Dimensionamento, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Dimensionamento e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! 1Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Dimensionamento de Condutores 2Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Dimensionamento O dimensionamento técnico de um circuito corresponde à aplicação dos diversos itens da NBR 5410:2004 relativos à escolha da seção de um condutor e do seu respectivo dispositivo de proteção. Os seis critérios da norma são: Capacidade de condução de corrente, conforme 6.2.5; Queda de Tensão, conforme 6.2.7; Seção mínima, conforme 6.2.6.1.1; Sobrecarga, conforme 5.3.4 e 6.3.4.2; Curto-circuito, conforme 5.3.5 e 6.3.4.3; e Choques elétricos, conforme 5.1.2.2.4. Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.6.1.2 – pg. 113 5Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.5 – pg. 98 O critério da capacidade de condução de corrente visa garantir uma vida satisfatória a condutores e isolações submetidos aos efeitos térmicos produzidos pela circulação de correntes equivalentes às suas capacidades de condução durante períodos prolongados em serviço normal. Para a determinação da seção do condutor por este critério, deve-se seguir os seguintes passos principais: 1) Calcular a corrente de projeto do circuito; 2) Determinar o método de instalação; 3) Aplicar os fatores de correção apropriados. 6Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Conforme NBR 5410:2004 – pg. 90 CC- Cabos unipolares ou cabo multipolar sobre parede ou espaçado desta menos de 0,3 vez o diâmetro do cabo 11 B2B1B1 Condutores/cabos em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria 7,8 B2B1B1 Condutores/cabos em eletroduto aparente de seção não-circular sobre parede 5,6 B2B1B1 Condutores/cabos em eletroduto aparente de seção circular sobre parede ou espaçado menos de 0,3 vez o diâmetro do eletroduto 3,4 A2 Cabo Multipolar A1A1 Condutores/cabos em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante 1,2 Cabo Unipolar Condutor IsoladoDescriçãoIlustraçãoNº Métodos de Instalação 7Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.5 – pg. 90 Métodos de Instalação EF- Cabos unipolares ou cabo multipolar sobre suportes horizontais, eletrocalha aramada ou tela 15 EF- Cabos unipolares ou cabo multipolar afastado(s) da parede mais de 0,3 vez o diâmetro do cabo 14 EF- Cabos unipolares ou cabo multipolar em bandeja não- perfurada, perfilado ou prateleira 13 CC- Cabos unipolares ou cabo multipolar em bandeja perfurada, horizontal ou vertical 12 C Cabo Multipolar C- Cabos unipolares ou cabo multipolar fixado diretamente no teto, ou afastado mais de 0,3 vez o diâmetro do cabo 11A, 11B Cabo Unipolar Condutor IsoladoDescriçãoIlustraçãoNº 10Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.5 Fatores de Correção: 1) Fatores de correção para temperatura; 2) Fatores de correção para resistividade térmica do solo; 3) Fatores de correção para agrupamento de circuitos. 11Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.5.3 – pg. 106 Fatores de Correção para Temperatura – k1 Utilizado para temperaturas ambientes diferentes de 30ºC para linhas não subterrâneas e de 20ºC (temperatura do solo) para linhas subterrâneas. 0,890,840,960,9435 0,850,770,910,8740 0,820,710,870,7945 0,760,630,820,7150 0,710,550,760,6155 0,650,450,710,5060 0,930,891130 0,960,951,041,0625 111,081,1220 1,041,051,121,1715 1,071,101,151,2210 Do soloAmbiente EPR ou XLPEPVCEPR ou XLPEPVC Isolação Temperatura (ºC) NBR 5410:2004 - Tabela 40 pg. 106 12Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.5.4 – pg. 107 Fatores de Correção para Resistividade Térmica do Solo – k2 Utilizado em linhas subterrâneas, onde a resistividade térmica do solo seja diferente de 2,5 K.m/W, caso típico de solos secos, deve ser feita uma correção adequada nos valores da capacidade de condução de corrente. Solos úmidos possuem valores menores de resistividade térmica, enquanto solos muito secos apresentam valores maiores 0,961,051,11,18Fator de Correção 321,51Resistividade Térmica K.m/W NBR 5410:2004 - Tabela 41 pg. 107 15Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Cálculo da Corrente de Projeto Corrigida Conforme NBR 5410:2004, Anexo F – pg. 196 321 ' kkk I I BB ⋅⋅ = O valor da corrente de projeto corrigida é utilizado na determinação da seção do condutor através das tabelas 36 a 39. 16Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.5 – pg. 101 297361403461313351370415261291286321240 258312341392268300314353223248245273185 230278299344236265275309196219216240150 203246259299206232239269172192188210120 17921622325817920120723215016716418295 15118318421314916817119212513913615170 1221481441681181331341519911010811950 103125119138991111101258392899935 86104961128090891016875738025 67817685626968765257566116 52635763465250573943424610 3947414634383641293231346 3138323627302832232524264 242924272023212417,518,51819,52,5 182217,519,51516,515,517,5131413,514,51,5 1518141512131214101110111 323232323232 Nº condutores carregadosNº condutores carregadosNº condutores carregados DCB2B1A2A1 Capacidades de condução de corrente, para os métodos de referência A1, A2, B1, B2, C e D . Condutores isolados, cabos unipolares e multipolares – cobre, isolação PVC Seções Nominais mm² N B R 5 41 0: 20 04 - T ab el a 36 p g. 1 01 17Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Capacidade de Condução de Corrente Exemplo de Cálculo Conforme NBR 5410:2004, Anexo F – pg. 196 Um circuito de iluminação de 1200 W, fase-neutro, passa no interior de um eletroduto embutido de PVC, juntamente com outros quatro condutores isolados de outros circuitos em cobre. A temperatura ambiente é de 35ºC. Determinar a seção do condutor. 20Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Queda de Tensão A queda de tensão entre a origem da instalação e qualquer ponto de utilização não deve ser superior aos valores indicados na seqüência. MT QG BT QT QT Circuitos Terminais Circuitos De Distribuição 7%
4%Transformador de propriedade da unidade consumidora Ponto de entrega no primário do transformador Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.7 – pg. 115 21Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Queda de Tensão Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.7 – pg. 115 A queda de tensão entre a origem da instalação e qualquer ponto de utilização não deve ser superior aos valores indicados na seqüência. QG BT QT QT Circuitos Terminais Circuitos De Distribuição 7%
4%Grupo Gerador Próprio 22Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Queda de Tensão Método 1 )ou (% 200 fffn B C VVV Il S ⋅∆ ⋅⋅⋅ =
ρ Onde: Sc : seção em mm2;
V% : queda de tensão máxima, em %; V : tensão do circuito fase-neutro ou fase-fase, em V; l : comprimento do circuito, em m IB : corrente de projeto, em A; ρ : resistividade do material condutor = cobre = 1/56 Ω.mm2/m Monofásico/Bifásico ff B C VV Il S ⋅∆ ⋅⋅⋅ =
% 2,173 ρ Trifásico 25Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Queda de Tensão Método 3 Carga Distribuída:
= ⋅⋅Φ+Φ⋅⋅=∆ n i iB lIxsenrtU i 1 )cos( 3Queda de tensão de linha 1Queda de tensão de fase Circuito trifásico equilibrado 2Queda de tensão de linha 1 2 Queda de tensão de fase Monofásico a 3 condutores (2 fases-neutro) equilibrado Monofásico a dois condutores (fase-fase ou fase-neutro) tTipo de Circuito O somatório é calculado considerando a corrente e o comprimento de cada trecho. 26Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Queda de Tensão Método 3 )cos( Φ+Φ⋅⋅⋅⋅=∆ xsenrIltU B Carga Concentrada: Onde:
U : queda de tensão, em V; l : comprimento do circuito, em km IB : corrente de projeto, em A; r : resistência do condutor, em Ω/km; x : reatância indutiva do condutor, em Ω/km; t : coeficiente que depende do tipo de circuito; cosΦ, sen Φ : fator de potência e fator reativo da carga. 27Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Queda de Tensão Método 3 0,100,190,15120 0,100,230,1995 0,100,320,2770 0,110,470,3950 0,110,630,5235 0,120,870,7325 0,121,381,1516 0,132,191,8310 0,133,693,086 0,145,524,614 0,158,877,412,5 0,1614,4812,11,5 XLRca Condutos não-magnéticos FN/FF/3FRccSeção (mm2) Resistências elétricas e reatâncias indutivas de fios e cabos isolados em PVC, EPR e XLPE em condutos fechados (valores em Ω/km) D im en si on am en to d e C on du to re s em B ai xa T en sã o T ab el a 22 – Pi re lli p g 64 30Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Seção Mínima - Neutro Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.6.2 – pg. 114 2 Conforme 6.2.6.2.6, apenas nos circuitos trifásicos é admitida a redução do condutor neutro. Tal procedimento deve atender, simultaneamente, as três condições seguintes: O circuito for presumivelmente equilibrado, em serviço normal; A corrente das fases não contiver uma taxa de 3ª harmônica e seus múltiplos superior a 15%; e O condutor neutro for protegido contra sobrecorrentes, conforme 5.3.2.2. 31Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Seção Mínima - Neutro Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.6.2.6 – pg. 115 Nestes casos, os seguintes valores mínimos podem ser adotados para a seção do condutor neutro. 185400 150300 120240 95185 70150 70120 5095 3570 2550 2535 SS
25 Seção mínima do condutor neutro (mm2)Seção dos condutores fase (mm2) N B R 5 41 0: 20 04 - T ab el a 48 p g. 1 15 32Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Harmônicos Harmônicas são ondas senoidais, de tensão ou de corrente, cujas frequências são múltiplas inteiras da frequência fundamental. As ondas distorcidas podem ser decompostas em uma soma de ondas senoidais de frequências diversas, múltiplas da fundamental. Conforme NBR 5410:2004, Anexo F – pg. 196 35Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Harmônicos Efeitos provocados por Harmônicos Operação indevida de equipamentos; Eletrônicos, de controle, proteção e outros. Erros de leitura em equipamentos de medição; Sobretensões; Comprometimento da isolação e da vida útil dos equipamentos. Sobrecorrentes; Efeitos térmicos nocivos aos equipamentos. Interferências em sistemas de comunicação; Principalmente sinais de rádio. Redução da vida útil; Perdas excessivas em cabos e transformadores; Ruídos audíveis; Ressonâncias Série e Paralela, entre outros. 36Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Harmônicos Harmônicos Triplos Fase A (50 A) Neutro (82 A) Cargas Eletrônicas Fase B (50 A) Fase C (50 A) 37Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Harmônicos Fatores de Correção para Harmônicos Quando, num circuito trifásico com neutro ou num circuito com duas fases e neutro, a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos for superior a 33%, a corrente que circula pelo neutro é superior à corrente das fases. A seção do condutor neutro pode ser determinada calculando-se a corrente no neutro sob a forma: Conforme NBR 5410:2004, Anexo F – pg. 196 ' BhN IfI = 2 2 2 1 ' n n B III Σ+= Onde: I’B : corrente de projeto corrigida; I1 , In : corrente fundamental e harmônicas; fh : fator de correção em função da taxa de harmônicos triplos. 40Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Sobrecarga Conforme NBR 5410:2004, item 5.3.4 – pg. 63 A sobrecarga não é exatamente um critério de dimensionamento dos condutores, entretanto, intervêm na determinação de sua seção. 41Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Sobrecarga Conforme NBR 5410:2004, item 5.3.4 – pg. 63 Para que a proteção dos condutores contra sobrecargas fique assegurada, as características de atuação do dispositivo a provê-la devem ser tais que: 3212 321 45,1 kkkII e kkkIII Z ZnB ⋅⋅⋅⋅≤ ⋅⋅⋅≤≤ Onde: IB : corrente de projeto, em A; IZ : capacidade de condução de corrente dos condutores; In : corrente nominal do dispositivo de proteção (ou corrente de ajuste para dispositivos ajustáveis), nas condições previstas para sua instalação. I2 : corrente convencional de atuação, para disjuntores, ou corrente convencional de fusão, para fusíveis. 42Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Sobrecarga Conforme NBR 5410:2004, item 5.3.4 – pg. 63 A condição, , é aplicável quando for possível assumir que a temperatura limite de sobrecarga dos condutores não venha a ser mantida por um tempo superior a 100 h durante 12 meses consecutivos, ou por 500 h ao longo da vida útil do condutor. Quando isso ocorrer, a condição deve ser substituída por: ZII ⋅≤ 45,12 ZII ≤2 45Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Curto-Circuito A suportabilidade a correntes de curto-circuito dos condutores, determina o tipo de dispositivo de proteção dos mesmos, podendo modificar sua seção. Conforme NBR 5410:2004, item 5.3.5 – pg. 65 Os condutores devem ser protegidos por dispositivos de proteção com as seguintes características: rk II ≤ Onde: Ik : corrente de curto-circuito presumida; Ir : corrente máxima de interrupção (ruptura) do dispositivo de proteção. 46Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Curto-Circuito G U IA E M d a N B R 5 41 0 – C ap . 5 – pg . 1 65 Para transformador de 112,5kVA, circuito de 25 metros utilizando condutor de 16 mm2, Ik = 47Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Curto-Circuito G U IA E M d a N B R 5 41 0 – C ap . 5 – pg . 1 67 50Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Curto-Circuito Exemplo: Corrente de cc = 2 kA; Qual a seção mínima de um condutor protegido por um disjuntor de 25 A, Curva C? 51Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Choques Elétricos – Contatos Indiretos Conforme NBR 5410:2004, item 5.1.2.2.4 – pg. 38 52Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Choques Elétricos – Contatos Indiretos Conforme NBR 5410:2004, item 5.1.2.2.4 – pg. 38 Requisitos Básicos para a proteção contra choques elétricos: Equipotencialização da proteção; Seccionamento automático. -Dispositivos de proteção a sobrecorrente; - Dispositivos de proteção a corrente diferencial-residual (DR). 55Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Choques Elétricos – Contatos Indiretos Seccionamento Automático por Sobrecorrente Fatores de correção da Tabela anterior: 62,01 =f Para condutores de alumínio 1' 1 2 + = m f m’ = relação entre a seção do condutor de fase e o condutor de proteção m’ = 2 2203 fnVf = Para tensão fase-neutro <> 220 V 14 =f Para esquema de aterramento TN 25,0 5,0 5 5 = = f f 67,02 =f Para disjuntor tipo C e tipo D 54321 fffffValorValorNovo ⋅⋅⋅⋅⋅= 56Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Choques Elétricos – Contatos Indiretos Conforme NBR 5410:2004, item 5.1.3.2 – pg. 49 Seccionamento Automático por Dispositivo DR Não há razões para preocupação, quanto ao atendimento da regra de seccionamento automático, quando se utiliza dispositivos DR, a não ser que a proteção diferencial- residual seja de baixíssima sensibilidade. 57Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Choques Elétricos – Contatos Indiretos 60Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Dimensionamento A utilização de condutos fechados (eletrodutos) devem observar as seguintes exigências: Os circuitos devem pertencer à mesma instalação (mesmo Quadro); Os condutores devem ser semelhantes (intervalo de 3 seções normalizadas); Todos os condutores devem possuir a mesma temperatura máxima; Todos os condutores devem ser isolados para a maior tensão nominal; É vedado a utilização de eletrodutos que não sejam expressamente apresentados e comercializados como tal; A NBR 5410 somente permite a utilização de eletrodutos não-propagantes de chama e, quando embutidos, suportem os esforços de deformação característicos da técnica construtiva utilizada. Nos eletrodutos só devem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares e multipolares. Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.11.1 – pg. 120 61Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Dimensionamento Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.11.1 – pg. 120 Taxa máxima de ocupação dos eletrodutos 40%3 ou mais 31%2 53%1 Máxima ocupação em relação à área útil do eletroduto Quantidade de condutores ou cabos 62Adélio José de Moraes e Sérgio Ferreira de Paula Silva Dimensionamento Tradicionalmente, no Brasil, os eletrodutos eram designados por seu diâmetro interno em polegadas. Com o advento das novas normas, a designação passou a ser feita pelo tamanho nominal, um simples número sem dimensão. 3½85 375 2½60 250 1½40 1¼32 125 ¾20 ½16 Diâmetro Interno (polegadas) (designação da rosca) Tamanho nominal Eletroduto Rígido de PVC In st al aç õe s E lé tr ic as , C ot ri m , A – pg . 2 65