de Equipamentos Para locação de equipamentos as distribuidoras determinam os seguintes critérios: Posicionar em local de fácil acesso, buscando facilitar manobras necessárias; Não locar em deflexões da rede, com instalação de estai de âncora; Afastamento mínimo nas esquinas de 15 metros; Não locar em postes que possuem outros equipamentos. Não devem ser instaladas mais de 3 chaves fusíveis em série no mesmo alimentador.

42 42 CAPÍTULO 5. DIMENSIONAMENTO ELÉTRICO E MECÂNICO Nesta etapa de projeto, os condutores dos circuitos primários e secundários e os transformadores de distribuição são dimensionados de acordo com as estimativas de demanda calculadas anteriormente. Para a determinação das bitolas dos condutores e da potência nominal dos transformadores a serem empregados é necessária a aplicação de alguns critérios técnicos que visam o bom desempenho da rede em relação às características de carga previstas. No caso de haver previsão de ampliação da rede projetada, a carga prevista deve ser incluída no cálculo elétrico. A seguir são descritos os critérios utilizados pelas concessionárias para dimensionamento desses elementos do sistema Dimensionamento dos Condutores Para a determinação da bitola dos cabos dos circuitos primários e secundários as distribuidoras adotam basicamente os critérios técnicos da capacidade de condução de corrente e da queda de tensão máxima nos condutores. Em projetos novos ou de reforma de rede, as concessionárias (CEEE, RGE, AES-SUL e CEB) definem que devem ser empregados preferencialmente condutores multiplexados de alumínio isolamento XLPE(90 C), 0,6-1,0 kv para a redes secundárias Critério da Capacidade de Condução de Corrente Este critério consiste basicamente em atribuir limites de carregamento máximos às bitolas padronizadas de condutores de modo a garantir condições operacionais seguras. Esses limites são definidos em um percentual da corrente

43 43 máxima admissível pelo condutor. Os percentuais adotados pelas concessionárias são descritos na tabela 8, a seguir: Tabela 8: Limite de Carregamento dos Condutores Concessionárias Baixa tensão (BT) Média tensão (MT) CEEE-D 80% 80% RGE 70% 70% AES-SUL 80% 60% CEB 60% 50% a 60% CELG 60% 50% a 60% A Tabela 9 relaciona as bitolas padronizadas de condutores de alumínio (CA) e condutores de alumínio com alma (CAA) tipicamente utilizada em RDU s com as respectivas correntes máximas admissíveis (SCHRENK, 2012). Tabela 9: Bitolas padronizadas e correntes máximas de condutores Rede convencional Bitola AWG Corrente máxima A CA CAA / / , Fonte: RGE (2009) A Tabela 10 relaciona as bitolas padronizadas de condutores de multiplexados de alumínio, isolamento XLPE (90 C), tipicamente utilizados em RDU s com as respectivas correntes máximas admissíveis (CEEE-D, 2010).

44 44 Tabela 10: Capacidade de Condução de Corrente dos Condutores Multiplexados de Alumínio, Isolamento XLPE (90 C) Tipo de condutor Corrente (A) Temperatura ambiente 30 C 40 C Q Q Q Q Fonte: CEEE-D Com base na demanda e na corrente prevista para cada um dos circuitos, inicialmente é definida a menor bitola padronizada que atenda as necessidades do circuito, respeitando-se o limite de carregamento definido. A bitola pré-definida serve de base para aplicação do critério das quedas de tensão. Deve-se usar a equação [5.1] para determinar a corrente no trecho: I = Dem Vn 3 [5. 1] I é a corrente calculada no trecho Dem é a demanda calculada no trecho (kva) Vn é a tensão de linha no trecho(kv) Critério da Queda de Tensão Este procedimento consiste em verificar, através de cálculos detalhados, os níveis de queda de tensão percentuais em cada trecho da rede onde há distribuição de energia pelos ramais de ligação ou ramais primários. A tabela 11 mostra os limites máximos de queda de tensão utilizados pelas concessionárias para os pontos mais desfavoráveis das redes primárias e secundárias, ou seja, os pontos mais distantes em relação à fonte.

45 45 Tabela 11: Limites de queda de tensão utilizados pelas concessionárias Concessionárias Baixa tensão (BT) Média tensão (MT) Redes novas Reformas Extensão Todos os casos CEEE-D 3,5 % 5 % 5% 7% RGE 3,1% 5,6% 4,3% 5,5% AES-SUL 3,5% 5% 5% 7% CEB 3% 5% 5% 7% CELG 3% 5% 5% 7% A avaliação desses parâmetros é feita através do cálculo de um coeficiente que expressa o percentual unitário de queda de tensão por unidade de demanda e comprimento. Esse coeficiente é determinado para cada uma das bitolas padronizadas conforme o Anexo A. A partir desses coeficientes são calculadas as quedas de tensão em cada trecho do circuito a partir dos valores de demanda e das distâncias entre pontos estratégicos da rede de distribuição (SCHRENK, 2012). seguir: Para definir a queda de tensão as concessionárias utilizam a equação [5.2] a Onde: v = queda de tensão; v = dem l g [5.2] 100 dem = demanda acumulada no final do trecho; l = distancia entre os trechos; g = coeficiente do condutor. A Figura 7 mostra um exemplo de rede secundária com os respectivos trechos analisados cujos valores de queda de tensão foram calculados de acordo com a planilha.

46 46 Figura 7: Cálculo de quedas de tensão nos trechos da rede secundária Fonte: CEB 5.2. Dimensionamento dos Transformadores Para a determinação da potência nominal dos transformadores de distribuição as concessionárias baseiam-se na demanda diversificada calculada para os circuitos secundários da rede. Atribuindo um carregamento máximo em relação à potência nominal de forma a minimizar os custos de investimentos, substituição e perdas, dentro do horizonte do projeto. Os transformadores são dimensionados para atender a evolução das cargas previstas no mínimo de 5 anos subsequentes.

47 47 Em projetos de redes urbanas são previstos transformadores trifásicos, em geral, com as potências nominais padronizadas de 30kVA, 45 kva, 75 kva, 112,5 kva, 150kVA e 225kVA. O uso de transformadores com potências nominais acima de 150kVA será para o atendimento exclusivo de edifícios de uso coletivo. De modo geral, define-se que os circuitos de baixa tensão devem ser de pequena dimensão, buscando conseguir atender esses circuitos com transformadores de menor potência (75 kva). Os transformadores de maior porte devem ser evitados de serem utilizados, devido seus altos custos para manutenção e a dificuldade para uma futura obra de ampliação de carga. A CEEE-D define as potências dos transformadores para loteamentos, condomínios horizontais e assemelhados, conforme o estabelecido na tabela 12: Tabela 12: Potência de transformadores Demanda do circuito(kva) Potência do transformador (kva) - até até até ,5 121 até Fonte: CEEE Já as demais concessionárias (RGE, AES-SUL, CEB e CELG), utilizam a demanda diversificada máxima calculada para definir a potência dos transformadores conforme a tabela 13: Tabela 13: Potência de transformadores em reformas, extensões e novas cargas. Demanda do circuito (kva) Potência do transformador (kva) - até até até até 112,5 112,5 112,6 até até até Fonte: AES-SUL.

48 Dimensionamento Mecânico O dimensionamento mecânico consiste na determinação dos esforços resultantes que serão aplicados nos postes e na identificação dos meios necessários para absorvê-los. O esforço resultante é obtido através da composição dos esforços dos condutores, produzidas pela aplicação das trações de projeto que atuam no poste em todas as direções, transferidas do poste. No dimensionamento mecânico dos condutores devem ser consideradas as características dos condutores, as forças aplicadas aos condutores, as variações de temperatura e as forças dos ventos. Na maioria das concessionárias se utilizam dois métodos: método de transferência de esforço para o topo do poste e o método do diagrama de momentos. O método de transferência de esforço para o topo do poste consiste em transferir os esforços atuantes à uma distância x do topo do poste, geralmente 20 cm, a fim de determinar o esforço total aplicado, dimensionando-o segundo a sua capacidade de resistência nominal. Este método deve ser aplicado apenas quando as forças estiverem em um mesmo sentido e/ou mesmo plano horizontal (MARCHIORO, 2012). O método do diagrama de momentos é utilizado quando são aplicados ao poste forças não coplanares em sentidos diferentes, ocasionando um momento fletor nos mesmos. Os momentos fletores aplicados ao poste do tipo duplo T são gerados através das trações dos condutores e estais. O momento resistente do poste precisa ser obrigatoriamente inferior ao momento fletor aplicado do mesmo, deve ser feita essa análise para suas duas faces (MARCHIORO, 2012). Para elaboração de projetos o DEMEI utiliza o software Análise de Esforços em Redes de Distribuição (AERD), desenvolvido em (MARCHIORO, 2012), para dimensionamento mecânicos de condutores e postes. Este software utiliza simultaneamente o método de transferência de esforço e o método do diagrama de momentos.. Na Figura 8 é apresentada uma visão geral do software. Este possui funcionalidades para análise do comportamento mecânicos dos condutores e esforços atuantes em postes. Desta forma, o programa dimensiona o poste e gera a

49 49 tabela de tração de montagem da rede, para que estes dados possam ser incorporados ao projeto (MARCHIORO, 2012). Figura 8: Visão geral da interface gráfica do software AERD Fonte :DEMEI

50 50 CAPÍTULO 6. ESTUDO DE CASO Para fins de aplicação e análise dos critérios e diretrizes abordados, apresenta-se neste capítulo um estudo de caso referente à elaboração de um projeto de ampliação envolvendo redes de baixa e média tensão do sistema de distribuição do Departamento Municipal de Energia - DEMEI. O projeto em questão tem por finalidade a interligação da rede de MT buscando facilitar futuras manobras de transferência de carga entre alimentadores. Na Figura 9 apresenta-se a área de abrangência do projeto. Figura 9: Croqui retirado Google Maps. Fonte: Na etapa de inicial, realizou-se o levantamento a campo da rede existente, onde se verificaram tipos de estruturas, características de condutores, transformadores, ramais, divisas de terrenos, distância entre postes, largura de rua e

51 51 passeio. Nessa análise inicial, constatou-se a importância da substituição de alguns postes que se encontram em péssimas condições e a adequação da rede de baixa tensão. Verificou-se, também, a arborização existente Determinação Da Demanda Para a determinação da demanda do transformador existente no local, adotou-se o método A (conforme item 2.2 Critério adotado pela RGE), usando dados de consumo retirados do E2 comercial (software utilizado pela concessionária) nos últimos 12 meses. Para este calculo foi utilizado a equação [6.1]: c D = [5.1] 730 FC FP Onde: D: é a demanda máxima estimada da unidade consumidora em (kva) C: é o maior consumo registrado durante os últimos 12 meses em (kwh) Fc: é o fator de carga típico definido pela concessionária Fp: é o fator de potência Foi encontrado uma demanda total de 82,89 kva Escolha Do Traçado Quanto à configuração da rede primária, após a ampliação proposta ela passara a ser radial com recurso, já a rede secundária não foi possível utilizar nem um dos padrões típicos adotados pelas concessionárias, mas é importante ressaltar que nenhum consumidor estará a mais de 250 m do transformador. O traçado escolhido é ilustrado nas Figuras 10 e 11.

52 Figura 10: Planta construtiva I 52 F

53 Figura 11: Planta construtiva II 53 Fonte :DEMEI

54 Locação de Postes e Transformadores A localização dos postes foi usada às distâncias máximas de 40 metros entre postes adotados pelas distribuidoras para redes mistas (MT e BT) e 20 metros para a mínima distância entre postes pelo motivo de ter feito um desvio, para evitar que a rede ficasse passando por cima de um terreno de consumidor. Quanto a altura dos postes foi utilizado 11metros para postes com a rede primária passante e 12 metros para fazer o cruzamento com a rede da Rua dos Coroados e derivação na Rua Guilherme Tim Dimensionamento Elétrico O dimensionamento elétrico foi elaborado utilizando os critérios adotados pelas concessionárias pesquisadas, capacidade de condução de corrente dos condutores e queda de tensão no consumidor mais distante do transformador. Utilizando as demandas já calculadas anteriormente (item 8,2), foi encontrado uma corrente máxima de 125,94 A no barramento do transformador, sendo o cabo de alumínio nu 1/0 AWG na configuração 3# 1/0(1/0) CA suficiente para a determinada corrente, pois sua capacidade é de 202 A. Para o calculo da queda de tensão foi utilizado a planilha elaborada pelo DEMEI, que é semelhante as planilhas utilizadas pelas outras concessionárias, na figura 16 podemos observar que a queda de tensão máxima encontrada é de 1,73%. Ficando abaixo dos limites adotados pelas demais concessionárias, 5% para reformas ou extensão de redes secundárias.

55 55 Figura 12: Planilha cálculo de queda de tensão Fonte: DEMEI. A potencia do transformador existente de 112,5 kva ao compararmos o carregamento máximo conforme a demanda calculada é 82,89 kva e utilizando um fator de crescimento para 5 anos de 1,276 resultara em uma demanda futura(após 5 anos) de 105,77 kva utilizando os dados da tabela 15 podemos concluir que ele atendera a carga existente no local pelo tempo de 8 anos com um fator de crescimento de 5%.

56 56 Tabela 14: Demanda de Transformadores Demanda do circuito (kva) Potência do transformador (kva) - até até até até 112,5 112,5 112,6 até até até Fonte: AES-SUL Cálculo Mecânico Para o dimensionamento mecânico dos postes e gerar as tabelas de montagens da rede distribuição foi baseado na utilização do software AESD. Buscou-se evitar a utilização de estais de ancoragem por conta dos riscos de acidentes e abalroamento. Foi verificado a resistência necessária dos postes que possuirão entroncamento (final de rede) nos pontos 1, 2, 6 e 31, para os demais foi utilizado postes com resistência de 400 dan. A seguir apresentam-se os resultados obtidos.

57 57 Figura 13: Simulação de esforços no poste 01 Fonte: DEMEI Após verificação dos esforços resultantes no ponto 01, conforme figura13, o software indicou um poste de 11 metros de comprimento e 1000 dan de resistência conforme figura14. Figura 14: Poste indicado Fonte: DEMEI

58 58 Figura 15:Simulação de esforços no poste 02 Fonte: DEMEI Após verificação dos esforços resultantes no ponto 02, conforme figura 15, o software indicou um poste de 12 metros de comprimento e 1000 dan de resistência conforme figura16. Figura 16:Poste indicado Fonte: DEMEI

59 59 Figura 17:Simulação de esforços no poste 06 Fonte: DEMEI Após verificação dos esforços resultantes no ponto 06, conforme figura 17, o software indicou um poste de 11 metros de comprimento e 200 dan de resistência conforme figura 18, para esse caso foi utilizado um poste de 11 metros e 400 dan de resistência, para esse caso foi utilizado um poste de 11 metros e 400 dan de resistência. Figura 18:Poste indicado Fonte: DEMEI

60 60 Figura 19: Simulação de esforços no poste 27 Fonte: DEMEI Após verificação dos esforços resultantes no ponto 27, conforme figura 19, o software indicou um poste de 12 metros de comprimento e 400 dan de resistência conforme figura 20. Figura 20: Poste indicado Fonte: DEMEI Para gerar as tabelas do calculo de flecha e tração de montagem da rede, foi utilizado os dados dos cabos 2/0 para rede primária já prevista no programa e para gerar as tabelas para o cabo quadruplex 50 mm² na baixa tensão foi utilizado os dados da tabela de montagem conforme figura 21.

61 61 Figura 21: Tabela de montagem rede primária e secundária Fonte: DEMEI 6.5. Sistema de Aterramento Para o sistema de aterramento o condutor neutro de todos os circuitos secundários deve ser interligado e aterrado, no ponto de interligamento com os circuitos adjacentes. Todo o fim de rede secundária deve ser aterrado através de uma haste de aterramento. Os aterramentos dos neutros das redes secundárias, dos para-raios e das carcaças dos equipamentos, devem ser feitos com um fio de cobre nu, seção 6AWG, todos os pontos a efetuar o aterramento foram elencados na planta construtiva (item 6.3). Já para realização dos trabalhos foram elaborados diagramas unifilares da rede de distribuição contendo as chaves a serem manobradas, conforme a figura 22 e os pontos para instalação de aterramentos temporários, figura 23, visando a proteção dos trabalhadores.

62 62 Figura 22: Chaves manobradas e sequencia de fase nas conexões. Fonte: DEMEI

63 63 Figura 23: Diagrama unifilar e área de trabalho Fonte: DEMEI

64 Orçamento da Obra Para elaboração do orçamento foi utilizado o software E2 ADM, para apresentar a relação dos materiais. O relatório possui a descrição e especificação de todos os materiais e as quantidades a serem empregadas e retiradas da rede de distribuição.

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67 67 CAPÍTULO 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho abordou as principais diretrizes e critérios utilizados em de projetos de redes aéreas de distribuição de energia elétrica. Foram reunidas as principais informações referentes à elaboração de um projeto de redes aéreas de distribuição de energia elétrica, numa sequencia que apresenta como são constituídos os projetos. Através do estudo realizado com as bibliografias analisadas no decorrer do trabalho verifica-se a importância de todos os itens abordados na elaboração de um projeto. A utilização desses parâmetros para elaboração dos projetos garantirá uma maior segurança, continuidade e confiabilidade no sistema de distribuição e poderá evitar que sejam necessários novos investimentos em um mesmo local em um horizonte próximo. Entre os critérios utilizados para a elaboração dos projetos pode-se destacar que a maioria dos critérios adotados pelas concessionárias são semelhantes. Os critérios que possuem algumas divergências são os critérios adotados para calculo da demanda, classificação dos consumidores quanto a sua classe de consumo e o dimensionamento elétrico dos condutores. Para critério da classificação da classe dos consumidores e definir a demanda individual dos consumidores foi adotado os métodos utilizados pela RGE, pois esses métodos estão bem detalhados, e utilizam critérios semelhantes aos já adotados no RIC-BT DEMEI para o cálculo de demanda na aprovação de projetos de novos consumidores. Outro fator que deve ser levado em consideração é que os perfis de seus consumidores são semelhantes aos dos consumidores do DEMEI. Para o dimensionamento elétrico deve ser adotados os limites utilizados pela CEEE-D para queda de tensão (3,5% para redes novas, 5% para reformas e extensão de redes secundárias e 7% para todos os casos de redes primárias) e para carregamento dos condutores ( 80% para todos os casos). Porque esses limites ficam de acordo com o módulo 8 do PRODIST, no que diz respeito a níveis de tensão.

68 68 Outro aspecto de suma importância que deve ser observado na elaboração de um projeto é o ambiental, associados principalmente à arborização urbana. Apresentou um estudo de caso considerando os critérios comuns as diversas distribuidoras, os critérios definidos anteriormente e o dimensionamento mecânico utilizado pelo DEMEI. Sugestões de trabalhos futuros: Estudo comparativo dos aspectos financeiros, de segurança e de continuidade utilizando os critérios e diretrizes estabelecidos pelas concessionárias pesquisadas. Validação dos critérios de estimativa de demanda, utilizando medições; Estudo de diretrizes e critérios elaboração de projetos de redes subterrâneas; Análise de critérios econômicos para critérios elaboração de projetos de redes de distribuição, considerando aspectos remuneração tarifária. Estudo da possibilidade e viabilidade de adotar a topologia anel para vários transformadores, utilizada por algumas concessionárias em redes subterrâneas nos grandes centros.

69 69 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 15688: Redes de distribuição aéreas de energia elétrica com condutores nus, Rio de Janeiro, ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 5440: Transformadores para Redes Aéreas de Distribuição Padronização, Rio de Janeiro, ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 8159: Ferragens eletrotécnicas para redes aéreas, urbanas e rurais de distribuição de energia elétrica - Formatos, dimensões e tolerâncias - Padronização, Rio de Janeiro, ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 5460: Sistemas elétricos de potência, Rio de Janeiro, ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 5456: Eletricidade geral Terminologia, Rio de Janeiro, AES SUL. NTD 002: Projeto de Rede Aérea de Distribuição. AES Sul, CEEE. NTD : Elaboração de projetos de redes aéreas de distribuição urbanas. Companhia Estadual de Energia Elétrica, p. CEB. NTD- 1.02: Critérios para projetos de redes aéreas urbanas convencionais. Companhia Energética de Brasília, p. CELG. NTD 08: Critérios de projetos de redes de distribuição aéreas urbanas.centrais elétricas de Goias S/A, p. DEMEI- Departamento Municipal de Energia de Ijuí, Publicações, Disponível em: < Acesso em: maio de FRANCISQUINI, Aislan Antônio, Estimação de curvas de carga em pontos de consumo e em transformadores de distribuição, 2006, 94 f, Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica), Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, São Paulo. FRANCO, John F, et al. Um método heurístico eficiente para a seleção ótima e o recondutoramento de alimentadores primários em sistemas de

70 70 distribuição de energia elétrica, XVIII Congresso Brasileiro de Automática,Bonito,2010.Disponívelem:< rtigos/66271_1.pdf > Acesso em: setembro de SCHRENK, Fernando Weirich, Projetos de redes aéreas de distribuição urbanas, 2012, RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR. MARCHIORO, ALISON FERNANDO, DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA COMPUTACIONAL PARA ANÁLISE E DIMENSIONAMENTO MECÂNICO DE POSTES EM REDES AÉREAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA, 2012, trabalho de conclusão de curso, UNIJUI.

71 71 ANEXOS ANEXO A Coeficientes De Queda De Tensão Em Condutores Tabela 15: Características dos condutores de alumínio (CEEE, 2010) Tabela 16: Coeficientes de queda de tensão para condutores de alumínio multiplexados (CEEE, 2010)