Campus Curitiba Dimensionamentos Prof. Vilmair E. Wirmond 2012

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1 Dimensionamentos Prof. Vilmair E. Wirmond 2012

2 Condutores O dimensionamento de um condutor deve ser precedido de uma análise detalhada das condições de sua instalação e da carga a ser suprida. Dimensionar corretamente os condutores de um circuito é determinar a seção dos condutores e a corrente nominal dos dispositivos de proteção contra sobrecorrentes ligados a estes circuitos. Para isso, é preciso considerar os seguintes critérios: critério da capacidade de corrente (ampacidade) verifica-se o limite de temperatura dos cabos em função da corrente; limite de queda de tensão; escolha da proteção contra correntes de sobrecarga e aplicação dos critérios de coordenação entre condutores e proteção; escolha da proteção contra correntes de curto-circuito e aplicação dos critérios de coordenação entre condutores e proteção; verificação da bitola mínima estipulada pela NBR5410/2004 para os circuitos.

3 Critério da Capacidade Corrente(ampacidade) 1. Este critério se aplica ao dimensionamento da seção dos condutores fase, os quais servirão de base para o dimensionamento das seções dos condutores neutro e de proteção (terra). 2. Em condições de funcionamento normal, a temperatura de um condutor, isto é, a temperatura da superfície de separação entre o condutor propriamente dito e a isolação, não pode ultrapassar a chamada temperatura máxima de operação.

4 Métodos de Instalação Tab. 33 NBR 5410/2004

5 Ampacidade

6 Ampacidade

7 Fatores de correção 1. FCT Fator de correção de temperatura : determinado em função da isolação docondutor, da temperatura ambiente ou da temperatura do solo de acordo com a maneira de instalar previamente determinada. 2. FCA Fator de correção de agrupamento: determinando em função do trecho mais crítico do circuito. Para condutores em paralelo, cada grupo de condutores fase-neutro, independente do número de condutores por fase ou número de condutores por neutro, deve ser considerado um circuito unitário. 3. FCRS Fator de correção da resistividade do solo: normalmente é utilizado paraa maneira de instalar D. Aplica-se apenas quando a resistividade do solo for um fator considerável na instalação dos condutores e diferente de 2,5 K.m/W; caso contrário, o considera igual a 1.

8 Corrente Corrigida Bitola (seção) do condutor tendo-se o valor da corrente corrigida (Ic), o tipo de cabo e a maneira de instalar previamente determinados, a bitola (ou seção) do condutor pode ser obtida a partir das tabelas Iz >= Ic onde, Ic - corrente corrigida; Iz - capacidade de condução de corrente tabelada;

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11 Seção mínima Seção mínima dos condutores - a NBR5410/2004 estabelece que as seções mínimas dos condutores fase em corrente alternada (CA) e dos condutores vivos em corrente contínua (CC) não sejam inferiores às indicadas na tabela a seguir.

12 Proteção proteção - o condutor não pode ser dito corretamente dimensionado até que seja verificada a sua proteção. Na proteção de um condutor pode ser utilizado um disjuntor, cujo valor de corrente nominal (Idp) esteja compreendido entre o valor da corrente de projeto (Ip) e o valor da corrente máxima suportada pelo condutor (Iz), ou seja: Ip e I 2 Idp 1, 45 Iz Iz Esse critério garante que o disjuntor não atue para uma corrente igual ou menor à corrente corrigida, mas que a corrente de abertura do disjuntor seja menor do que a corrente suportada pelo fio/cabo.

13 13 I2 Ampacidade Corrente Nominal (In) Corrente convencional de não atuação Corrente Convencional de atuação (Iz) Tempo Convencional In 63 1,13 x In 1,45 x In 1 h In > 63 1,13 x In 1,45 x In 2 h *Para disjuntores termomagnéticos, Norma NBR IEC 6089-minidisjuntores

14 14 I2 Ampacidade Corrente Corrente Corrente Convencional Tempo de ajuste convencional de de atuação Convencional (In) não atuação (Iz) In 63 1,05 x In 1,30 x In 1 h In > 63 1,05 x In 1,30 x In 2 h *Para disjuntores termomagnéticos, Norma NBR IEC disjuntores industriais

15 Critério da Queda de Tensão

16 Conceitos de Queda de Tensão

17 Cálculo da queda de tensão em circuitos concentrados Circuitos concentrados são circuitos onde a carga está concentrada em um único ponto. Cálculo da queda de tensão Circuitos distribuídos São circuitos onde a carga está locada em diversos pontos, variando a corrente ao longo do trajeto da fiação. Em função disso, é necessário calcular trecho a trecho para verificar se a queda de tensão percentual máxima para o circuito ( MAX DV% ) não foi ultrapassada. Neste método, parte-se de um pré-dimensionamento do condutor, feito através do critério da ampacidade, de forma que este condutor atenda simultaneamente o critério da queda de tensão.

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19 Regras Básicas Escolher o pior caminho do circuito, sendo este aquele que apresente maior queda de tensão causada ou pela maior distância, ou pelo maior acúmulo de cargas. Em caso de dúvidas, deve-se calcular para duas situações. Apesar de o ideal ser calcular a queda de tensão para todos os circuitos, isto não é necessário, bastando os cálculos daqueles que apresentarem as situações mais adversas, tais como grande comprimento (geralmente maior que 15 m), ou alta potência relativa.

20 Critério da Queda de Tensão v = l Ip vunit v% = v 100 Vn

21 Verificação econômica do dimensionamento Ampacidade Queda de tensão #6 #10 #16 Ok #6 #10 #16 #25 Não OK Caso aconteça como no segundo caso, deve-se reestudar o sistema : Modificar os limites de queda de tensão, respeitando os limites da norma. Alterar o trajeto do circuito, Colocar cabos em paralelo (altas potências) Dividir o circuito ou diminuir as cargas através de redistribuição.

22 Critério da Proteção Contra Curto-Circuito Em qualquer instalação deverão ser previstos dispositivos de proteção que garantam a interrupção da corrente de curto-circuito, antes que esta corrente cause problemas aos condutores e as instalações. Os efeitos causados pela corrente de curto-circuito podem ser de dois tipos: efeito térmico: aquecimento dos cabos e outros componentes acima da temperatura limite, provocando danos à isolação. efeito dinâmico: ocorre no primeiro ciclo da corrente de curto-circuito e causa a quebra de isoladores, barras, fixações, etc., devido a força de atração ou repulsão causada por esta corrente.

23 Curvas de dispositivos de proteção

24 Curto-circuito O cabo é aquecido em função de dois fatores: corrente elétrica; tempo; E esta energia é dada pela integral de Joule: Icc2dt Para aquecer um cabo desde a sua temperatura de trabalho até a temperatura de curto-circuito, é necessária uma quantidade de energia que pode ser calculada pela equação: onde, Icc - corrente de curto-circuito simétrica; S - seção do condutor; K - fator dependente do material da isolação; Os limites da integral são de 0 a t.

25 Critérios normalizados a) Irdp Icc b) Tdp t Onde, Irdp - capacidade de interrupção do dispositivo de proteção (disponível nos catálogos dos fabricantes da referida proteção ou na internet em sites de fabricantes). Icc - nível de curto-circuito simétrico presumido no ponto de instalação do dispositivo de proteção (DP); Tdp - tempo de disparo do DP (ver catálogos de fabricantes); T - tempo que os condutores suportam, sem que a temperatura limite seja atingida (ver catálogos de fabricantes). O tempo limite de atuação do dispositivo de proteção (DP), ou seja, o tempo que os condutores suportam antes de ser atingida a temperatura limite, pode ser calculado por:

26 Curto-circuito A equação anterior para o cálculo do tempo de atuação, é derivada da integral de Joule e é válida apenas no caso em que as correntes de curto-circuito simétricas ou assimétricas tenham um tempo de duração entre 0,1 s e 5 s. Os valores normalmente de K podem ser obtidos da tabela a seguir:

27 Gráfico Outra maneira válida para a verificação do tempo suportado pelo cabo, sem que este atinja a temperatura limite, é o gráfico da corrente máxima de curtocircuito no condutor. Os gráficos referentes aos diversos tipos de condutores podem ser obtidos através de catálogos dos fabricantes, como por exemplo, os da Pirelli/Prysmian ao final deste capítulo. Na abscissa do gráfico são representadas as bitola dos condutores, uma vez que já se conhece esta pelos critérios de dimensionamentos verificados anteriormente. Na ordenada do gráfico são representados os valores das correntes de curtocircuito presumidas. As linhas inclinadas indicam o tempo limite em ciclos, sendo este, o parâmetro requisitado.

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30 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Dimensionamento da Seção Mínima do Condutor Neutro Nos circuitos trifásicos equilibrados e sem presença significativa de harmônicos( 15%) o condutor neutro pode ter bitola menor que a do condutor fase, de acordo com a tabela abaixo:

31 Dimensionamento da Seção Mínima do Condutor de Proteção Podem ser utilizados como condutores de proteção: veias, em cabos multipolares; condutores isolados ou cabos unipolares num invólucro comum aos condutores vivos; proteções metálicas ou blindagens de cabos; eletrodutos metálicos; outros elementos condutores; barramentos blindados com invólucros metálicos, desde que sua continuidade elétrica seja assegurada, sua condutância esteja de acordo com a bitola S calculada e permita a ligação de outros condutores de proteção nas derivações.

32 Em resumo Aplicar o critério da ampacidade: Calcular a corrente de projeto, Verificar os fatores de correção, Calcular a corrente corrigida, Definir a fiação e proteção, 2. Aplicar o critério da queda de tensão para verificar se o condutor e a proteção atendem a esse critério. 3. Aplicar o critério de curto-circuito para verificar se o condutor e a proteção atendem a esse critério.

33 Dimensionamento de eletrodutos UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Taxa de ocupação do eletroduto não deve ser superior a 53% no caso de um condutor, 31% no caso de dois condutores ou 40% no caso de três ou mais condutores. A tabela a seguir apresenta os diâmetros externos e a seção total de vários condutores fabricados pela Pirelli/Prysmian. Para se calcular a área ocupada do eletroduto deve-se levar em conta a área total do condutor e não apenas a bitola nominal do cabo.

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36 INSTALAÇÕES PREDIAIS CÁLCULO SIMPLIFICADO DE CURTO-CIRCUITO

37 CÁLCULO SIMPLIFICADO DE CURTO-CIRCUITO Para este método de cálculo : 1. Despreza-se a impedância da concessionária e a impedância de AT que alimenta o transformador, 2. Despreza-se a impedância interna dos dispositivos de comando, 3. Desconsidera-se a contribuição de motores e geradores em funcionamento, 4. O nível de curto-circuito é calculado pela falta trifásica simétrica (situação mais crítica), 5. Despreza-se a resistência de contato, Esse tipo de dimensionamento tende a ser conservativo, ou seja, a favor da segurança e com um valor de corrente de curto-circuito (Icc) superior à realmente atingida.

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41 Exercício proposto: Calcule corrente de curto circuito no barramento do QDG, localizado a 50m do transformador de 300kVA, entrada em 13,8kV e secundário em 127/220V. O QDG é alimentado por dois condutores por fase de 120mm2. Repita o cálculo para um transformador de mesma potência(300kva) e QDG á mesma distância, mas com tensão de 220/380V no secundário.

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