Apostila IEI - Alta Tensao - 2007

Apostila IEI - Alta Tensao - 2007

(Parte 1 de 3)

DISCIPLINA:INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS

Prof. Augusto César Fialho Wanderley - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS - CEFET/RN

2 SUMÁRIO

Capítulo I - SISTEMAS ELÉTRICOS3
Capítulo I - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS5
Capítulo I - SUBESTAÇÕES8
Capítulo IV - CABOS DE POTÊNCIA PARA MÉDIA E ALTA TENSÕES10
Capítulo V - MUFLA TERMINAL PRIMÁRIA OU TERMINAÇÃO14
Capítulo VI - CHAVE SECCIONADORA PRIMÁRIA15
Capítulo VII - PÁRA-RAIOS À RESISTÊNCIA NÃO-LINEAR16
Capítulo VIII - DISJUNTORES DE ALTA TENSÃO18
Capítulo IX - ISOLADORES20
Capítulo X - TRANSFORMADOR DE POTENCIAL (TP)2
Capítulo XI - TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC)25
Capítulo XII - RELÉS29
Capítulo XIII - NORMAS TÉCNICAS35

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 37

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3 CAPÍTULO I

1 - SISTEMAS ELÉTRICOS 1.1 - DEFINIÇÃO

É o conjunto de equipamentos e materiais necessários para transportar energia elétrica desde a fonte até os pontos de utilização.

1.2 - ETAPAS DE UM SISTEMA ELÉTRICO 1.2.1 - GERAÇÃO

Etapa desenvolvida nas usinas geradoras que produzem energia elétrica por transformação a partir das fontes primárias.

1.2.2 - TRANSMISSÃO

Etapa de transporte da energia elétrica gerada até os centros consumidores. 1.2.3 - DISTRIBUIÇÃO

É a etapa do sistema elétrico já dentro dos centros de utilização (cidades, indústrias).

1.2.4 - UTILIZAÇÃO

Etapa onde a energia elétrica é convertida em outra forma de energia. 1.3 - DIAGRAMA UNIFILAR DE UM SISTEMA ELÉTRICO

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4 1.4 - CLASSES DE TENSÃO

EXTRA-BAIXA TENSÃO (EBT) ATÉ 50 V - (120 V em C) 12, 24, 48

ULTRA-ALTA TENSÃO (UAT) ACIMA DE 800.0 V ATÉ 1.500.0 V

1.150.0

2) Os valores em negrito são em corrente continua.

OBS.: 1) Os valores sublinhados são utilizados no Brasil. 1.5 - NÍVEIS DE ISOLAMENTO NORMALIZADOS

TENSÃO MÁXIMA DO EQUIPAMENTO (kV) TENSÃO SUPORTÁVEL NOMINAL À FREQUÊNCIA

MINUTO(kV)

INDUSTRIAL DURANTE 1

ATMOSFÉRICO(kV)

1.300 1.425 1.550 1.675

1. 050 1.175 1300

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5 CAPÍTULO I

2 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS 2.1 - DEFINIÇÃO

São o conjunto de componentes elétricos associados e com características coordenadas entre si, constituído para uma finalidade determinada.

2.2 - CONCEITOS 2.2.1 - DEMANDA

É o valor médio da potência ativa (P) em um intervalo de tempo ∆t especificado (normalmente ∆t = 1/4 h).

2.2.2 - DEMANDA MÉDIA

É a demanda constante que a instalação deveria apresentar para, no período considerado, consumir uma energia igual a consumida com funcionamento normal.

Dm =ET
T

2.2.3 - CURVA DE CARGA É a curva que dá a demanda em função do tempo.

2.2.4 - POTÊNCIA DE ALIMENTAÇÃO

É a demanda máxima de uma instalação ou de um setor de uma instalação. 2.3 - CLASSIFICAÇÃO DAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS 2.3.1 - QUANTO A TENSÃO NOMINAL a) INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO - Regidas pela NBR 5410 b) INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MÉDIA TENSÃO - Regidas pela NBR 14039

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6 2.3.2 - QUANTO A FINALIDADE a) RESIDENCIAIS

• Baixa tensão • Iluminação como carga predominante b) COMERCIAIS

• Subestações • Cabine de medição

• Aterramento

• Iluminação eficiente

• Centros de medição

• Cargas especiais (bombas, compressores, aparelhos de Raios-X etc)

• Grupos geradores

• Barramentos blindados

• Dutos de piso

• Sistema de ar condicionado

• Sistemas de detecção e alarme de incêndio e roubo

• Sistemas telefônicos

• S.P.D.A. (Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas)

• Supervisão predial

• Sonorização

• CFTV (Circuito Fechado de Televisão)

• Rádio / TV

• Elevadores

• Escadas rolantes

• Portas automáticas c) INDUSTRIAIS

• Redes de alta tensão • Redes de baixa tensão

• Subestações

• Cabine de medição

• Grupos geradores

• Aterramento

• Iluminação eficiente

• Grande quantidade de motores (CCM´s)

• Cargas especiais (bombas, compressores, fornos etc)

• Máquinas ferramentas

• Sistema de ar condicionado

• Sistemas de detecção e alarme de incêndio e roubo

• Sistemas telefônicos

• Sistema de aquecimento

• S.P.D.A. (Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas)

• Supervisão predial

• Ventilação mecânica

• Barramentos blindados

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7 • Áreas classificadas

2.4 - SISTEMA ELÉTRICO INDUSTRIAL

Os sistemas elétricos de uma indústria (primário e secundário) podem ter as seguintes configurações:

2.4.1 - SISTEMA RADIAL SIMPLES

É aquele em que a energia elétrica tem um sentido único, da fonte para a carga.

CARACTERÍSTICAS:

• Mais simples • Mais utilizado

• Custo reduzido

• Baixa confiabilidade

2.4.2 - SISTEMA COM RECURSO (REDE EM ANEL)

Nesse sistema o fluxo de energia pode variar de acordo com as condições de carga do sistema.

CARACTERÍSTICAS:

• Mais complexo • Custo elevado

• Maior confiabilidade

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8 CAPÍTULO I

3 - SUBESTAÇÕES

3.1 - INTRODUÇÃO

Subestações são instalações que tem como finalidade transformar a energia elétrica recebida sob certas características e entregá-la de forma conveniente aos consumidores. Compreende equipamentos de manobra, transformação, proteção, conversão (modificação de tensão, corrente e frequência) e de estrutura.

3.2 - CLASSIFICAÇÃO DAS SUBESTAÇÕES 3.2.1 - QUANTO A FUNÇÃO A DESEMPENHAR a) Subestação Central de Transmissão: Construída ao lado das usinas produtoras de energia elétrica. Sua finalidade é modificar os níveis de tensão dos geradores, para transmitir a energia gerada aos grandes centros consumidores.

b) Subestação Receptora de Transmissão: Construída próxima aos grandes blocos de carga. Conecta-se através da linha de transmissão à subestação central de transmissão.

c) Subestação de Subtransmissão: Construída em geral no centro de um grande bloco de carga e alimentada pela subestação receptora. É dela que se originam os alimentadores de distribuição primária.

d) Subestação de Consumidor: Construída em propriedade particular, é suprida através de alimentadores de distribuição primária. Alimentam os pontos finais de consumo.

3.2.2 - QUANTO AO TIPO DE INSTALAÇÃO a) Subestação a céu aberto ou ao tempo: São construídas em praças amplas ao ar livre e requerem o emprego de equipamentos próprios para funcionamento em condições atmosféricas adversas.

b) Subestações Abrigadas: Os equipamentos são instalados no interior de construções e não estão sujeitos às intempéries.

c) Subestações blindadas: São compactas e todos os equipamentos (barramentos, disjuntores, chaves, TPs, TCs etc) estão instalados em cilindros contendo SF6 (hexafluoreto de enxofre) sob pressão. Necessitam de estações para bombeamento, pressurização e controle do SF6 .

3.3 - SUBESTAÇÃO DE CONSUMIDOR

3.3.1 - TIPOS a) Subestação ao tempo: Pode ser instalada em poste (transformador até 150 kVA) e em plataforma (transformador até 225 kVA).

b) Subestação abrigada

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9 3.3.2 - COMPARTIMENTOS DE UMA SUBESTAÇÃO ABRIGADA a) Cubículo de medição primária: Destina-se à instalação dos equipamentos auxiliares de medição, tais como TP´s e TC´s. È de uso exclusivo da concessionária, sendo seu acesso devidamente lacrado de modo a não permitir a entrada de pessoas estranhas à concessionária.

b) Cubículo de proteção primária: Destina-se à instalação de chave seccionadora, fusíveis ou disjuntores, responsáveis pela proteção geral e seccionamento da instalação.

c) Cubículo de transformação: Destina-se à instalação de chave seccionadora e transformador de força.

Obs.: Os cubículos de medição e proteção poderão estar isolados ou dentro da subestação. É justificável sua instalação isoladamente quando a potência instalada ultrapassar 225 kVA e ocorrer um dos seguintes casos:

• O centro de carga esteja distante do ponto de entrega, tornando inviável a transmissão de energia em baixa tensão;

• Existam cubículos de transformação em locais diversos, dentro dos limites da propriedade do consumidor.

3.4 - ENTRADA DE SERVIÇO

Compreende o trecho de circuito entre o ponto de derivação da rede de distribuição pública e os terminais da medição.

3.4.1 - COMPONENTES DA ENTRADA DE SERVIÇO a) Ramal de ligação: É o trecho de circuito aéreo compreendido entre o ponto de ligação e o ponto de entrega.

b) Ponto de ligação: Ponto de derivação da rede pública.

c) Ponto de entrega: Ponto até o qual a concessionária se obriga a fornecer energia elétrica, participando dos investimentos necessários e responsabilizando-se pela execução dos serviços, operação e manutenção.

d) Ramal de entrada: É o conjunto de condutores, com os respectivos materiais necessários à sua fixação e a interligação do ponto de entrega aos terminais da medição. Pode ser:

• Aéreo: Constituído de condutores nús suspensos em estruturas;

• Subterrâneo: Constituído de condutores isolados instalados dentro de um conduto ou diretamente enterrados no solo.

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10 CAPÍTULO IV

4 - CABOS DE POTÊNCIA PARA MÉDIA E ALTA TENSÕES

4.1 - INTRODUÇÃO

Cabo elétrico: Conjunto, isolado ou não, de fios metálicos encordoados (dispostos helicoidalmente), não isolados entre si. Os cabos são mais flexíveis do que os fios.

4.2 - CABOS ISOLADOS A figura abaixo apresenta a estrutura de um cabo isolado:

Os cabos podem diferir do ponto de vista construtivo:

a) Pelas características dos condutores (material, número de fios elementares, forma, seção etc), que condicionam em grande parte a capacidade de condução; b) Pela qualidade e espessura do isolante, que com o tipo de isolante, definem as características de isolamento do cabo e, portanto, a sua capaciddae de funcionamento em uma rede de determinadas características (tensão, frequência etc); c) Pelo tipo de blindagem e d) Pelo tipo de proteção. 4.3 - TIPOS DE CONDUTORES

O cobre e o alumínio são os dois metais mais usados na fabricação dos condutores elétricos. Ao longo dos anos o cobre tem sido o mais utilizado, sobretudo em condutores isolados, devido principalmente às suas propriedades elétricas e mecânicas. O cobre para condutores elétricos é o cobre eletrolítico com 9,9% de pureza, sendo o cobre recozido o mais utilizado.

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1 4.4 - ISOLAÇÃO

A isolação tem como finalidade isolar o condutor eletricamente de outros condutores e a terra. Os materiais usados para isolação dos cabos de potência podem ser do tipo:

• Estratificados: Papel impregnado

- Termofixos

• Sólidos: - Termoplásticos 4.4.1 - MATERIAIS ESTRATIFICADOS

O cabo isolado com papel impregnado foi uma das primeiras soluções adotadas para o transporte de energia com condutores enterrados. O papel impregnado é utilizado nas seguintes configurações:

• Cabo com massa não-escoante; • Cabo com óleo fluido (OF) sob pressão;

• Cabo à pressão de gás.

O papel impregnado com massa não-escoante é tradicionalmente utilizado em cabos de potência para baixa e média tensões. Trata-se de material utilizado há muitas décadas, comprovando uma vida útil excepcionalmente longa. A contínua evolução tecnológica do papel impregnado tem melhorado ainda mais as suas características, produzindo novas gerações de cabos de excelente qualidade e alta confiabilidade.

O papel impregnado com óleo fluido sob pressão é o único isolante atualmente disponível para ser usado com plena confiabilidade em tensões até 500 kV.

Nos cabos à pressão de gás (nitrogênio ou SF6) os vazios existentes nas camadas de papel são preenchidos com gás, aumentando bastante seu limite de ionização.

4.4.2 - MATERIAIS SÓLIDOS

É o tipo de isolação mais utilizada atualmente, tanto em cabos de baixa como nos de média e alta tensões. Possuem diversas características comuns, porém cada tipo possui propriedades específicas cujo conhecimento é determinante na escolha do material. Como características comuns pode-se citar:

• Homogeneidade da isolação e boa resistência ao envelhecimento em serviço;

• Ausência de escoamento;

• Reduzida sensibilidade à umidade;

• Insensibilidade às vibrações;

• Bom comportamento ao fogo.

Os isolantes sólidos dividem-se em dois grandes grupos: • Termoplásticos

• Termofixos

Sofrem amolecimento com o aumento de temperatura. Os mais empregados são o polietileno comum (PET) e o cloreto de polivinila (PVC).

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POLIETILENO COMUM (PET): Apresenta excelentes qualidades isolantes, limitação no que diz respeito às características físicas (fica praticamente fluido a 110 ºC) e na baixa resistência à ionização.

CLORETO DE POLIVINILA (PVC): É o isolante seco mais usado até 15 kV, apesar de suas características elétricas apenas regulares. É o mais econômico, com excelente durabilidade, apresentando ótima resistência à ionização.

b) ISOLANTES TERMOFIXOS

Ao contrário dos termoplásticos os compostos termofixos apresentam excelente estabilidade para uma ampla faixa de temperatura, mantendo em alta percentagem suas características mecânicas. Esta propriedade permite aumentar a capacidade de condução dos condutores, sem reduzir sua margem de segurança. Os mais empregados são o polietileno reticulado (XLPE) e a borracha etileno-propileno (EPR).

POLIETILENO RETICULADO (XLPE): Possui uma boa resistência à compressão e deformação para uma ampla faixa de temperatura. Suas características elétricas são excelentes, tem uma alta resistência ao ozônio e excelente estabilidade térmica. Sua principal desvantagem é a extrema dureza, o que o torna um material de difícil manuseio. É usado até 15 kV com plena garantia de confiabilidade.

ionização muito maior que a do XLPE e excelente flexibilidade. É utilizado em tensões até

BORRACHA ETILENO-PROPILENO (EPR): É o isolante de desenvolvimento mais recente, sendo também o de melhor qualidade. Apresenta alta temperatura admissível, resistência à 69 kV.

A tabela abaixo apresenta as características dos isolantes aqui apresentados:

TENSÃO (kV)

PAPEL IMPREG. 49 80 100 200 POLIETILENO 35 75 90 150 PVC 15 70 100 160 XLPE 35 90 130 250 EPR 69 90 130 250

4.5 - BLINDAGEM

A blindagem de um cabo de potência consiste na aplicação de camadas condutoras ou semicondutoras ao condutor e a isolação, com finalidades essencialmente eletrostáticas.

4.5.1 - BLINDAGEM DO CONDUTOR (INTERNA)

Consiste numa camada semicondutora interposta entre o condutor e a isolação, devendo estar em contato íntimo com a superfície interna da isolação. Sua finalidade é uniformizar a distribuição do campo elétrico.

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13 4.5.2 - BLINDAGEM DA ISOLAÇÃO (EXTERNA)

Consiste numa camada de material semicondutor e, geralmente, também de uma camada de material condutor, aplicadas sobre a superfície da isolação. Sua principal finalidade é confinar o campo elétrico dentro do cabo isolado. A blindagem semicondutora proporciona uma distribuição uniforme e radial do campo elétrico na isolação, além de evitar espaços ionizáveis. A camada metálica traz as seguintes vantagens:

• Sob condição de curto-circuito é um caminho de baixa impedância para retorno da corrente;

• Desde que convenientemente aterrada, proporciona maior segurança, eliminando os riscos de choques elétricos em caso de contato direto ou com a cobertura do cabo.

4.6 - PROTEÇÃO

Sua função básica é proteger o núcleo do cabo, tanto do ponto de vista mecânico, bem como sob o aspecto da resistência aos agentes ambientais (químicos, intemperismo etc). Pode ser não metálica (cobertura) e metálica (armação). O PVC é o tipo de cobertura mais utilizado.

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14 CAPÍTULO V

5 - MUFLA TERMINAL PRIMÁRIA OU TERMINAÇÃO

5.1 - INTRODUÇÃO

Dispositivo destinado a restabelecer as condições de isolação da extremidade de um condutor isolado quando este é conectado a um conector nú.

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