INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS

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1 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS Prof.: Luís M. Nodari 1

2 1- Revisão e Conceitos 2- Métodos de Fornecimento de Energia 3- Condutores Elétricos 4- Revisão de Fator de Potência 5- Cálculo de condutores Elétricos 6- Cálculos de Demanda 7- Projeto de Quadros de Distribuição 8- Aterramento Elétrico 9- SPDA 10- Bibliografia 2

3 3 Revisão O átomo é composto pelo seu núcleo e a eletrosfera. O núcleo é formado por prótons e elétrons A eletrosfera é o espaço de vácuo que compreende o núcleo e possui elétrons vibrando. Os elétrons estão distantes do núcleo de acordo com o nível de energia que possuem.).

4 4 Revisão Núcleo é vezes menor que a menor camada da eletrosfera. O volume do núcleo equivale a aproximadamente 0,01% do volume total do átomo. 99,95 % da massa atômica esta no núcleo. Toda a eletrosfera e formada por vácuo e elétrons (muito pequenos). O micro e o macro se repetem?

5 5 Revisão Materiais podem ser classificados como bons ou maus condutores de corrente elétrica de acordo com sua estrutura química. A diferença está na chamada camada de valência, bons condutores elétricos possuem 1 a 2 elétrons em sua camada de valência, que é a última camada a receber elétrons em um átomo Quanto maior no número de camadas e por consequência de elétrons melhor será o condutor, desde que possuam 1 elétron na camada de valência. Corrente elétrica : Fluxo ordenado de elétrons. Precisa um caminho fechado e uma DDP para que ocorra.

6 6 Revisão ISOLANTES: Não conduzem corrente elétrica. Todos os materiais isolantes elétricos apresentam um máximo de valor de campo elétrico que podem suportar. Se esse valor máximo for ultrapassado, o material, mesmo sendo isolante, passará a se comportar como condutor. Quando isso ocorre, dizemos que a rigidez dielétrica do material foi rompida. Exemplo: PVC

7 Fios e Cabos Condutores Elétricos 7

8 8 Fios e Cabos Condutores Elétricos DEFINIÇÕES: Condutor Isolado: Condutor dotado apenas de isolação. Cabo Unipolar: cabo constituído por um único condutor isolado e provido de cobertura sobre a isolação. Cabo Multipolar: Cabo constituído por vários condutores isolados e provido de cobertura sobre o conjunto dos condutores isolados.

9 9 Fios e Cabos Condutores Elétricos Qual condutor é melhor? O rígido ou o flexível? Qual oferece mais perdas? Qual tem a maior resistividade por metro? Qual sofre mais com o eleito pelicular? Efeito pelicular?...???

10 10 Efeito Skin Efeito Skin ou pelicular é o efeito que ocorre em condutores elétricos quando percorridos por Corrente Alternada. Fenômeno baseado nos efeitos descobertos por Faraday e Lenz. Quanto maior a frequência elétrica, maiores serão os esforços resultantes e portanto, maior será o efeito pelicular.

11 Efeito Skin Variação da área de condução de corrente de um condutor em função da variação da frequência da corrente que circula sobre o mesmo. Em função destes efeitos surgiram várias características e tecnologias de cabos. Cabos ocos, com guia de onda, em aço com camada externa em cobre, em alumínio com alma de aço... 11

12 Conectores Elétricos 12

13 Conectores Elétricos 13

14 Conectores e Emendas Em Condutores Elétricos 14

15 15 Faixa de Tensão Elétrica (IEC) Sistemas de Fornecimento de Energia Corrente Alternada - CA Corrente Contínua- CC Extra Baixa Tensão: Tensão Inferior à 50 V (CA) e 120 V (CC) Risco Alta Tensão > 1000 V RMS > 1500 Arco elétrico Baixa Tensão V RMS V Choque elétrico Extra Baixa Tensão < 50 V RMS < 120 Baixo risco Baixa tensão: Tensão superior a Extra Baixa Tensão e inferior a 1000 V (CA) e 1500V (CC) Exemplo: 127 V, 220 V, 380V. Média tensão: Tensão superior a Baixa tensão e Inferior a Alta Tensão Exemplo: 13.8 kv, 23kV e 34.5kV. Alta tensão: Tensão superior a Média Tensão Exemplo: 69kV, 138kV, 250kV, 750kV.

16 16 Sistemas de Fornecimento de Energia CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE FORNECIMENTO EM TENSÃO CELESC Tensão primária de distribuição: tensão disponibilizada no sistema elétrico da Celesc com valores padronizados iguais ou superiores a 2,3 kv. Na Celesc as tensões nominais são: 13,8 kv, 23 kv, 34,5 kv, 69 kv e 138 kv. Tensão secundária de distribuição: tensão disponibilizada no sistema elétrico da Celesc com valores padronizados inferiores a 2,3 kv. Na Celesc as tensões nominais são: 380/220V (urbana) e 440/220V (rural);

17 17 Sistemas de Fornecimento de Energia CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE FORNECIMENTO EM TENSÃO PRIMÁRIA a) Subgrupo A1-230 kv; b) Subgrupo A2 - tensão de fornecimento de 88 kv a 138 kv; c) Subgrupo A3 - tensão de fornecimento de 69 kv; d) Subgrupo A3a - tensão de fornecimento de 30 kv a 44 kv; e) Subgrupo A4 - tensão de fornecimento de 2,3 kv a 25 kv; f) Subgrupo AS - tensão de fornecimento inferior a 2,3 kv atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição e enquadradas neste Grupo em caráter opcional.

18 18 Sistemas de Fornecimento de Energia CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE FORNECIMENTO EM TENSÃO SECUNDÁRIA Limites de fornecimento: Unidades consumidoras com potência instalada < 75kW; Tensão padronizada: Nas redes de distribuição secundária da CELESC, as tensões padronizadas são de 380/220V (urbana) e 440/220V (rural); Classificação dos tipos de fornecimento: Em função da potência instalada declarada, o fornecimento de energia elétrica à unidade consumidora será feita de acordo com a classificação a seguir:

19 19 Sistemas de Fornecimento de Energia Tipo A (monofásico): Alimentação em 2 fios (fase e neutro): 220V; Potência instalada menor que 15kW; Não é permitido motor monofásico maior que 3CV (HP); Não é permitido máquina de solda a transformador.

20 20 Sistemas de Fornecimento de Energia Tipo B (bifásico): Alimentação em 3 fios (2 fases e neutro) 380/220V urbana e 440/220V rural; Potência instalada entre 15 e 22kW urbana e até 25kW rural; Não é permitido motor monofásico maior que 3CV (HP) em 220V ou maior que 7.5 CV em 440V; Não é permitido máquina de solda a transformador

21 21 Tipo C (trifásico): Sistemas de Fornecimento de Energia Fornecimento a 4 fios (3 fases e neutro) 380/220V potência instalada entre 22 e 75kW; Não é permitido motor monofásico maior que 3CV (HP) em 220V ou motor trifásico maior que 25CV (HP) em 380V; Não é permitido máquina de solda a transformador Observação: As unidades consumidoras que não se enquadrarem nos tipos A, B, ou C serão atendidas em tensão primária de distribuição.

22 22 Tipos de Instalações INSTALAÇÕES AO AR LIVRE São consideradas instalações ao ar livre, comumente instaladas em bandejas, leitos entre outros. Para este tipo somente é permitida a instalação de cabos unipolares ou multipolares. ELETRODUTOS Podem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou multipolares. Somente é admitido o uso de condutor nu em eletrodutos não metálicos e com finalidade de aterramento. ELETROCALHAS e BANDEJAS Em eletrocalhas E bandejas podem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou multipolares.

23 CABOS DIRETAMENTE ENTERRADOS Os cabos diretamente enterrados somente podem ser unipolares ou multipolares e devem ser tomadas medidas para protegê-los contra deteriorações causadas por movimentação de terra, choque de ferramentas provenientes de escavações e ataques químicos ou umidade. CANALETAS NO SOLO Os cabos instalados diretamente nas canaletas no solo somente podem ser unipolares ou multipolares ou admite-se o uso de condutores isolados desde que contidos em eletrodutos no interior da canaleta. SOBRE ISOLADORES Tipos de Instalações Sobre isoladores podem ser utilizados condutores nus, isolados ou em feixes. 23

24 24 Tipos de Instalações Leitos de cabos

25 25 Tipos de Instalações Infraestrutura de eletrodutos embutidos na alvenaria

26 26 Tipos de Instalações Infraestrutura de Eletrodutos e Eletrocalhas Sobrepostos

27 Tipos de Instalações 27

28 28 Tipos de Instalações Infraestrutura de Canaletas no Piso

29 29 Tipos de Instalações Quadros e eletrocalhas sobrepostos.

30 30 Tipos de Instalações Eletrodutos envelopados no solo.

31 31 Tipos de Instalações Inspira confiança?

32 32 Tipos de Instalações Inspira confiança?

33 Tipos de Instalações Inspira confiança? 33

34 Definições CURTO CIRCUITO: Quando em um determinado circuito elétrico, existe DDP, existe um caminho ou circuito fechado, com a resistência elétrica deste circuito que tende a zero e, por tanto, corrente elétrica que tende ao infinito ou até ao limite da fonte. SOBRECARGA: Quando a corrente consumida pelas cargas aplicadas a um circuito elétrico excede ou ultrapassa o limite de corrente pré-determinado para o funcionamento correto e seguro do mesmo, ocasionando principalmente perdas por aquecimento. MAU CONTATO: Quando as conexões elétricas de um determinado circuito não estão adequadamente ajustadas, a corrente que irá circular ou circula pelo mesmo oferece queda de tensão e dissipação térmica. 34

35 35 Definições Exemplos Ambos os fenômenos, curto circuito, sobrecarga e mau contato, podem causar sérios danos a instalação elétrica, danificando componentes, condutores, podendo causar incêndios. Estes fenômenos devem sempre ser evitados.

36 Definições Exemplos 36

37 Definições Exemplos 37

38 Definições Exemplos 38

39 39 Revisão Corrente Alternada A tensão alternada tem 3 dimensões ou variáveis; o tempo, a amplitude e a fase. Polar Seno Coseno

40 40 Revisão Corrente Alternada A representação gráfica em duas dimensões pode ser feita com uma senoide ou com um diagrama polar.

41 41 Revisão Corrente Alternada Um gerador trifásico gera simultaneamente as 3 tensões de fase, Va, Vb e Vc, que em função de sua construção física, são defasadas de 120º.

42 42 Revisão Corrente Alternada Cada tensão gerada pode ser descrita ou representada como:

43 43 Revisão Corrente Alternada Ligação em estrela: A tensão no centro da estrela do gerador pode ser calculada da seguinte forma: Para cargas equilibradas a corrente na carga pode ser analisada da mesma forma.

44 44 Revisão Corrente Alternada Ligação em triângulo: Na ligação em triângulo pode-se dizer que a tensão de fase e linha são iguais. A corrente de cada fase pode ser obtida da seguinte forma:

45 45 Revisão Corrente Alternada Circuitos Trifásicos - Relação entre a tensão de fase e tensão de linha. Tensão de Fase: tensão sobre uma das bobinas do gerador tifásico ou tensão entre fase e neutro em uma ligação em estrela. (equivale ao raio no circulo fasorial ao lado) Tensão de Linha: diferença de potencial entre duas fases.

46 46 Revisão Corrente Alternada Relação entre tensão de fase e linha: Pode-se obter a relação entre as tensões de fase e linha considerando que a diferença de potencial entre duas fases pode ser formada por dois triângulos retângulos. O cateto adjacente de cada um somados corresponde-rá a tensão de linha, e daí pode-se obter a relação entre a tensão de linha e de fase.

47 47 Revisão Corrente Alternada Relação entre tensão de fase e linha: Outra forma de obter a relação entre as tensões de fase e linha pode ser a consideração do comprimento da corda de um circulo. Onde a corda coresponde a diferença de potencial entre duas fases. arco flecha Sendo: corda E por tanto,

48 48 Revisão de Fator de Potência Considerando cargas lineares, o FP pode ser interpretado como a diferença de fase entre a tensão e a corrente FP Indutivo corrente atrasada em relação a tensão FP Capacitivo corrente adiantada em relação a tensão

49 Revisão de Fator de Potência 49

50 ( 50 Revisão de Fator de Potência O Fator de Potência para cargas lineares pode ser calculado da seguinte forma:

51 ( 51 Revisão de Fator de Potência De uma forma mais simplificada, para cargas lineares, o FP pode ser calculado como se apresenta:

52 ( 52 Revisão de Fator de Potência O Fator de Potência também pode ser afetado pela forma de onda da corrente consumida pela carga, quando comparada com a forma de onda da tensão senoidal em sua frequência fundamental. A diferença na forma de onda da corrente pode ser medida pela sua Taxa de Distorção Harmônica ou THD. A THD pode ser descrita como relação entre a forma de onda real da corrente consumida e uma senoide na frequência fundamental. Assim, Fator de Potência pode ser obtido da seguinte forma:

53 53 Revisão de Fator de Potência Atualmente existem vários equipamentos disponíveis no mercado para automatizar a correção de Fator de Potência. Assim como equipamentos eletrônicos para corrigir ou ajustar a THD do consumo de corrente.

54 54 Revisão de Rendimento Elétrico O rendimento elétrico pode ser descrito como a relação entre a potência elétrica consumida e a fornecida por um determinado sistema. Exemplo: para um motor elétrico o rendimento é a relação entre a energia elétrica consumida e a potência mecânica, convertida em elétrica, que é fornecida na ponta do eixo.

55 55 Potência Elétrica Em CA Potência em sistema monofásico (F+N): P ( W ) S * Fp ( W) onde : S V I 1 P ( W ) V I * Fp ( W) 1 F F Potência em sistema bifásicos (F+F): P ( ) ( ) 2 W VL IL Fp W Potência em sistema trifásicos(3f): F L Onde: P 1ϕ = Potência Monofásica P 2 ϕ = Potência Bifásica P 3 ϕ =Potência Trifásica S = Potência Aparente (VA) V F =Tensão de Fase V L =Tensão de Linha I L =Corrente de Linha η = rendimento Fp=Fator de Potência P ( ) 3 ( ) 3 W VL IL Fp W S 3 V L IL P ( ) 3* * * ( ) 3 W VF I L Fp W V 3* V L F

56 Corrente em sistema monofásico (F+N): P ( ) 1 W I ( A) V * * Fp F Corrente em sistema bifásicos (F+F): P ( ) 2 W I ( A) V * * Fp L Corrente em sistema trifásicos(3f): I I P ( ) 3 W ( A) 3 * V * * Fp L P ( ) 3 W ( A) V 3* V * * Fp 3* L V F Potência Elétrica Em CA F Para cargas resistivas puras (Lâmpadas incandescente, chuveiros elétricos, resistências elétricas, etc) o Fator de potência é unitário (Fp=1) I Para Motores: P( CV )*736 ( A ) 3 * V * * Fp L 56

57 57 Energia Elétrica Consumida Em CA A energia elétrica consumida pode ser representada pela potência consumida durante um determinado intervalo de tempo. E = Pot. t Considerando um chuveiro que possua 5500W de potência elétrica, a energia consumida pode ser obtida de duas formas: Em Joules: (1J = 1Ws) Em Watt-hora:

58 58 Exercícios Calcule: Potência em CA Corrente em CA Cargas em Estrela Cargas em Triângulo

59 59 BIBLIOGRAFIA MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. 8ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, CREDER, Hélio. Instalações Elétricas, 15ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, COTRIM, Ademaro. Instalações Elétricas, 5ª Edição. Editora Pearson Prentice-Hall, São Paulo, LIMA FILHO, Domingos Leite. Projeto de Instalações Elétricas Prediais, 11ª Edição, Editora Érica, São Paulo, CAVALIN, Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas, 21ª Edição, Editora Érica, São Paulo, NISKIER, Julio. Manual de Instalações Elétricas, 1ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, Norma Técnica ABNT NBR ISSO Catálogos e sites das empresas: SYLVANIA, PHILIPS, PRYSMIAN. Luz, Jeanine Marchiori da, Luminotécnica, Apostila de Disciplina. Pereira, Fernando O. Ruttkay; Souza, Marcos Barros de. Iluminação - Apostila de conforto Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Florianópolis 2005.