ACIONAMENTO DE MÁQUINAS

Transcrição

1 Universidade do Estado de Mato Grosso Campus Sinop Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas ACIONAMENTO DE MÁQUINAS ROGÉRIO LÚCIO LIMA

2 Sistemas de Aterramento Um sistema aterramento visa à: Segurança de atuação da proteção; Proteção das instalações contra descargas atmosféricas; Proteção do individuo contra contatos com partes metálicas da instalação energizadas acidentalmente; Uniformização do potencial em toda área do projeto, prevenindo contra lesões perigosas que possam surgir durante uma falta fase-terra. Choque contato direto e indireto

3 Sistemas de Aterramento Tensão de Toque É a diferença de potencial entre o ponto da estrutura metálica, situado ao alcance da mão de uma pessoa, e um ponto no chão situado a 1m da base de estrutura.

4 Sistemas de Aterramento Tensão de Passo Potencial de passo é a diferença de potencial existente entre os dois pés.

5 Sistemas de Aterramento Para reduzir as tensões perigosas de passo, por exemplo, as subestações são dotadas de uma camada de brita cuja espessura pode variar entre 10 e 20 cm, melhorando o nível de isolamento do operador.

6 Sistemas de Aterramento Aterramento de equipamentos À malha de terra construída sob o terreno onde está implantada a subestação, devem ser ligadas as seguintes partes do sistema elétrico: Neutro do transformador de potência; Para-raios instalados nas extremidades do ramal de ligação; Carcaça metálica dos equipamentos elétricos: transformadores de potência, de medição, de proteção, disjuntores, capacitores, motores etc.; Suportes metálicos das chaves fusíveis e seccionadoras, isoladores de apoio, transformadores de medição, chapas de passagem, telas de proteção, portões de ferro, etc.; Estruturas dos quadros de distribuição de luz e força; Estruturas metálicas em geral.

7 Sistemas de Aterramento Elementos de uma malha de terra a) Eletrodos de terra Aço galvanizado após determinado tempo, sofre corrosão; Aço cobreado adquire uma elevada uma elevada resistência à corrosão

8 Sistemas de Aterramento Elementos de uma malha de terra b) Condutor de aterramento cabo de cobre nú com seção não inferior a 16 mm²; c) Conexões exotérmica tipo derivação (T), exotérmica tipo cruzamento (X).

9 Sistemas de Aterramento Elementos de uma malha de terra d) Condutor de proteção é aquele utilizado para a ligação das massas (por exemplo: carcaça dos equipamentos ) aos terminais de aterramento parcial e principal. Resistência de um sistema de aterramento Num sistema de aterramento, considera-se como resistência de terra o efeito de três resistência: A resistência relativa as conexões existentes entre os eletrodos de terra (hastes e cabos); A resistência relativa ao contato entre os eletrodos de terra a superfície do terreno em torno do mesmo; A resistência relativa ao terreno nas imediações dos eletrodos de terra, resistência de dispersão.

10 Sistemas de Aterramento Resistência de um sistema de aterramento

11 Sistemas de Aterramento

12 Sistemas de Aterramento

13 Método de medição (Método de Wenner) Para realizar uma medição de resistividade do solo e obter resultados satisfatórios devem ser seguidos alguns pontos básicos: a) Os eletrodos devem ser cravados a 20 cm no solo, ou até que apresentem resistência mecânica de cravação consistente, definindo uma resistência de contato aceitável; b) Os eletrodos devem estar sempre alinhados; c) A distância entre os eletrodos deve ser sempre igual; d) Para cada espaçamento definido entre os eletrodos, ajustar o potenciômetro e o multiplicador do terrômetro até que o galvanômetro do aparelho indique zero com o equipamento ligado; e) O espaçamento entre os eletrodos deve variar de acordo com a tabela a seguir, equivalendo a uma medida por ponto para cada distância considerada; f) A distância entre as hastes corresponde à profundidade do solo cuja resistividade se está medindo;

14 Método de medição (Método de Wenner) h) Se o ponteiro do galvanômetro oscilar intensamente, isso significa que existe alguma interferência que deve ser eliminada ou minimizada, afastando-se, por exemplo, os pontos de medição; i) Devem ser anotadas as condições de umidade, temperatura etc., do solo; j) O valor da resistividade deve ser dado pela equação: ρ = 2 π A R(Ω. m) h) Com base nos valores resultantes da medição, calcular a resistividade média; i) Calcular a média aritmética dos valores de resistividade do solo para cada espaçamento; j) Calcular o desvio de cada medida em relação à media anteriormente aritmética determinada; k) Desprezar todos os valores de resistividade que tenham um desvio superior a 50%;

15 Método de medição (Método de Wenner) l) Para um grande de número de valores desviados da média, é conveniente repetir as medições em campo; m) Persistindo os resultados anteriores, a região pode ser considerada como não aderente ao processo de modelagem do método de Wenner.

16 Método de medição (Método de Wenner)

17 Método de medição (Método de Wenner) Fatores de influência na resistividade do solo Composição química Estabilidade química ao solo; Não são corrosivos; Não são atacados pelos ácidos; São insolúveis na presença da água; Têm longa duração (geralmente de 5 a 6 anos). Umidade a resistividade do solo e a resistência de uma malha de terra são bastante alteradas quando varia a umidade existente no solo, principalmente quando este valor cai a níveis abaixo de 20%.

18 Método de medição (Método de Wenner) Fatores de influência na resistividade do solo Temperatura a resistividade do solo e a resistência de um sistema de aterramento são bastante afetadas quando a temperatura cai abaixo de 0 C

19 Método de medição (Método de Wenner) Resistividade aparente do solo (ρ a ) A resistividade aparente do solo é aquela vista por um particular sistema de aterramento.

20 Método de medição (Método de Wenner) Resistividade aparente do solo (ρ a ) Considerando-se realizadas as medições nos pontos definidos, devem ser adotados os seguintes procedimentos: a) Traçado da curva de resistividade média do solo

21 Método de medição (Método de Wenner) Resistividade aparente do solo (ρ a ) b) Determinação da resistividade média do solo (ρ m ) ρ m = ρ 1 x K 1

22 Método de medição (Método de Wenner) Resistividade aparente do solo (ρ a ) c) Determinação da resistividade média do solo (ρ a ) K 2 = R H m ρ a = K 3 x ρ 1 R raio do circulo equivalente à área de malha de terra da subestação dado por: R = S π, R = N 1 x D e 2 H m - profundidade da camada de solo correspondente à resistividade média. S área de malha de terra, em m². N número de eletrodos verticais. D e - distância entre os eletrodos verticais, em m.

23 Calculo da malha de terra O cálculo da malha de terra de uma subestação requer o conhecimento dos seguintes parâmetros: Resistividade aparente do solo (ρ a ); Resistividade da camada superior do solo (ρ 1 ); Resistividade do material de acabamento da superfície da área da subestação(ρ s ); Corrente máxima de curto-circuito fase-terra (I cft ); Tempo de duração da corrente de curto-circuito fase-terra (T f ).

24 Corrente de curto-circuito Será adotada a corrente que conduzir maior o maior valor: a) Corrente de curto-circuito tomada do lado primário da subestação;

25 Corrente de curto-circuito b) Corrente de curto-circuito tomada no lado secundário da subestação para uma impedância desprezível;

26 Corrente de curto-circuito c) Corrente de curto-circuito tomada no secundário da subestação para uma impedância considerada;

27 Seção mínima do condutor (função da Icc e seu tempo) A seção mínima do condutor da malha será: S C = K x I cft Não recomenda-se, contudo, utilizar condutores de cobre de seção inferior a 25 mm². Usando condutor de aço cobreado, tipo copperweld, a seção do condutor pode ser dada por: S c = T f x I cft 2 x 10 3 x β x K (mm²) T f - tempo de duração da falha, em Hz. Em geral, não inferior a 30 Hz, ou seja, 0,5 s; K coeficiente de segurança; k = 1,10 a 1,30; Β coeficiente que expressa o tipo de condutor; 0,91 (condutividade de 40%), 0,81(30%).

28 Número de condutores principais e junção

29 Número de condutores principais e junção a) Condutores principais aqueles instalados na direção que corresponde ao comprimento da malha de terra. N cp = C m D l + 1 C m comprimento da malha de terra, em m; D l - distância entre os cabos correspondentes à largura da malha de terra, em m.

30 Número de condutores principais e junção b) Condutores de junção são denominados aqueles instalados na direção correspondentes à largura da malha de terra.

31 Comprimento do condutor O comprimento do condutor da malha de terra pode ser calculado através da equação: L cm = 1,05 x [ C m x N cj + (L m x N cp )] Esta equação contempla apenas as subestações de áreas retangulares. No caso de área irregulares, divide-se a subestação em subáreas e calcula-se a área equivalente correspondente, admitindo-se finalmente C = L.

32 Determinação dos coeficientes de ajustes a) Coeficiente K m - coeficiente de malha, corrige a influência da profundidade da malha de terra H, do número de condutores (principais e de junção) e do espaçamento entre os referidos condutores. K m = 1 2 x π x ln D 2 4 x π x N 1 x D ca ln logaritmo neperiano D espaçamento médio entre os condutores, na direção considerada, em m; H profundidade de malha, em m; N número de condutores na direção considerada; D ca - diâmetro do condutor, em m;

33 Determinação dos coeficientes de ajustes b) Coeficiente K S - coeficiente de superfície, corrige a influência da profundidade da malha de terra (H), do diâmetro do condutor (D co ) e do espaçamento entre os mesmos. K S = 1 π x 1 2 x H + 1 D x H + ln[0,655 x N 1 0,328] D c) Coeficiente K i - coeficiente de irregularidade, corrige a não uniformidade do fluxo da corrente da malha para a terra. Condutores principais - K ip = 0,65 + 0,172 x N cp Condutores de junção - K ij = 0,65 + 0,172 x N cj

34 Comprimento Mínimo do Condutor da Malha Pode ser determinado pela equação: L c = K m x K i x ρ a x I cft x T f (m) ,74 x ρ s ρ s - resistividade da camada superior da malha, normalmente constituída de brita, cujo valor é de Ω.m; I cft - corrente de curto-circuito fase-terra não envolvendo diretamente qualquer condutor de aterramento. Deve-se considerar o maior produto entre os valores de K m x K i. Condição: L cm x L c Na prática, quando é pequena a diferença em L cm e L c, pode-se acrescentar a L cm o comprimento total das hastes a serem utilizadas, ou seja: L cm = 1,05 x C m x N cj + L m x N cp + (N h x L h )(m)

35 Tensão de passo É o maio valor que pode ser alcançado no nível de malha de terra, considerando que o tempo máximo de permanência da corrente é igual a T f (T f 0,50s) e que está coberta por material (normalmente brita) de resistividade ρ s. E pa = ,7 x ρ s T f (V) Tensão de passo existente na periferia da malha Corresponde a diferença de potencial existente entre dois pontos distanciados de 1 m e localizados na periferia da malha de terra. E per = K s x K i x ρ 1 x I cft T f (V)

36 Tensão Máxima de toque É o maior valor que pode ser alcançado no nível da malha de terra, considerando que o tempo máximo de permanência da corrente é igual a T f (T f 0,50s) e que está coberta por material (normalmente brita) de resistividade ρ s. Seu valor máximo é: E tm = ,174 x ρ s T f (V) Tensão de toque existente E te = K m x K i x ρ 1 x I cft L cm (V)

37 Corrente máxima de choque É o maior valor de corrente suportável pelo corpo humano para um tempo de permanência de contato T f. I ch = 116 T f (ma) Corrente de choque existente devido a tensão de passo sem brita na periferia da malha I pmsb = 1000 x E per x ρ 1 (ma) Condição: I pmsb I ch

38 Corrente de choque existente na periferia da malha devido a tensão de passo, com camada de brita 1000 x E per I pmcb = x (ρ 1 +ρ s ) (ma) Condição: I pmcb I ch Corrente de choque devido a tensão de toque existente, sem brita I tmsb = 1000 x E te (ma) ,5 x ρ l Condição: I tmsb I ch

39 Corrente de choque devido a tensão de toque existente, com brita I tmcb = 1000 x E te ,5 x (ρ l + ρ s ) (ma) Condição: I tmcb I ch Corrente de choque devido a tensão de toque existente, com brita I a = R ch + 1,5 x ρ s x 9 x L cm K m x K i x ρ l (ma) R ch - resistência do corpo humano.

40 Potenciais da região externa a malha 1ª condição cerca interligada a malha de terra. Neste caso, o individuo estaria submetido a tensão E c.

41 Potenciais da região externa a malha 2ª condição cerca sem interligação a malha de terra. Neste condição, o individuo estaria submetido apenas a diferença de potencial E c.

42 Resistencia da malha de terra A equação representa somente o valor da resistência da malha de terra correspondente aos condutores horizontais. R mc = 4 x R + ρ a (Ω) L cm R raio do circulo equivalente a área destinada a malha de terra, em m. Condições: R mc 10Ω (para subestações da classe 15 a 38 kv) R mc 5Ω ( para subestações da classe 69 kv e acima) ρ a

43 Resistencia de aterramento de um eletrodo vertical R el = ρ a 2 x π x L h x ln 400 x L h 2,54 x D h (Ω) L h - comprimento cravado da haste de terra, em m; D h - diâmetro equivalente da haste de terra, em polegada.

44 Coeficiente de redução da resistência de um eletrodo vertical Esse coeficiente reduz a resistência de uma haste de terra quando fincada numa malha de terra em formato de um quadrado cheio: N h - número de hastes de terra; K h = 1 + A x B N h

45 Resistência de aterramento do conjunto de eletrodos verticais. Representa o valor da resistência resultante de todas as hastes de terra interligadas em paralelo. R ne = K h x R el (Ω) Resistência mútua dos cabos e eletrodos verticais ρ a R mu = x ln 2 x L cm + K 1 x L cm K π x L cm L th S S área da malha, em m²; L th - comprimento total das hastes utilizadas, em m. L th = N h x L th L th - comprimento de uma haste, em m, isto é: K 1red = 1, ,0425 x K, K 2red = 5,49 0, 1443 x K K = C m /L m

46 Resistência total da malha É o valor que representa as resistências combinadas das hastes de terra e dos condutores de interligação. É dado pela equação: R tm = R mc x R ne R2 mu R mc x R ne 2 x R mu

47 Cálculo de um sistema de aterramento com eletrodos verticais Consiste em determinar a resistência de aterramento de um sistema contendo apenas eletrodos verticais interligados através de um condutor. Os eletrodos verticais podem estar dispostos na configuração alinhada, circular, quadrada cheia, quadrada vazia e triângulo. Este tipo de sistema é normalmente aplicado ao aterramento de pequenas subestações de distribuição utilizadas em plantas de edificações residenciais, comerciais e industriais. Resistência de aterramento de um eletrodo vertical Pode-se determinar através da equação: R el = ρ a x ln 400 x L h 2 x π x l h 2,54 x D h A resistividade do solo ρ a definidos. deve ser determinada através dos processos anteriormente

48 Resistência de aterramento de cada haste do conjunto de eletrodos Devido a influência das linhas equipotenciais, a resistência de cada eletrodo vertical considerado no seu conjunto é diferente da resistência de apenas um único eletrodo tomado separadamente, ou seja n R e = R el + n=1 R em R em - acréscimo da resistência do eletrodo e por influência do eletrodo m; n = N h.

49 Motores Elétricos Bibliografia FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. 4 ed. São Paulo: Editora Érica, COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 5 ed. São Paulo: Prentice Hall, CREDER, H. Instalações Elétrica. 15 ed. Rio de janeiro: LTC, MAMEDE, J. Instalações Elétricas Industriais. 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, KAWAPHARA, M. K. Apostila de Eletrotécnica Industrial. Cuiabá: UFMT, Obrigado!!!