Projetos Elétricos Industriais

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Projetos Elétricos Industriais Departamento Regional de Rondônia 2008 SENAI/RO – Departamento Regional Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida sem prévia autorização escrita do SENAI/RO Federação das Indústrias do Estado de Rondônia Presidente do Sistema FIERO/SESI/SENAI/IEL Euzébio André Guareschi Diretor Regional do SENAI/RO Vivaldo Matos Filho Diretora de Operações Adir Josefa de Oliveira Equipe Técnica 1 Allan Ylkc Dias Benarrosh Ervamary Robaina Francisco Humberto Ferreira de Oliveira Marcos Brauna Ficha Catalográfica S474t Equipe Técnica de Elaboração de Material Didático. Administração Aplicada l. Porto Velho, Rondônia 2008. 99 p.: il. 1.Projetos Elétricos Industriais. I. Título. Versão Jan. 2008 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de Rondônia www.fiero.org.br / www.ro.senai.br Rua Rui Barbosa, 1112 – Arigolândia. CEP 78902-240 – Porto Velho – RO Fone: (69) 3216-3400 Fax: (69) 3216-3424/3427 1 A relação dos participantes da equipe técnica varia de acordo com o material didático ou documento. UTILIZAÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO. O SENAI deseja, por meio dos diversos materiais didáticos nivelados em um contexto nacional, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos e competências, tão importantes para sua formação profissional. Além dos esforços e dedicação de todo o grupo do SENAI DR/RO na confecção de material didático estamos também utilizando as obras divulgadas no site www.senai.br/recursosdidaticos desenvolvidas por outros Departamentos Regionais, reservados os direitos patrimoniais e intelectuais de seus autores nos termos da Lei nº. 9610, de 19/02/1998. Tal utilização se deve ao fato de que tais obras vêm de encontro as nossas necessidades, bem como têm a função de enriquecer a qualidade dos recursos didáticos fornecidos aos nossos alunos como forma de aprimorar seus conhecimentos e competências. PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 1 ELEMENTOS DE PROJETO 1.1 INTRODUÇÃO A elaboração do projeto elétrico de uma instalação industrial deve ser precedida do conhecimento dos dados relativos às condições de suprimento e das características funcionais da indústria em geral. Normalmente, o projetista recebe do interessado um conjunto de plantas da indústria, contendo, no mínimo, os seguintes detalhes: 1.1.1 Planta da situação Tem a finalidade de situar a obra no contexto urbano. 1.1.2 Planta baixa de arquitetura do prédio Contém toda a área de construção, indicando com detalhes divisionais os ambientes de produção industrial, escritórios, dependências em geral e outros que compõem o conjunto arquitetônico. 1.1.3 Planta baixa com a disposição física das máquinas Contém a projeção aproximada de todas as máquinas, devidamente posicionadas, com a indicação dos motores a alimentar e dos painéis de controle respectivos. 1.1.4 Plantas de detalhes Devem conter todas as particularidades do projeto de arquitetura que venham a contribuir na definição do projeto elétrico, tais como: Ø vistas e cortes do galpão industrial; Ø detalhes sobre a existência de pontes rolantes no recinto de produção; Ø detalhes de colunas e vigas de concreto ou outras particularidades de construção; Ø detalhes de montagem de certas máquinas de grandes dimensões. O conhecimento desses e de outros detalhes possibilita ao projetista elaborar corretamente um excelente projeto executivo. É importante, durante a fase de projeto, conhecer os planos expansionistas dos dirigentes da empresa e, se possível, obter detalhes de aumento efetivo da carga a ser adicionada, bem como o local de sua instalação. SENAI-RO 1 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Qualquer projeto elétrico de instalação industrial deve considerar os seguintes aspectos: a) Flexibilidade É a capacidade de admitir mudanças na localização das máquinas e equipamentos sem comprometer seriamente as instalações existentes. b) Acessibilidade Exprime a facilidade de acesso a todas as máquinas e equipamentos de manobra. c) Confiabilidade Representa o desempenho do sistema quanto às interrupções temporárias e permanentes, bem como assegura proteção à integridade física daqueles que o operam. 1.2 NORMAS RECOMENDADAS Todo e qualquer projeto deve ser elaborado com base em documentos normativos que, no Brasil, são de responsabilidade da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. Cabe, também, seguir as normas particulares das concessionárias de serviço público ou particular que fazem o suprimento de energia elétrica da área onde se acha localizada a indústria. Estas normas, em geral, não colidem com as da ABNT, porém indicam ao projetista as condições mínimas exigidas para que se efetue o fornecimento de energia à indústria, dentro das particularidades inerentes a cada empresa. Existem também normas estrangeiras de grande valia para consultas, como, por exemplo, a norte-americana NEC – National Electrical Code. A adoção das normas, além de ser uma exigência técnica profissional, conduz a resultados altamente positivos no desempenho operativo das instalações, garantindo-lhes segurança e durabilidade. 1.3 DADOS PARA A ELABORAÇÃO DO PROJETO O projetista, além das plantas anteriormente mencionadas, deve conhecer os seguintes dados: 1.3.1 Condições de fornecimento de energia elétrica Cabe à concessionária local prestar ao interessado as informações que lhe são peculiares: SENAI-RO 2 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø garantia de suprimento da carga, dentro de condições satisfatórias; Ø variação da tensão de suprimento; Ø tensão de fornecimento; Ø tipo do sistema de suprimento: radial, radial com recurso etc; Ø capacidade de curto-circuito atual e futuro do sistema; Ø impedância reduzida no ponto de suprimento. 1.3.2 Características das cargas Estas informações podem ser obtidas diretamente do responsável pelo projeto técnico industrial, ou por meio do manual de especificação dos equipamentos. Os dados principais são: a) Motores • • • • • • • • Potência. Tensão. Corrente. Freqüência. Número de pólos. Número de fases. Ligações possíveis. Regime de funcionamento. b) Fornos a arco • • • • • • Potência do forno. Potência de curto-circuito do forno. Potência do transformador do forno. Tensão. Freqüência. Fator de severidade. c) Outras cargas Aqui ficam caracterizadas cargas singulares que compõem a instalação, tais como máquinas que são acionadas por sistemas computadorizados, cuja variação de tensão permitida seja mínima e por isso requerem circuitos alimentadores exclusivos ou até transformadores próprios – aparelhos de raio SENAI-RO 3 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS X industrial e muitas outras cargas tidas como especiais que devem merecer um estudo particularizado por parte do projetista. 1.4 CONCEPÇÃO DO PROJETO Esta fase do projeto requer muita experiência profissional do projetista. Com base nas suas decisões, o projeto tomará forma e corpo que conduzirão ao dimensionamento dos materiais e equipamentos, filosofia de proteção e coordenação etc. De uma forma feral, a título de orientação, podem-se seguir os passos apontados como metodologia racional para a concepção do projeto elétrico. 1.4.1 Divisão da carga em blocos Com base na planta baixa com a disposição das máquinas, deve-se dividir a carga em blocos. Cada bloco de carga deve corresponder a um quadro de distribuição terminal com alimentação e proteção individualizadas. A escolha dos blocos, a princípio, é feito considerando-se os setores individuais de produção, bem como a grandeza de cada carga de que são constituídos, para avaliação da queda de tensão. Como setores individuais de produção, cita-se o exemplo de uma indústria de fiação em que se pode dividir a carga em blocos correspondentes aos setores de batedores, de filatórios (diz respeito à fiação; aparelho para fiação), de cardas (ato ou efeito de cardar: cardação cardagem, cardadura; pentear os fios) etc. Quando um determinado setor ocupa uma área de grandes dimensões, pode ser dividido em dois blocos de carga, dependendo da queda de tensão a que estes ficaria submetidos afastados do centro de comando, caso somente um deles fosse adotado para suprimento de todo o setor. Também, quando um determinado setor de produção está instalado em recinto fisicamente isolado de outros setores, deve-se toma-lo como bloco de carga individualizado. Cabe aqui considerar que se podem agrupar vários setores de produção num só bloco de cargas, desde que a queda de tensão nos terminais das mesmas seja permissível. Isto se dá, muitas vezes, quando da existência de máquinas de pequena potência. 1.4.2 Localização dos quadros de distribuição terminal Os quadros de distribuição terminal devem ser localizados em pontos que satisfaçam, em geral, as seguintes condições: Ø No centro de carga. Ø Isso nem sempre é possível, pois o centro de carga muitas vezes se acha num ponto físico inconveniente do bloco da carga. Ø Próximo à linha geral dos dutos de alimentação. SENAI-RO 4 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø Afastado da passagem sistemática de funcionários. Ø Em ambientes bem iluminados. Ø Em locais de fácil acesso. Ø Em locais não sujeitos à gases corrosivos, inundações, trepidações etc. Ø Em locais de temperatura adequada. Os quadros de distribuição terminal são designados neste material didático com Centro de Controle de Motores (CCM), quando nestes forem instalado componentes de comando de motores. São denominados Quadros de Distribuição de Luz (QDL), quando contêm componentes de comando de iluminação. 1.4.3 Localização do quadro de distribuição geral Deve ser localizado, de preferência, na subestação ou em área contígua a esta. De uma maneira geral, deve ficar próximo das unidades de transformação a que está ligado. É também denominado, neste trabalho didático, Quadro Geral de Força (QGF) o quadro de distribuição geral que contém os componentes projetados para seccionamento, proteção e medição dos circuitos de distribuição, ou, em alguns casos, de circuitos terminais. 1.4.4 Localização da subestação É comum o projetista receber as plantas já com a indicação do local da subestação. Nestes casos, a escolha é feita em função do arranjo arquitetônico da construção e, muitas vezes, da exigüidade da área. Pode ser também uma decisão visando à segurança da indústria, principalmente quando o seu produto é de alto risco. Porém, nem sempre o local escolhido é o mais tecnicamente adequado, ficando a subestação central, às vezes, muito afastada do centro de carga, acarretando alimentadores longos e de seção elevada. Estes casos são mais freqüentes quando a indústria é constituída de um único prédio e é prevista uma subestação abrigada em alvenaria. 1.4.5 Definição dos Sistemas 1.4.5.1 Sistema Primário de Suprimento A alimentação de uma indústria é, na grande maioria dos casos, de responsabilidade da concessionária de energia elétrica. Por isso, o sistema de alimentação quase sempre fica limitado às disponibilidades das linhas de SENAI-RO 5 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS suprimento existentes na área do projeto. Quando a indústria é de certo porte e a linha de produção exige uma elevada continuidade de serviço, faz-se necessário realizar investimentos adicionais, buscando recursos alternativos de suprimento, tais como a construção de um novo alimentador ou a aquisição de geradores de emergência. As indústrias, de uma maneira geral, são alimentadas por um dos seguintes tipos de sistema: a) Sistema radial simples É aquele em que o fluxo de potência tem um sentido único da fonte para a carga. É o tipo mais simples de alimentação industrial e também é o mais utilizado. Apresenta, porém, baixa confiabilidade, devido à falta de recurso para manobra, quando da perda do circuito de distribuição geral ou alimentador. Em compensação, o seu custo é o mais reduzido, comparativamente aos outros sistemas, por conter somente equipamentos convencionais e de larga utilização. A figura 1, exemplifica este tipo de sistema. Figura 1 Fig. 1 – Esquema de sistema radial simples b) Radial com recurso É aquele em que o sentido do fluxo de potência pode variar de acordo com as condições de carga do sistema. Dependendo da posição das chaves interpostas nos circuitos de distribuição, conforme figura 2, e do seu poder de manobra, este sistema pode ser operado como: Ø Sistema radial em anel aberto; Ø Sistema radial seletivo. SENAI-RO 6 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Esses sistemas apresentam uma maior confiabilidade, pois a perda eventual de um dos circuitos de distribuição ou alimentador não deve afeta a continuidade de fornecimento, exceto durante o período de manobra das chaves, caso estas seja manuais e o sistema opere na configuração radial. Figura 2 Fig. 2 – Esquema de sistema radial com recurso Os sistemas com recurso apresentam custos elevados, devido ao emprego de equipamentos mais caros, e sobretudo pelo dimensionamento dos circuitos de distribuição que devem ter capacidade individual suficiente para suprir a carga sozinhos, quando da saída de um deles. Esses sistemas podem ser alimentados de uma ou mais fontes de suprimento da concessionária, o que, no segundo caso, melhorará a continuidade de fornecimento. Diz-se que o sistema de distribuição trabalha em primeira contingência quando a perda de um alimentador de distribuição não afeta o suprimento de energia. Semelhantemente, num sistema que trabalha em segunda contingência, a perda de dois alimentadores de distribuição não afeta o suprimento a carga. Conseqüentemente, quanto mais elevada é a contingência de um sistema, maior é o seu custo. 1.4.5.2 Sistema Primário de Distribuição Interna Quando a indústria possui duas ou mais subestações, alimentadas de um ponto de suprimento da concessionária, conforme visto anteriormente, pode-se proceder à energização destas subestações utilizando-se um dos seguintes esquemas: SENAI-RO 7 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS a) Sistema radial simples Já definido anteriormente, pode ser traçado conforme a figura 3. Figura 3 Fig. 3 – Exemplo de distribuição de sistema radial simples b) Sistema radial com recurso Como já definido, este sistema pode ser projetado de acordo com a ilustração apresentada na figura 4, em que os pontos de consumo setoriais possuem alternativas de suprimento através de dois circuitos de alimentação. Figura 4 Fig. 4 – Exemplo de distribuição de sistema primário radial com recurso Cabe observar que cada barramento das SEs é provido de chaves de desligamento automático ou manual, podendo encontrar-se nas posições NA (normalmente aberta) ou NF (normalmente fechada), conforme a melhor distribuição da carga nos dois alimentadores. 1.4.5.3 Sistema Secundário de Distribuição SENAI-RO 8 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A distribuição secundária em baixa tensão numa instalação industrial pode ser dividida em: 1- Circuitos terminais de motores Numa definição mais elementar, o circuito terminal de motores consiste em dois ou três condutores (motores monofásicos ou bifásicos e trifásicos) conduzindo corrente numa dada tensão, desde um dispositivo de proteção até o ponto de utilização. A figura 5 mostra o traçado de um circuito terminal de motor. Figura 5 Fig. 5 – Exemplo de distribuição de sistema secundário Os circuitos terminais de motores devem obedecer a algumas regras básicas, ou seja: Ø Conter um dispositivo de seccionamento na sua origem para fins de manutenção. O seccionamento deve desligar tanto o motor como o seu dispositivo de comando. Podem ser utilizados: • seccionadores; • interruptores; • disjuntores; • contatores; • fusíveis com terminais apropriados para retirada sob tensão; • tomada de corrente. Ø Conter um dispositivo de proteção contra curto-circuito na sua origem. SENAI-RO 9 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø Conter um dispositivo de comando capaz de impedir uma partida automática do motor devido a queda ou falta de tensão, se a partida for capaz de provocar perigo. Neste caso, recomenda-se a utilização de contatores. Ø Conter um dispositivo de acionamento do motor, de forma a reduzir a queda de tensão na partida a um valor igual ou inferior a 10 %, ou de conformidade com as exigências da carga. Ø De preferência, cada motor deve ser alimentado por um circuito terminal individual. Ø Quando um circuito terminal alimentar mais de um motor ou outras cargas, os motores devem receber proteção de sobrecarga individual. Neste caso, a proteção contra curtos-circuitos deve ser feita por um dispositivo único localizado no início do circuito terminal capaz de proteger os condutores de alimentação do motor de menor corrente nominal e que não atue indevidamente sob qualquer condição de carga normal do circuito. Ø Quanto maior a potência de um motor alimentado por um circuito terminal individual, é recomendável que cargas de outra natureza sejam alimentadas por outros circuitos. 2- Circuitos de distribuição Compreende-se por circuitos de distribuição, também chamados neste material didático de alimentadores, os condutores que derivam do Quadro Geral de Força (QGF) e alimentam um dou mais centros de comando (CCM E QDL). Os circuitos de distribuição devem ser protegidos no ponto de origem através de disjuntores ou fusíveis de capacidade adequada à carga e às correntes de curto-circuito. Os circuitos de distribuição devem dispor, no ponto de origem, de um dispositivo de seccionamento, dimensionado para suprir a maior demanda do centro de distribuição e proporcionar condições satisfatórias de manobra. 3- Recomendações gerais sobre projeto de circuitos terminais e de distribuição Aqui são fornecidas algumas considerações práticas a respeito do seu projeto: Ø a menor seção transversal de um condutor para circuitos terminais de motor e de tomadas é de 2,5 mm2 ; Ø a menor seção transversal de um condutor para circuitos terminais de iluminação ou de alimentação de outras cargas é de 1,5 mm2 ; SENAI-RO 10 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø deve-se prever, se possível, uma capacidade reserva nos circuitos de distribuição que vise ao aparecimento de futuras cargas na instalação; Ø deve-se dimensionar circuitos de distribuição distintos para luz e força; Ø as cargas devem ser distribuídas o mais uniformemente possível entre as fases; Ø deve-se prever, como reserva, nos QGF e CCM, respectivamente, circuitos de distribuição e terminal em quantidade racional, em função das características particulares do projeto. Neste caso, não há condutores ligados, porém há também que se prever folga suficiente nos dutos para acomodação dos circuitos-reserva; Ø a iluminação, de preferência, deve ser dividida em vários circuitos terminais; Ø o comprimento dos circuitos parciais para iluminação deve ser limitado em 30 m. podem ser admitidos comprimentos superiores, dede que a queda de tensão seja compatível com os valores estabelecidos pela NBR 5410/03. 4- Constituição dos circuitos terminais e de distribuição São constituídos de: a) Condutores isolados, cabos unipolares e multipolares São mais comumente instalados em: Ø Eletrodutos São utilizados eletrodutos de PVC ou de ferro galvanizado. Os primeiros são, em geral, aplicados embutidos em paredes, pisos ou tetos. Os segundos são geralmente utilizados em instalação aparentes, ou embutidos, quando se necessita de uma proteção mecânica adequada para o circuito. A utilização de eletrodutos deve seguir os seguintes critérios: • dentro de eletrodutos só devem ser instalados cabos isolados e unipolares, não sendo permitida a utilização de condutores nus, condutores a prova de tempo e cordões flexíveis; • o diâmetro externo do eletroduto deve ser igual ou superior a 16 mm; • SENAI-RO 11 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS • • em instalações internas onde não haja trânsito de veículos pesados, os eletrodutos de PVC devem ser enterrados a uma profundidade não inferior a 0,25 m; em instalações externas sujeitas a tráfego de veículos leves, os eletrodutos de PVC devem ser enterrados a uma profundidade não inferior a 0,40 m. Para profundidades inferiores, é necessário envelopar o eletroduto em concreto; • em instalações externas sujeitas a trânsito de veículos pesados, os eletrodutos de PVC devem ser enterrados a uma profundidade não inferior a 0,60 m. Costuma-se, nestes casos, utilizar eletrodutos de ferro galvanizado; • os eletrodutos aparentes devem ser firmemente fixados a uma distância máxima de acordo com as tabelas 1 e 2. Tab. 1 – Distância máxima entre elementos de fixação de eletrodutos rígidos metálicos aparentes Tamanho do eletroduto em polegadas ½-¾ 1 1¼-1½ 2–2½ Maior ou igual a 3 Distância máxima entre elementos de fixação (m) 3,00 3,70 4,30 4,80 6,00 Tab. 2 – Distância máxima entre elementos de fixação de eletrodutos rígidos isolantes Diâmetro nominal do eletroduto em (mm) 16 – 32 40 – 60 75 – 85 Distância máxima entre elementos de fixação (m) 0,90 1,50 1,80 SENAI-RO 12 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø Canaletas São de larga utilização em indústria com grande número de máquinas dispostas regularmente e cujo ponto de alimentação seja relativamente próximo ao piso. Não é conveniente a utilização de canaletas em locais em que haja a possibilidade da presença de água ou de outros líquidos no piso, como no caso de curtumes, setor de lavagem e engarrafamento de indústria de cerveja e congêneres. Somente os cabos unipolares e multipolares podem ser instalados diretamente nas canaletas. A utilização de cabos isolados deve ser feita dentro de eletrodutos. Não se admite a instalação de condutores nus. Devem-se tomar medidas preventivas a fim de impedir a penetração de corpos estranhos e líquidos que possam, respectivamente, dificultar a dissipação de calor dos cabos e danificar a isolação dos mesmos. Os cabos devem, de preferência, ser dispostos em uma única camada, podendo-se, no entanto, utilizar prateleiras instaladas em diferentes níveis. A figura 6 mostra a seção transversal dimensionamento será visto em outra ocasião. de uma canaleta cujo Figura 6 Fig. 6 – Corte transversal de canaleta construída em alvenaria Ø Bandejas e prateleiras É uma maneira flexível e prática de instalar os condutores. Não é recomendada a sua utilização em ambiente de atmosfera agressiva, ou em locais sujeitos à presença de gases combustíveis em suspensão. Somente devem ser instalados em bandejas e prateleiras cabos isolados com cobertura. Nas bandejas, dos condutores devem ser dispostos preferencialmente um uma única camada. Somente devem ser instalados nas bandejas e prateleiras SENAI-RO 13 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS cabos unipolares e multipolares. A figura 7 mostra o aspecto construtivo de uma bandeja. Figura 7 Fig. 7 – Bandeja Ø Calha À semelhança das bandejas e prateleiras, as calhas somente devem ser utilizadas em locais de serviços elétricos ou dentro de tetos falsos não desmontáveis. Nas calhas podem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares e cabos multipolares. No caso de condutores isolados, somente podem ser instalados em calhas de paredes maciças, cujas tampas só devem ser removidas com ferramentas. É permitida a instalação de condutores isolados em calhas com parede perfuradas (calhas ventiladas) e/ou tampas desmontáveis sem auxílio de ferramentas, em ambientes nos quais somente devem ter acesso pessoas advertidas ou qualificadas. Não se admite a instalação de condutores nus. A figura 8 mostra uma calha de paredes maciças e uma outra de paredes furadas. Figura 8 Fig. 8 – Calha, respectivamente, de paredes maciças e perfuradas SENAI-RO 14 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø Escada para cabos Este sistema de instalação de condutores requer os mesmos princípios de utilização dispensados às calhas. A figura 9 mostra um sistema de escada para cabos. Figura 9 Fig. 9 – Escada para cabos b) Dutos de barra São fabricados em cobre em cobre ou alumínio, sendo as barras suportadas por isoladores apropriados e contidos em um invólucro, geralmente metálico ou de material isolante e rígido. Os dutos de barra, muitas vezes chamados de busway, são fabricados em tamanhos padronizados e possuem vários acessórios complementares, tais como: curvas, ângulos, emendas, todos também modulares. São muitas as variedades de construção, sendo que os condutores podem ser constituídos de barras retangulares, cilíndricas ocas ou maciças. Também, os condutores podem ser recobertos de uma fina camada de prata em toda a sua extensão ou somente nos pontos de conexão. Os dutos de barra podem ser ventilados ou não, dependendo do local de sua utilização. Somente devem ser empregados em instalações aparentes. Os dutos de barra têm emprego, em geral, na ligação entre o Quadro de Distribuição Geral e os Quadros de Distribuição Terminal. Os dutos de barra têm a vantagem de apresentar uma baixa impedância e, conseqüentemente, uma baixa queda de tensão. Devido ao seu custo elevado, somente devem ser aplicados em circuitos com elevada corrente de carga, quando esta relação de custo diminui. SENAI-RO 15 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A figura 10 mostra a aplicação prática de um duto de barra. Figura 10 Fig. 10 – Exemplo de aplicação de dutos de barra 1.4.5.4 Considerações gerais sobre o Quadro de Distribuição Os Quadros de Distribuição devem ser construídos de modo a satisfazer as condições do ambiente em que serão instalados, bem como apresentar um bom acabamento, rigidez mecânica e disposição apropriada nos equipamentos e instrumentos. Os quadros de distribuição - QGF, CCM e QDL - instalados abrigados e em ambiente de atmosfera normal devem, em gral, apresentar grau de proteção IP – 54. Estes são vedados e não devem possuir instrumentos e botões de acionamento fixados exteriormente. As principais características dos Quadros de Distribuição são: Ø tensão nominal; Ø a corrente nominal (capacidade do barramento principal); SENAI-RO 16 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø resistência mecânica aos esforços de curto-circuito para o valor de crista; Ø grau de proteção; Ø acabamento (revestido de proteção e pintura final). As chapas dos quadros de distribuição devem ser sofrer tratamento adequado, a fim de prevenir os efeitos nefastos da corrosão. As técnicas de tratamento de chapas e aplicação de revestimentos protetores e decorativos devem ser estudadas em literatura específica. A figura 11 mostra com detalhes um Quadro de Distribuição. Figura 11 Fig. 11 – Componentes do quadro de distribuição 1.5 MEIOS AMBIENTES Todo projeto de uma instalação elétrica deve levar em consideração as particularidades das influências externas, tais como temperatura, altitude, raios solares etc. para classificar estes ambientes, a NBR 5410/03 estabelece uma codificação específica através de uma combinação de letras e números. As tabelas organizadas, classificando as influências externas, podem ser consultadas diretamente na norma brasileira anteriormente mencionada. Sumariamente, essas influências externas podem ser assim classificadas. SENAI-RO 17 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 1.5.1 Temperatura ambiente Todo material elétrico, notadamente os condutores, sofrem grandes influências no seu dimensionamento em função da temperatura a que são submetidos. A temperatura ambiente a ser considerada para um determinado componente é a temperatura no local onde ele deve ser instalado, resultante da influência de todos os demais componentes situados no mesmo local e em funcionamento, sem levar em consideração a contribuição térmica do componente considerado. A seguir serão indicados os códigos, a classificação e as características dos meios ambientes: AA1 AA2 AA3 AA4 AA5: AA6 frigorífico muito frio frio temperado quente: muito quente - 60 º C - 40 ºC - 25 ºC - 5 ºC + 5 ºC + 5 ºC a a a a a a + 5 ºC + 5 ºC + 5 ºC + 40 ºC + 40 ºC + 60 ºC 1.5.2 Altitude Devido à rarefação do ar,. Em altitudes superiores a 1.000 m, alguns componentes elétricos, tais como motores e transformadores, merecem considerações especiais no seu dimensionamento. A classificação da NBR 5410/03 é: Ø AC1: baixa: ≤ 2.000 m Ø AC2: alta: ≥ 2.000 m 1.5.3 Presença de água A presença de umidade e água é fator preocupante na seleção de equipamentos elétricos. A classificação é: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø AD1: desprezível AD2: quedas de gotas de água AD3: aspersão de água AD4: projeções de água AD5: jatos de água AC6: ondas AD7: imersão AD8: submersão SENAI-RO 18 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 1.5.4 Presença de corpos sólidos A poeira ambiente prejudica a isolação dos equipamentos, principalmente quando associada à umidade. Também, a segurança das pessoas quanto à possibilidade de contato acidental implica o estabelecimento da seguinte classificação: Ø Ø Ø Ø AE1: desprezível AE2: objetos pequenos AE3: objetos muito pequenos AE4: poeira 1.5.5 Presença de substâncias corrosivas ou poluentes Estas substâncias são altamente prejudicais aos materiais elétricos em geral, notadamente às isolações. A classificação desses ambientes é: Ø AF1: desprezível Ø AF2: agentes corrosivos de origem atmosférica Ø AF3: ações intermitentes ou acidentais de produtos químicos corrosivos ou poluentes Ø AF4: ação permanente de agentes químicos corrosivos ou poluentes em quantidade significativa. 1.5.6 Vibrações As vibrações são prejudiciais ao funcionamento dos equipamentos, notadamente às conexões elétricas correspondentes, cuja classificação é: Ø AH1: fracas: desprezíveis Ø AH2: médias: vibrações com freqüência entre 10 a 50 Hz e amplitude igual ou inferior a 0,15 mm Ø AH3: significativas: vibrações com freqüência entre 10 a 150 Hz e amplitude igual ou inferior a 0,35 mm. 1.5.7 Radiações solares A radiação, principalmente a ultravioleta, altera a estrutura de alguns materiais, sendo as isolações, à base de compostos plásticos, as mais prejudicadas. A classificação é: Ø AN1: desprezível Ø AN2: significativas SENAI-RO 19 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 1.5.8 Raios Os raios podem causar sérios danos aos equipamentos elétricos, tanto pela sobretensão, quanto pela incidência direta sobre os referidos equipamentos. Quanto à classificação, tem-se: Ø AQ1: desprezível Ø AQ2: indiretos : sobretensões na rede de alimentação Ø AQ3: diretos: incidências sobre os equipamentos 1.5.9 Resistência elétrica do corpo humano As pessoas estão sujeitas ao contato acidental na parte viva das instalações, cuja seriedade da lesão está diretamente ligada às condições de umidade ou presença de água no corpo. A classificação neste caso é: Ø Ø Ø Ø BB1; elevada: condição de pele seca BB2: normal: condição de pele úmida (suor) BB3: fraca: condição de pés molhados BB4: muito fraca: condição do corpo imerso, tais como piscinas e banheiros 1.5.10 Contato das pessoas com potencial de terra As pessoas quando permanecem num local onde há presença de partes elétricas energizadas estão sujeitas a riscos de contato com as partes vivas desta instalação, cujos ambientes são assim classificados: Ø BC1: nulos: pessoas em locais não condutores Ø BC2: fracos: pessoas que não correm riscos de contato em locais condutores Ø BC3: freqüentes: pessoas em contato com elementos condutores, com freqüência Ø BC4: contínuos: pessoas em contato com elementos condutores continuamente A norma estabelece a classificação de outros tipos de ambientes que a seguir serão apenas citados: • • • • • • • presença de flora e mofo; choques mecânicos; presença de fauna; influências eletromagnéticas, eletrostáticas ou ionizantes; competência das pessoas; condições de fuga das pessoas em emergência; natureza das matérias processadas ou armazenadas; SENAI-RO 20 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS • materiais de construção; • estrutura de prédios. Os projetistas devem considerar no desenvolvimento de sua planta todas as características referentes aos meios ambientes, tomando as providências necessárias a fim de tornar o projeto perfeitamente correto quanto à segurança do patrimônio e das pessoas qualificadas ou não para o serviço de eletricidade. 1.6 GRAUS DE PROTEÇÃO Refletem a proteção de invólucros metálicos quanto à entrada de corpos estranhos e penetração de água pelos orifícios destinados à ventilação ou instalação de instrumentos, pelas junções de chapas, portas etc. As normas especificam os graus de proteção através de um código composto pelas letras IP, seguidas de dois números que significam: a) Primeiro algarismo Indica o grau de proteção quanto à penetração de corpos sólidos e contatos acidentais, ou seja: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø 0 - sem proteção 1 - corpos estranhos com dimensões acima de 50 mm 2 - corpos estranhos com dimensões acima de 12 mm 3 - corpos estranhos com dimensões acima de 2,5 mm 4 - corpos estranhos com dimensões acima de 1,0mm 5 - proteção contra acúmulo de poeira prejudicial ao equipamento 6 - proteção contra penetração de poeira b) Segundo algarismo Indica o grau de proteção contra a penetração de água internamente ao invólucro, ou seja: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø 0 - sem proteção 1 - pingos de água na vertical 2 - pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical 3 - água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical 4 - respingos em todas as direções 5 - jatos de água em todas as direções 6 - imersão temporária 7 - imersão 8 – submersão SENAI-RO 21 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 1.7 PROTEÇÃO CONTRA RISCO INCÊNDIO E EXPLOSÃO As indústrias, em geral, estão permanentemente sujeitas a riscos de incêndio e, dependendo do produto que fabricam, são bastante vulneráveis a explosões a que normalmente se segue um incêndio. Para prevenir contra essas ocorrências existem normas nacionais e internacionais que disciplinam os procedimentos de segurança que procuram eliminar esses acidentes. Julgase oportuno citar os diversos itens a seguir discriminados constantes da norma NR–10 do MTE (Ministério do Trabalho e Emprego): a) Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas, executadas e conservadas de forma a prevenir os riscos de incêndios e explosões, atendendo especificamente ao estabelecido na NBR 9883. b) As instalações elétricas sujeitas a maior risco de incêndio e explosão devem ser projetadas e executadas com dispositivos automáticos de proteção contra sobrecorrente e sobretensão, de deteção, alarme e extinção de incêndios. c) Os ambientes das instalações elétricas que apresentem risco de incêndio devem ter proteção contra incêndio e sinalização de segurança, de acordo com as prescrições estabelecidas pelas NBR 5410 e NBR 5414, aplicando-se também, onde couber, o disposto na NR-23. d) Os extintores de incêndio, nas instalações elétricas, devem ser do tipo dióxido de carbono, pó químico seco, ou outro elemento não condutor de eletricidade, nas capacidades estabelecidas pela NR-23, sendo a extinção de incêndios com sistemas fixos de água nebulizada restritos a equipamentos (transformadores, disjuntores, capacitores) a grande volume de óleo, de acordo com NBR 8674. e) Os extintores de incêndio devem ser instalados no ambiente das instalações elétricas, em locais sinalizados, protegidos das intempéries. f) Ambientes de salas e recintos sujeitos à presença de gases inflamáveis e/ou explosivos devem apresentar as seguintes condições mínimas de segurança: Ø ser equipados com portas do tipo corta-fogo; Ø possuir o sistema elétrico do tipo à prova de explosão; Ø possuir sinalização que informe o risco existente e os procedimentos para atendimento a casos de emergência. g) As partes das instalações elétricas sujeitas à acumulação de eletricidade estática dêem ser aterradas, seguindo-se as prescrições estabelecidas pela NBR 5410/03. h) Os mancais e os eixos de transmissão com polias metálicas devem ser aterrados, as correias devem se providas de pentes coletores ligados à terra e SENAI-RO 22 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS dispostos de modo que os dentes, dirigidos para a correia, estejam em leve contato no ponto em que ela deixa a polia. i) As partes metálicas das instalações destinadas a misturar, distribuir e armazenar líquidos inflamáveis ou secos pulverulentos e não condutores devem ser ligadas eletricamente entre si e à terra em pontos suficientes pra garantir a descarga contínua de toda eletricidade estática que nelas se acumule. j) Em locais onde são transvasados líquidos inflamáveis, o recipiente que se enche e o que se esvazia devem estar ligados entre si e à terra. k) Nos locais com riscos de incêndio ou explosão, em instalações elétricas e durante os serviços de reparação, deve haver sinalização com placas de aviso que chamem a atenção para os riscos com eletricidade estática. 1.8 CÁLCULOS ELÉTRICOS O cálculo elétrico permitirá ao projetista determinar o valor da capacidade dos diversos componentes do sistema, a fim de que sejam especificados e quantificados. 1.8.1 Considerações sobre curvas de carga 1.8.1.1 Demanda A demanda em uma instalação é importante porque, por ela, pode-se dimensionar economicamente condutores, geradores, transformadores e outros componentes. A partir da curva de carga de uma instalação, é que se define a demanda, conforme figura 12: Figura 12 Fig. 12 – Curva de carga de uma instalação A demanda de uma instalação é medida em intervalos de 15 minutos pelo próprio medidor de energia kWh, instalado pela concessionária. Geralmente, existe um sistema interno no medidor que efetua a integração da curva de carga e registra a máxima demanda no mês. SENAI-RO 23 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A área sob a curva de carga traçada entre os eixos da demanda e do período é a energia consumida pela instalação no período. A ordenada máxima seria a demanda máxima DM. Define-se também a demanda média. Esta seria a altura do retângulo cuja base é o período T e a área é a energia total. Logo: Dm = E T Além das definições acima, pode-se considerar na curva de carga, a potência instalada e a potência disponível. A Potência instalada seria a soma de todas as cargas existentes e a disponível seria a máxima potência que a instalação poderia fornecer permanentemente. Apesar de a determinação correta dos pontos da curva de carga de uma planta industrial somente se possível durante o seu funcionamento em regime, deve-se, através de informação do ciclo de operação dos diferentes setores de produção, idealizar, aproximadamente, a conformação da curva de demanda da carga em relação ao tempo, a fim de determinar uma série de fatores que poderão influenciar no dimensionamento dos vários componentes elétricos da instalação. As curvas de carga das plantas industriais variam em função da coordenação das atividades dos diferentes setores de produção, bem como em relação ao período de funcionamento diário. No primeiro caso, é de interesse da gerência administrativa manter controlado o valor da demanda de pico, a fim de diminuir o custo operacional da empresa. Isto é conseguido através de um estudo global das atividades de produção, deslocando-se a operação de certas máquinas para horários diferentes, diversificando-se, assim, as demandas das mesmas. O segundo caso, em geral, é fixado já durante a concepção do projeto econômico. A figura 13 representa, genericamente, uma curva de carga para uma instalação industrial em regime de funcionamento de 24 horas. Figura 13 Fig. 13 – Curva de carga para uma instalação industrial SENAI-RO 24 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A partir dessa conformação de curva podem ser definidos os seguintes fatores: 1.8.1.2 Fator de demanda É a relação entre a demanda máxima do sistema e a carga total conectada a ele, durante um intervalo de tempo considerado. A carga conectada é a soma das potências nominais contínuas dos aparelhos consumidores de energia elétrica. O fator de demanda é, usualmente, menor que a unidade. Seu valor somente é unitário se a carga conectada total for ligada simultaneamente por um período suficientemente grande, tanto quanto o intervalo de demanda. A equação abaixo mede, matematicamente, o valor do fator de demanda, que é adimensional. Fd = DMáx Pinst onde: DMáx = demanda máxima da instalação em kW ou kVA Pinst = potência da carga conectada em kW ou kVA Com relação à figura 13, o valor do fator de demanda é: Fd = 480 = 0,64 750 A tabela abaixo fornece os fatores de demanda para cada grupamento de motores e operação independente. Número de motores em operação 1 - 10 11 - 20 21 - 50 51 -100 Acima de 100 Fator de demanda em (%) 70 - 80 60 - 70 55 - 60 50 - 60 45 - 55 1.8.1.3 Fator de carga É a razão entre a demanda média, durante um determinado intervalo de tempo, e a demanda máxima registrada no mesmo período. SENAI-RO 25 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS O fator de carga, normalmente, refere-se ao período de carga diária, semanal, mensal e anual. Quanto maior é o período de tempo ao qual se relaciona o fator de carga, menor é o seu valor; isto é, o fator de carga anual é menor que o mensal, que, por sua vez, é menor que o semanal, e assim sucessivamente. O fator de carga é sempre maior que zero e menor ou igual à unidade. O fator de carga mede o grau no qual a demanda máxima foi mantida durante o intervalo de tempo considerado; ou, ainda, mostra se a energia está sendo utilizada de forma racional por parte de uma determinada instalação. Manter um elevado fator de carga no sistema significa obter os seguintes benefícios: Ø otimização dos investimentos da instalação elétrica; Ø aproveitamento racional e aumento da vida útil da instalação elétrica, incluídos os motores e equipamentos; Ø redução do valor da demanda pico. O fator de carga diário pode ser calculado pela equação abaixo: Fcd = Dmed Dmax O fator de carga mensal pode ser calculado pela equação abaixo; Fcm = __Ckwh____ 730 × Dmax onde: Ckwh – consumo de energia elétrica durante o período de tempo considerado; Dmax – demanda máxima do sistema para o mesmo período em kW; Dmed – demanda média do período, calculada através de integração da curva de carga da figura 13, o que equivale ao valor do lado do retângulo de energia correspondente ao eixo da ordenada. A área do retângulo é numericamente igual ao consumo de energia do período. Relativamente á curva a figura 13, o fator de carga diário da instalação é: Fcd = 288 = 0,60 480 Com relação ao fator de carga mensal, considerando que o consumo de energia elétrica registrado na conta de luz da concessionária foi de 152.800 SENAI-RO 26 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS kWh, pode-se calcular o seu valor diretamente da equação fator de carga mensal, ou seja: Fcm = 152.800 = 0,44 730 × 480 1.8.1.4 Fator de simultaneidade Inversamente chamado de fator de diversidade, é a relação entre a demanda máxima do grupo de aparelhos pela soma das demandas individuais dos aparelhos do mesmo grupo, num intervalo de tempo considerado. O fator de simultaneidade resulta da coincidência das demandas máximas de alguns aparelhos do grupo de carga, devido à natureza de sua operação . A aplicação do fator de simultaneidade em instalações industriais deve ser precedida de um estudo minucioso, a fim de evitar o subdimensionamento dos circuitos e equipamentos. O fator de simultaneidade é sempre inferior à unidade, enquanto o fator de diversidade, considerado o inverso deste, é sempre superior a 1. A tabela abaixo fornece os fatores de simultaneidade para diferentes potências de motores em grupamentos e outros aparelhos. Número de aparelhos 5 8 10 15 Aparelhos Motores: ¾ a 2,5 CV 2 4 20 50 0,85 0,80 0,75 0,70 0,60 0,55 0,50 0,40 Motores: 3 a 15 CV 0,85 0,80 0,75 0,75 0,70 0,65 0,55 0,45 Motores: 20 a 40 CV 0,80 0,80 0,80 0,75 0,65 0,60 0,60 0,50 + de 40 CV 0,90 0,80 0,70 0,70 0,65 0,65 0,65 0,60 Retificadores 0,90 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,70 0,70 Soldadores 0,45 0,45 0,45 0,40 0,40 0,30 0,30 0,30 Fornos resistivos 1,00 1,00 - - - - - - Fornos de indução 1,00 1,00 - - - - - - SENAI-RO 27 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 1.8.1.5 Fator de Utilização É o fator pelo qual deve ser multiplicada a potência nominal do aparelho para se obter a potência média absorvida pelo mesmo, nas condições de utilização para diferentes tipos de aparelhos. A tabela abaixo fornece os fatores de utilização dos principais equipamentos utilizados nas instalações elétricas industriais. Fatores de utilização Aparelhos Fornos a resistência Secadores, caldeiras etc. Fornos de indução Motores de ¾ a 2,5 CV Motores de 3 a 15 CV Motores de 20 a 40 CV Acima de 40 CV Soldadores Retificadores Fator de utilização 1,00 1,00 1,00 0,70 0,83 0,85 0,87 1,00 1,00 Na falta de dados mais precisos pode ser adotado um fator de utilização igual a 0,75 para motores, enquanto para aparelhos de iluminação, ar condicionado e aquecimento, o fator de utilização deve ser unitário. 1.8.2 Determinação de demanda de potência Cabe ao projetista a decisão sobre a previsão da demanda da instalação, a qual deve ser tomada em função das características da carga e do tipo de operação da indústria. Há instalações industriais em que praticamente toda carga instalada está simultaneamente em operação em regime normal, como é o caso de indústrias de fios e tecidos. No entanto, há outras indústrias em há diversidade de operação entre diferentes setores de produção. É de fundamental importância considerar essas situações no dimensionamento dos equipamentos. Num projeto de instalação elétrica industrial, além das áreas de manufaturados, há as dependências administrativas, cujo projeto deve obedecer às características normativas, quanto ao número de tomadas por dependência, ao número de pontos de luz por circuito etc.. Nessas condições, a carga prevista num determinado projeto deve resultar da composição das cargas dos setores industriais e das instalações administrativas. SENAI-RO 28 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 2 ALIMENTAÇÃO DE MOTORES E OUTRAS CARGAS CONSUMIDORAS 2.1 INSTALAÇÕES INDUSTRIAIS O diagrama em blocos, típico de uma instalação industrial é dado pela figura 14 Figura 14 Fig. 14 – Diagrama em blocos de uma instalação industrial Os alimentadores são levados até setores diversos da indústria e a partir de um quadro geral de distribuição, são derivados sub-alimentadores e/ou ramais de motores. Os esquemas gerais, possíveis de distribuição interna ao setor, são vistos na figura a seguir. 2.2 ALIMENTAÇÃO LINEAR Figura 15 Fig. 15 – Representação de uma alimentação linear 2.3- ALIMENTAÇÃO RADIAL Figura 16 Fig. 16 – Representação de uma alimentação radial SENAI-RO 29 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 2.4- ALIMENTAÇÃO EM ANEL Usada com alguma restrição em ambientes industriais de baixa-tensão. A alimentação em anel além de dar excelente estabilidade de tensão, é mais econômica quanto ao custo e instalação, conforme figura 17. Figura 17 Fig. 17 – Representação de uma alimentação em anel 2.5- CARGAS INDUSTRIAIS Normalmente indutivas, representadas por máquinas operatrizes ou elementos de circuitos industriais. Em casos especiais, pode-se ter cargas que devem operar em corrente contínua, que poderá ser obtida a partir da retificação da corrente alternada ou por um gerador de C.C. De qualquer forma, sempre o elo de corrente alternada estará presente, pois se houver retificação será a partir de um transformador e no caso da geração de C.C., será às custas de um motor de C.A. como elemento cinético. De uma maneira bem ampla, um conjunto industrial é formado por transformadores, motores de corrente alternada, conjuntos de iluminação, reatores etc., todos indutivos. Entretanto, pelo uso e pela finalidade que desempenha, o motor elétrico destaca-se do conjunto. É necessário um conhecimento relativo dos motores e dispositivos de proteção e controle, para que a utilização das Normas Técnicas sejam feitas racionalmente. Os conhecimentos básicos de dispositivos de comando e controle e motores elétricos serão desenvolvidos em seguida. 2.6 DIMENSIONAMENTO DE CIRCUITOS TERMINAIS 2.6.1 Alimentadores Os alimentadores são derivados de quadros gerais conforme a figura 18 Pode-se considerar como ramal o alimentador de um único motor. SENAI-RO 30 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 18 Fig. 18 – Alimentadores de motores 2.6.2 Esquema Geral de um Ramal Um ramal pode ser considerado com sendo constituído de diversos elementos. O esquema a seguir é definido no NEC (National Electrical Code), conforme figura 19. Figura 19 Fig. 19 – Representação de um ramal 2.6.3 Proteção de Motores Elétricos contra Curto- Circuito Podem ser utilizados disjuntores ou fusíveis. Os fusíveis podem ser retardados ou sem retardo. Os disjuntores podem ser de abertura instantânea ou a tempo inverso, ajustáveis. 3 INTRODUÇÃO AOS ESQUEMAS DE COMANDO E CONTROLE DE MOTORES ELÉTRICOS 3.1 Representação Esquemática 3.1.1 Representação Real Esse método de representação é o mais intuitivo. Pode-se realizar com os símbolos dos elementos um desenho real da montagem com cada condutor de ligação representado por um traço contínuo. Pode-se entender que tal SENAI-RO 31 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS esquema não ajuda para acompanhamento do circuito, além de ser altamente trabalhoso na elaboração. 3.1.2 Representação por Função e Unifilar A representação unifilar pode ser utilizada semelhantemente ao que se faz em instalações residenciais. Entretanto, pode induzir a erros do instalador especialmente na proteção. 3.1.3 Representação por Função e Multifilar Neste caso pode-se, embora com a representação multifilar, separar as funções comando e controle, melhorando as condições de acompanhamento dos esquemas. Ao mesmo tempo, pode-se numerar ou distinguir por letras os diversos bornes de ligação, para facilitar. Alguns fabricantes, de acordo com recomendações internacionais, preferem utilizar letras para designar os elementos do circuito de comando. 3.1.4 Conceitos Básicos sobre Comando ou Controle O elemento básico de controle ainda é o contator eletromecânico. Embora atualmente já se disponha de controles altamente sofisticados, eletrônicos, a manutenção é dificultada por necessitar de mão-de-obra altamente especializada, bem como de peças de reposição. O controle eletromecânico não necessita senão de observação visual para conserto, e a manutenção pode ser realizada com ferramentas comuns. Pode-se distinguir dessas funções básicas em um comando respectivamente: o comando permanente e o comando com realimentação. 3.1.5 Comando Permanente É realizado por interruptores comuns. Só possibilita as funções ligado ou desligado. Note-se que nenhuma outra função poderá ser desempenhada pelo interruptor de comando, conforme a figura 20. Figura 20 Fig. 20 – Representação de um interruptor de comando SENAI-RO 32 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 3.1.6 Comando com Realimentação Com botoeiras e contator, permitindo o comando de diversos pontos e o aproveitamento dos contatos auxiliares para outras funções, além da realimentação. 3.1.7 Tipos Básicos de Comando Pode-se dividir em três tipos básicos a ação de comando: ação de comando, ação de seleção e interdependência e ação de travamento. a) Ação de Comando A energização do ponto de interesse da instalação. b) Ação de Seleção Dá uma ordem de prioridade para as diferentes ligações na instalação. Pode-se condicionar determinados elementos a só poderem ser acionados após um outro. É o caso da instalação na qual não se pode permitir a partida simultânea de máquinas, ou numa mesma máquina que as funções sejam desempenhadas em seqüência lógica. c) Ação de Travamento Impede que duas ordens sejam impostas simultaneamente. Por exemplo, na ligação Y – Δ de um motor, automática, não se pode permitir a simultaneidade de ligação Y e da ligação Δ. A ação de travamento pode ser mecânica ou elétrica e pode-se considerar que é caso particular da ação de seleção. 3.18 Identificação dos Elementos dos Circuitos de Comando Todos os elementos de um circuito de comando devem ser identificados. Além disso, peças de um mesmo elemento devem ter letras comuns. Ainda existe alguma confusão devido a não aplicação das normas da IEC (International Electrotechnical Commission ). Uma das identificações mais utilizadas atualmente (de acordo com a IEC) é dada a seguir: SENAI-RO 33 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Elemento Chave Chave auxiliar Contator Contator auxiliar Dispositivo de proteção Transformador para instrumento Instrumento de medição Sinalização ótica acústica Máquinas e transformadores Retificadores e bateria Resistores Dispositivos mecânicos Conjuntos completos Letra Designativa a b c d e f g h m n r s u 3.2 Partida e Comando de Motores de Indução 3.2.1 Partida Direta Figura 21 Fig. 21 – Esquema elétrico de força e comando para partida direta SENAI-RO 34 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 3.2.2 Partida Direta com Reversão com Dupla Proteção Figura 22 Fig. 22 – Esquema elétrico de força e comando para partida direta com reversão com dupla proteção por intertravamento elétrico 3.2.3 Partida Y – Δ Automática. Figura 23 Fig. 23 – Esquema elétrico de força e comando de partida Y - Δ automática 3.2.4 Partida por Chave Compensadora SENAI-RO 35 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 24 Fig. 24 – Esquema elétrico de força e comando de partida com chave compensadora (autotransformador) 3.2.5 Partida por Eliminação de Resistências Figura 25 Fig. 25 – Esquema elétrico de força e comando de partida por eliminação de resistências Os motores elétricos – melhor dizendo, os “equipamentos a motor” – constituem cargas que apresentam características peculiares: Ø a corrente absorvida pelo motor, durante a partida, é bastante superior à de funcionamento normal em carga; SENAI-RO 36 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø a potência absorvida em funcionamento é determinada pela potência mecânica no eixo do motor, solicitada pela carga acionada, o que pode resultar em sobrecarga no circuito de alimentação, se não houver proteção adequada. A corrente de partida Ip dos motores trifásicos de indução tipo gaiola, os utilizados em mais de 90% das aplicações, apresenta os seguintes valores típicos: • Motores de dois pólos: Ip = 4,2 a 9 In • Motores com mais de dois pólos: Ip = 4,2 a 7 In sendo In a corrente nominal do motor. A corrente nominal In de um motor elétrico é dada pelas expressões a seguir: • monofásico In = Pn × 10³ / Un × η × cosφ • (1) trifásico In = Pn × 10³ / √3 × Un × η × cosφ (2) onde: Pn = potência nominal (no eixo) do motor, em kW. A potência é muitas vezes dada também em HP (0,746 kW) ou CV (0,736 kW). Un = tensão nominal do motor, em V. Nos motores monofásicos é a tensão entre fases ou entre fase e neutro e nos trifásicos a tensão entre fases; η = rendimento, definido pela razão entre a potência nominal, isto é, no eixo do motor, e a potência efetivamente fornecida pelo circuito ao motor P’n; cosφ = fator de potência do motor. Assim, por exemplo, para um motor trifásico de gaiola de 7,5 kW, com η = 0,85 e cosφ = 0,83,. E com Un = 220 V, virá, de (2): In = 7,5 ×103 / √3 × 220 × 0,85 × 0,83 = 27,8 A SENAI-RO 37 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Procurando demarcar bem os casos aos quais é endereçada esta ou aquela prescrição, a NBR – 5410, na seção dedicada especificamente a motores (6.5.3), distingue os equipamentos a motor em: Ø Aplicações normais – que a norma divide, por sua vez, em “cargas industriais e similares” e “cargas residenciais e comerciais”. Estima-se que as aplicações normais cubram cerca de 95% dos casos de utilização de motores em instalações de baixa tensão; e Ø Aplicações especiais – nas quais são automaticamente catalogadas, por exclusão, todas as que não se enquadram na classificação de “normais”. As cargas industriais e similares são constituídas, segundo a norma, por motores de indução de gaiola, trifásicos, de potência igual ou inferior a 200 CV (147 kW), aplicados em regime S1 (contínuo). Já as cargas residenciais e comerciais, segundo a norma, são motores de potência nominal não superior a 2 CV (1,5 kW) constituindo parte integrante de aparelhos eletrodomésticos e eletroprofissionais. De um modo geral, os circuitos que alimentam equipamentos a motor apresentam certas características não encontradas nos circuitos que alimentam outros tipos de cargas. São elas: Ø queda de tensão significativa durante a partida do motor; Ø número e freqüência de partidas geralmente elevados; Ø o dispositivo de proteção contra correntes de sobrecarga deve suportar, sem atuar, a corrente de partida do motor. Por essas razões, tais circuitos podem exigir, como reconhece a norma, um tratamento diferenciado – seja no tocante aos componentes utilizados (alguns do quais são mesmo exclusiva ou majoritariamente utilizados em circuitos de motores), seja no que se refere ao dimensionamento. Na prática, as prescrições específicas de circuitos de motores apresentadas pela norma são endereçadas às cargas industriais e similares, admitindo-se então que os circuitos de motores (ou, mais uma vez, de “equipamentos a motor”) de cargas residenciais e comerciais sejam tratados como circuitos “normais”, cobertos pelas regras gerais da norma. Nesses casos (cargas industriais e similares), o usual é ter-se um circuito terminal por motor, admitindo-se, no entanto, em casos excepcionais (na prática), circuitos terminais alimentando mais de um motor, em geral com potências inferiores a 1 CV, e eventualmente outras cargas. SENAI-RO 38 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Os circuitos terminais de motores são alimentados, em geral, a partir de quadros de distribuição (por exemplo, CCMs) exclusivos – alimentados, por sua vez, por circuitos de distribuição exclusivos. Mas, principalmente em instalações não-industriais, não são raros quadros de distribuição alimentando circuitos terminais de motores e outros tipos de circuitos terminais (iluminação, tomadas etc). Os aparelhos eletrodomésticos e eletroprofissionais a motor (cargas residenciais e comerciais) são, via de regra, ligados a tomadas de corrente, de uso específico ou de uso geral. No primeiro caso temos, tipicamente, equipamentos fixos (por exemplo, condicionador de ar tipo janela) e estacionários de maior porte (por exemplo, geladeira doméstica e fotocopiadora); no segundo, equipamentos portáteis (por exemplo, máquina de costura doméstica, liquidificador) e manuais (por exemplo, furadeira, batedeira). Os circuitos terminais que alimentam tais aparelhos só são exclusivos no caso de aparelhos de maior potência. Vale lembrar que, em locais de habitação, a norma exige circuito individual para equipamento (de qualquer tipo, não necessariamente a motor) com corrente nominal superior a 10 A. Serão descritos, a seguir, os principais tipos de dispositivos de comando e proteção utilizados industrialmente. Seria impossível dar uma visão total. Preferiu-se a descrição dos elementos principais, funções e valores encontrados. 4 DISPOSITIVO DE COMANDO E PROTEÇÃO EM BAIXA TENSÃO 4.1 Chaves Seccionadoras É usual designar-se por chave seccionadora qualquer dispositivo de desligamento manual de cargas, que não possua qualquer outra função. O desligamento ou seccionamento pode ser realizado de acordo com a velocidade de acionamento do operador, ou independentemente de sua velocidade. Alguns autores costumam designar simplesmente seccionadoras as de abertura lenta, dependentes do operador, e por abertura rápida ou seccionadoras interruptoras, as operadas por molas, independentes da velocidade do operador. Por outro lado, pode-se também considerar que as seccionadoras interruptoras são para manobra sob carga, e as comutadoras são para manobra em vazio. SENAI-RO 39 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 4.1.1 Seccionadoras Lentas ou Normais Utilizadas para o comando manual de cargas em pequenas instalações. O tipo mais comum é a chave de facas. Podem ser abertas ou blindadas, com ou sem porta-fusíveis. Na mesma categoria, encontram-se as chaves seccionadoras fusíveis nas quais o desligamento da chave desconecta os fusíveis que são presos à tampa, ou manoplas das mesmas. Valores encontrados de chaves de faca com ou sem porta-fusíveis 30, 40, 50, 60, 80, 100, 150, 200, 400, 600 A (250V e 600 V) 4.1.2 Seccionadoras Interruptoras São dotadas de câmaras de extinção de arcos elétricos e fabricadas para colocação em quadros. Em casos especiais, podem ser fabricadas chaves blindadas. O funcionamento básico é visto na figura 26 a seguir, em esquema simplificado, apenas para abertura. Figura 26 Fig. 26 – Esquema de funcionamento de uma chave interruptora A mola arrastará as lâminas, a partir de uma certa abertura, pelo operador. O mesmo seria feito no fechamento. A figura 27 mostra um tipo de seccionadora interruptora industrial, rotativa. SENAI-RO 40 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 27 Fig. 27 – Seccionadora interruptora industrial Valores comerciais de chaves interruptoras 100, 125, 250, 400, 600, 800, 1250 A (600 V) 4.1.3 Chaves Seccionadoras / Comutadoras Rotativas de Came Este tipo de chave fecha ou abre contatos de força e/ou auxiliares de acordo com a posição angular de seu eixo. A posição de abertura ou fechamento é ditada pela forma geométrica de um disco de came (peça giratória, de contorno adequado a permitir um movimento alternativo especial a outra peça, chamada “seguidor”), conforme figura 28. (A) e (B). Figura 28 Fig. 28 (A) e (B) – Esquema de uma chave seccionadora/comutadora rotativa de came As combinações a serem feitas são as mais diversas, pois o disco de came pode adquirir diversas geometrias. Por outro lado, vários módulos podem ser acoplados ao eixo, podendo-se programar a chave para as operações desejadas, diretamente ou por meio de contatores. Por exemplo, usando-se três módulos com dois contatos por came, pode-se montar uma chave seletora (figura 29). O circuito de entrada pode alimentar o circuito 1 ou o circuito 2. SENAI-RO 41 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 29 Fig. 29 – Esquema das posições de contato de uma chave seccionadora/comutadora rotativa de came 4.1.4 Botoeiras e Chaves Fim de Curso Botoeiras são chaves interruptoras especiais utilizadas para o comando de contatores, contatores auxiliares etc. Para evitar erros de operação, os botões de comando são diferenciados, isto é, cada elemento tem função específica. A figura 30 mostra uma botoeira comum, liga-desliga para comando à distância de contatores. Ao lado o esquema da botoeira, considerada como um todo, isto é, um tripolo. Figura 30 Fig. 30 - Representação de uma botoeira Chaves fim de curso são equipamentos utilizados para automatização de fabricação. Informam, por meio de contatos, o estado do equipamento em relação ao início ou fim de operação, posicionamento, alimentação etc. O acionamento é feito por hastes, cabeçotes de pressão, com contatos NA (normalmente aberto) ou NF (normalmente fechado), simples ou retardados. SENAI-RO 42 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 4.2 Contatores Os contatores são equipamentos de chaveamento e manobra com atuação por meio eletromagnéticos, com comando local ou à distância. Os contatores podem ser divididos em duas classes distintas, de acordo com a aplicação, em contatores propriamente ditos (ou contatores de força) e contatores auxiliares. 4.1.0 Contatores de Força Uma representação esquemática para os contatores pode ser vista na figura 31. Figura 31 Fig. 31 – Representação esquemática de contatores de força Os contatos auxiliares têm a finalidade de dar informações a outros componentes, como por exemplo, intertravamentos ou informações seqüenciais de operação. A parte fixa de um contator (conjunto núcleo-bobina) é chamada de estator e sua parte móvel (conjunto ferromagnético + contator) é chamada armadura, de acordo com a figura 32. Figura 32 Fig. 32 – Representação esquemática do conjunto núcleo-bobina de um contator SENAI-RO 43 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Os contatos principais têm, em geral, dispositivos corta-arcos elétricos, ou extintores de arco que podem ser, desde simples radiadores, até elaborados sistemas de sopragem e extinção de arco. Os tempos de abertura e fechamento de um contator são variáveis, dependendo do tipo. Pode-se estimá-los em cerca de 75 ms máximo para fechamento e 12 ms para abertura. Em utilização normal, o tempo de extinção de arco é da ordem de 10 ms. Os contatores são construídos para um número elevado de manobras horárias, em função da duração das manobras, podendo variar de 150 a 3.600 manobras horárias e uma vida útil de milhões de manobras sob carga. Os fabricantes incluem em seus catálogos informações sobre utilização, vida, número máximo de manobras etc. Em algumas utilizações, devido a transitórios que ocorrem no fechamento do mesmo, deve-se respeitar rigorosamente as condições estabelecidas pelos fabricantes. Por exemplo, na ligação de bancos de capacitores por contatores costuma-se superdimensioná-los em até 50 % da corrente nominal, garantindo a vida útil. O respeito às especificações evitará prejuízos na instalação, especialmente em relação ao contator, devido aos fenômenos de ricochete e soldagem dos contatos. Os contatores são especificados pela corrente nominal e tensão de utilização (bobina). Por outro lado, outras características devem ser informadas, como por exemplo, se blindado, para colocação em quadros. Além disso, podem ser divididos em categorias, dependendo do emprego ou do tipo de carga a controlar, que também é dado de importância. 4.2.1 Contatores Auxiliares Diferem dos contatores de força apenas por ligarem ou desligarem circuitos de comando. A utilização de contatores auxiliares em conjunto com chaves de fim de curso ou relés temporizados é de muita importância em processos industriais automatizados. Os contatores auxiliares também podem ser normais, temporizados, com memória etc. 4.3 Relés Pode-se definir um relé como um dispositivo eletromecânico, de proteção, com comando à distância, cujos contatos comandam outros dispositivos, de acordo com a função específica de construção. O termo designativo, isto é, tem uma aplicação mais genérica que contator. Recorde-se que a função específica de um contator é no comando de motores, ou como contator auxiliar, no comando de outros contatores. Muitas das vezes, nota-se a tendência de confundir os relés com contatores auxiliares, pois, podem ser utilizados nos mesmos princípios. Os relés podem possuir, segundo a necessidade, um ou vários contatos NA ou NF, podendo ser térmicos, magnéticos, termomagnéticos, temporizados etc. SENAI-RO 44 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 4.3.1 Relés de Medida São relés sensíveis à corrente ou à tensão ou à freqüência. Podem servir de comando para contatores, quando qualquer dessas grandezas for modificada, isto é, estiver fora da regulagem prevista. Os tipos mais comuns são os relés e subtensão e sobrecorrente. A figura 33 mostra dois tipos de relés simples, sendo o da figura (B) um relé de subtensão, que desliga a carga quando a tensão cair a um valor menor que o previsto. Figura 33 Fig. 33 (A) – (B) Tipos de relés de medida 4.3.2 RelésTérmicos Utilizados para proteção de motores contra sobrecargas e são baseados no funcionamento de lâminas bimetálicas, quando aquecidas pela corrente de carga. Os relés térmicos são especificados numa faixa de correntes de utilização, sendo, portanto, reguláveis. Seu contato auxiliar é geralmente ligado em série com a bobina do contator de força, desligando-o em caso de sobrecarga. Segundo a construção e funcionamento, os relés térmicos podem ser térmicos simples, com compensação e diferenciais. A curva característica de um relé térmico tem o aspecto mostrado na figura 34. SENAI-RO 45 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 34 Fig. 34 – Curva característica de um relé térmico É fato que um relé térmico sem compensação de temperatura externa poderá desligar, por influência da temperatura ambiente, quando esta for muito elevada. Daí a construção de tipos com compensação de temperatura ou diferenciais. Por outro lado, motores com partida muito lenta, com valor elevado de corrente, podem fazer atuar um relé térmico antes do motor atingir a rotação nominal com corrente nominal. Neste caso, pode-se utilizar transformadores de corrente de núcleo saturado em série com os relés. A saturação dos trafos reduziria a relação de transformação, nas correntes altas, modificando a curva característica de disparo do relé térmico. Quando um relé térmico age, por sobrecarga, é necessário rearmá-lo, por botão de comando externo. A figura 35 mostra um relé térmico industrial. SENAI-RO 46 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 35 Fig. 35 – Relé térmico industrial 4.3.3 Relés Termomagnéticos Além do elemento térmico têm também uma bobina, em série com o circuito, e, portanto, percorrida pela corrente de carga. A função do elemento magnético é suprir as deficiências do relé térmico (inércia térmica) quando ocorrem sobrecargas rápidas e elevadas, desligando o circuito instantaneamente. Também são reguláveis e rearmáveis. 4.3.3 Relés Temporizados Da mesma maneira que os contatores auxiliares, pode-se ter relés temporizados na abertura ou fechamento, eletrônicos ou não, com regulagens varáveis entre 0,05s a 60s. 4.3.3 Micro Relés Incluem-se nesta categoria, todos os interruptores ou relés de precisão tais como relés a mercúrio, reed-relés etc. O reed-relés é um micro-relé constituído por uma ampola a vácuo, no interior da qual estão os contatos móveis acionados por um campo magnético externo, que pode ser por bobina ou íma permanente, conforme figura 36 (A) - [simples circuito] e figura 36 (B) [duplo circuito]. São fabricados para diversas correntes máximas de operação. SENAI-RO 47 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 36 Fig. 36 – Micro relé Os interruptores a mercúrio são semelhantes, porém, com o mercúrio como elemento de ligação, internamente ao bulbo. Podem ser de simples ou duplo circuito. 4.4 Fusíveis em B.T. Utilizados principalmente para a proteção contra curtos-circuitos, constituem o elo fraco (proposital) em uma instalação. Em condições especiais, podem também proteger contra sobrecargas. Atualmente, encontram-se os fusíveis cartucho, faca, Diazed, NH, conforme a figura 37. Figura 37 Fig. 37 – Fusíveis para baixa tensão A IEC classifica os fusíveis em duas categorias que são os de uso geral e os de retaguarda. Os fusíveis de uso geral são utilizados para proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos. Os de retaguarda serviriam para a proteção contra curtos-circuitos, em conjunto com outros elementos de proteção, por exemplo, com disjuntores. Os fusíveis de uso geral são subdivididos em tipos gI e gII. A subdivisão é devida a diferenças existentes nos dois tipos, quanto às correntes de fusão e não fusão, que delimitam a ação dos fusíveis, conforme a figura 38. SENAI-RO 48 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 38 Fig. 38 - Curva de correntes de fusão e não fusão em função do tempo 4.5 Disjuntores em B.T. Define-se um disjuntor como sendo “dispositivo de manobra com capacidade de ligação e interrupção sob condições normais e anormais do circuito, sendo que entre as últimas, incluem-se os esforços térmico e dinâmico, devidos ao curto-circuito”. Relativamente ao funcionamento, pode-se dividir os disjuntores em diferentes tipos, todos em caixa moldada: 4.5.1 Disjuntores termomagnéticos São os disjuntores para uso geral. Os elementos térmicos e magnéticos combinados proporcionam proteção tanto para sobrecargas como para curtoscircuitos. A temperatura ambiente afeta o funcionamento, isto é, quando a temperatura aumenta em relação ao valor de referência que é de 40º C, a corrente admissível diminui. Por outro lado, se a temperatura ambiente cair abaixo de 40º C a corrente admissível aumentará. Em caso de curto-circuito, os elementos magnéticos disparam o disjuntor instantaneamente, independentemente dos elementos térmicos. Os elementos magnéticos atuam a partir de 10 IN, sendo IN a corrente nominal, atuação essa, independente da temperatura. Os disjuntores termomagnéticos, em geral, podem ser classificados como disjuntores a tempo inverso. Isso significa que possuem um retardo na abertura. 3.4.1 Disjuntores com Compensação de Temperatura Compensam automaticamente as variações da temperatura ambiente. São calibrados a 25º C, mas são praticamente constantes até 50º C. Esses disjuntores também são termomagnéticos, protegendo contra sobrecargas e curtos-circuitos. SENAI-RO 49 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 4.5.3 Disjuntores Magnéticos Como o nome diz são somente equipados com o elemento de disparo magnético. São fabricados, normalmente, com elementos de disparo magnético reguláveis ou ajustáveis e sua utilização é feita onde for necessária a proteção contra curtos-circuitos, somente. São conhecidos como disjuntores de abertura instantânea. 3.4.3 Disjuntores Termomagnéticos com Limitadores de Corrente Possuem uma elevadíssima capacidade de interrupção sob curtocircuito, graças a elementos limitadores internos (fusíveis), além de serem termomagnéticos também. São utilizados nos sistemas de distribuição secundária, onde pode-se verificar correntes de curto-circuito de até 200.000 ampères. Os limitadores de corrente ficam alojados internamente aos disjuntores e têm a aparência de fusíveis. Se, por motivo de abertura por corrente de curto-circuito, de um dos limitadores, este acionará uma trava que impedirá o rearmamento do disjuntor, devendo ser substituído. 3.4.3 Interruptores de Corrente de Fuga Os interruptores de corrente de fuga ou disjuntores diferenciais de corrente residual são dispositivos de proteção, destinados a interromper circuitos quando ocorrem correntes de fuga a terra. Protegem instalações contra incêndios provocados por corrente de fuga em pontos de isolamento deficiente. Por outro lado, em sua corrente de fuga de 30 mA, podem ser utilizados para a proteção contra choques elétricos perigosos, desligando o circuitos. Essa proteção é independente da proteção normal dos circuitos. Esses disjuntores seriam especialmente recomendados para instalações provisórias (obras) ou em locais perigosos molhados ou úmidos. 4.5.6 Acessórios para Disjuntores Diversos acessórios são encontrados no mercado para uso conjugado a disjuntores. Assim é possível conjugar a um disjuntor: Ø Bobina para Disparo Remoto Utilizada para disparar um disjuntor de um ponto remoto. Ø Bobina de Mínima Tensão Dispara automaticamente o disjuntor quando a tensão decresce a um valor que poderá chegar a cerca de 50 % de tensão da bobina. O disjuntor não poderá ser rearmado até que a tensão chegue a 80% da nominal. SENAI-RO 50 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø Operadores a Motor Para operação liga-desliga a distância. Além desses acessórios muitos outros poderão ser encontrados, tais como: contatos de alarma, contatos auxiliares, manoplas para acionamento rotativo, intertravamento etc. 5 SELETIVIDADE ENTRE PROTEÇÕES Os dispositivos de proteção são especificados pelos fabricantes com determinada capacidade de ruptura, de acordo com a tensão de serviço. Essas capacidades de ruptura são ditadas pelas correntes de curto-circuito presumíveis, capazes de suportar sem sofrer avarias. 5.1 Seletividade entre Fusíveis Em instalações protegidas com fusíveis, deve-se concatenar os tempos de fusão, lembrando que o tempo de funcionamento de fusíveis tem duas componentes que são, respectivamente, o tempo de fusão e o tempo de duração do arco, e que os fabricantes só fornecem os tempos médios de fusão. Para que o estudo de seletividade possa ser realizado é necessário dispor das curvas do fabricante, utilizar sempre o mesmo fabricante (mesma marca) e sempre o mesmo tipo. 5.2 Seletividade entre Fusíveis e Disjuntores Em instalação elétrica pode-se ter a necessidade de associação fusíveisdisjuntores combinando suas características. Pode-se distinguir dois casos: 5.2.4 Fusíveis depois de Disjuntores Conforme a figura 39, entende-se que os fusíveis deverão compensar o tempo de resposta do disjuntor no caso de curto-circuito. Figura 39 Fig. 39 – Representação de um fusível após um disjuntor SENAI-RO 51 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Logo, os fusíveis deverão ter capacidade inferior a do disjuntor. Como norma geral, pode-se adotar 25% menor o tempo de abertura do fusível em relação ao do disjuntor. 5.2.4 Fusível antes do Disjuntor Neste caso, o fusível é utilizado para compensar correntes de curtocircuito e especialmente altas em relação ao disjuntor. O disjuntor funcionaria sob condições de falha normais e só em presença de corrente de curto-circuito extremamente alta, entraria o fusível (figura 40) Figura 40 Fig. 40 – Representação de um fusível antes de um disjuntor Na figura 41, o disjuntor só age até I1. O fusível age após I2. Lembrando que existem disjuntores equipados com fusíveis internamente, exatamente para propiciar a proteção descrita. Figura 41 Fig. 41 - Curvas características de corrente em função do tempo de disjuntores e fusíveis Seletividade entre Disjuntores Seletividades entre Disjuntores As inúmeras vantagens dos disjuntores levam modernidade a instalações que o utilizam com muita segurança. SENAI-RO 52 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Como a seletividade deve ser respeitada, o escalonamento das regulagens dos relés térmicos ajustáveis é que determinará os tempos de desligamento. 6 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS O dimensionamento e a especificação corretos de materiais, equipamentos e dispositivos constituem fatores determinantes no desempenho de uma instalação elétrica industrial. Materiais e equipamentos não especificados adequadamente podem acarretar sérios riscos à instalação, bem como comprometê-la sob o ponto de vista de confiabilidade, além, é claro, dos prejuízos de ordem financeira com a paralisação temporária de alguns setores de produção. O que se pretende, aqui neste material didático, é fornecer ao futuro projetista os elementos mínimos necessários para a especificação de vários materiais e equipamentos empregados mais comumente nas instalações elétricas industriais, assim como descrevê-los de modo sumário, de tal sorte que seja facilitada a elaboração correta da relação de material para a obra. Não se pretende, jamais, fornecer detalhes de especificação. Se isso for necessário, o aluno deve consultar a literatura especializada. O estudo dos materiais e equipamentos abordados aqui é sucinto. 6.1 ELEMENTOS NECESSÁRIOS PARA ESPECIFICAR Para se proceder à especificação de materiais e equipamentos, é necessário conhecer os dados elétricos em cada ponto da instalação, bem como as características do sistema. De modo geral, as principais grandezas que caracterizam um determinado equipamento ou material podem ser, assim, resumidas: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø tensão nominal; corrente nominal; freqüência nominal; potência nominal; tensão máxima de operação; tensão suportável de impulso; capacidade de corrente simétrica e assimétrica de curto-circuito. As outras grandezas elétricas fundamentais e particulares a cada tipo de equipamento serão mencionadas nos itens pertinentes. 6.2 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS Para melhor entendimento da especificação, foi elaborado um diagrama unifilar, mostrado na figura 42, referente a uma instalação elétrica industrial, contendo os principais materiais, equipamentos e dispositivos que devem ser especificados sumariamente em função das características de cada ponto do sistema onde estão localizados. SENAI-RO 53 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 42 Fig. 42 – Diagrama unifilar As características do sistema são: Ø tensão nominal primária: 13,8 kV; Ø tensão nominal secundária: 380 V; Ø tensão de fornecimento: 13,8kV; SENAI-RO 54 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø potência simétrica de curto-circuito no ponto de entrega: 250 MVA; tensão suportável de impulso: 95 KV; tensão máxima de operação entre fase e terra: 12 kV; capacidade de transformação: 2 × 750 kVA; corrente de curto-circuito simétrica no ponto B: 40 kA; corrente de curto-circuito assimétrica no ponto C: 20 kA; motores: • • • M1: 50 cv – 380 V / IV pólos, do tipo rotor em curto-circuito; M2: 100 cv – 380 V / IV polos, do tipo rotor em curto-circuito; M3: 150 cv – 380 V / IV pólos, do tipo rotor em curto-circuito; Ø cargas: • iluminação : 100 kVA; • outras cargas: 630 kVA. O diagrama unifilar da figura 42 é característica de uma instalação elétrica industrial com entrada de serviço subterrânea. Estão mostrados, apenas, os principais elementos de uso mais comum numa planta industrial, cujo conhecimento é de importância relevante para a difícil tarefa de projetar e especificar. É necessário observar que cada elemento especificado está identificado o diagrama unifilar através de um número colocado no texto, entre parênteses. Deve-se, também, alertar para o fato de que todos os materiais e equipamentos especificados sumariamente aqui, devem satisfazer, no seu todo, as normas da ABNT e, na falta destas, as normas internacionais adotadas no Brasil. 6.2.1 Pára-raios de distribuição resistor não linear (1) É um equipamento destinado à proteção de sobretensão provocada por descargas atmosféricas ou por chaveamento na rede. São as seguintes as características fundamentais de um pára-raios: a) Tensão nominal É a máxima tensão eficaz, de freqüência nominal, aplicável entre os terminais do pára-raios e na qual este deve operar corretamente (ABNT). b) Freqüência nominal SENAI-RO 55 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS É a freqüência utilizada no projeto do pára-raios a qual deve coincidir com a freqüência da rede a que será ligado. c) Corrente de descarga nominal É o valor de crista da corrente de descarga com forma de onda de 8/20 μs, utilizado para classificar um pára-raios. É também a corrente de descarga para iniciar a corrente subseqüente no ensaio de ciclo de operação. d) Corrente subseqüente É a corrente fornecida pelo sistema que percorre o pára-raios depois da passagem da corrente de descarga (ABNT). e) Tensão disruptiva de impulso atmosférico É o maior valor da tensão atingida antes do centelhamento do pára-raios, quando uma tensão de impulso atmosférico, de forma de onda e polaridade dadas, é aplicada entre os terminais do pára-raios (ABNT). f) Tensão disruptiva à freqüência industrial É o valor eficaz da tensão de ensaio de freqüência industrial que, aplicado aos terminais do pára-raios, causa centelhamento dos centelhadores série (ABNT). g) Tensão disruptiva de impulso normalizada É o menor valor de crista de uma tensão de impulso normalizada que, aplicado a um pára-raios, provoca centelhamento em todas as aplicações (ABNT). h) Tensão residual É a tensão que aparece entre os terminais de um pára-raios, durante a passagem da corrente de descarga (ABNT). Basicamente, os pára-raios são constituídos de: 1- Corpo de porcelana Constituído de porcelana de alta resistência mecânica e dielétrica, no qual estão alojados os principais elementos ativos do pára-raios. 2- Resistores não lineares São blocos cerâmicos feitos de material refratário, química e eletricamente estáveis. Esse material é capaz de conduzir altas correntes de descarga com baixas tensões residuais. Entretanto, o resistor não linear oferece uma alta impedância à corrente subseqüente. São formados de carboneto de silício, SENAI-RO 56 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS que apresenta um coeficiente de temperatura negativo, isto é, sua condutibilidade aumenta com a temperatura. Também existem resistores de óxido de zinco. 3- Desligador automático É composto de um elemento resistivo colocado em série com uma cápsula explosiva protegida por um corpo de baquelite. O desligador automático é projetado para não operar com a corrente de descarga e a corrente subseqüente. Também serve como indicador de defeito do pára-raios. 4- Centelhador série É constituído de um ou mais espaçamentos entre eletrodos, dispostos em série com os resistores não lineares, e cuja finalidade é assegurar, sob quaisquer condições, uma característica de disrupção regular com uma rápida extinção da corrente subseqüente. 5- Protetor contra sobrepressão É um dispositivo destinado a aliviar a pressão interna devida a falhas ocasionais do pára-raios e cuja ação permite o escape dos gases antes que haja rompimento da porcelana. A figura 43 mostra um pára-raios de fabricação nacional, indicando os seus principais elementos. Figura 43 Fig. 43 – Pára-raios a resistor não linear SENAI-RO 57 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Uma característica particularmente interessante de ser conhecida para se especificar, corretamente, um pára-raios é o tipo de aterramento do neutro do transformador de força da subestação de distribuição da concessionária, o que caracterizará a tensão máxima de operação do sistema. Dependendo da configuração do sistema distribuidor, o transformador pode estar conectado em estrela não aterrada ou triângulo (sistema a três fios), ou em neutro multiaterrado (sistema a quatro a fios). Para cada tipo de configuração é necessário que se especifique, adequadamente, o pára-raios. A tabela abaixo indica as suas principais características elétricas. Tensão nominal (kV eficaz) Tensão disruptiva à freqüência industrial (kV eficaz) 3 6 9 12 15 27 39 4,4 9,0 13,5 18,0 22,5 40,5 58,5 Máxima tensão disruptiva de impulso sob onda normalizada (kV de crista) 21 40 58 70 80 126 - Máxima tensão de descarga com onda de 8 ×20 µs (kV de crista 5.000 10.000 A A 18,0 13,0 31,0 22,6 46,0 32,5 54,0 43,0 64,0 54,0 99,0 97,0 141,0 141,0 Máxima tensão disruptiva por manobra (valor de crista) 8,25 15,50 23,50 31,00 39,00 70,00 101,00 6.2.1.1 Especificação sumária Na especificação de um pára-raios é necessário que se indiquem, no mínimo, os seguintes elementos: • • • • • • • tensão nominal eficaz, em kV; freqüência nominal; máxima tensão disruptiva de impulso sob frente de onda, em kV; máxima tensão residual de descarga, com onda de 8 × 20 µs, em kV, máxima tensão disruptiva, à freqüência industrial, em kV; corrente de descarga, em A; tipo (distribuição ou estação). SENAI-RO 58 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.2 Chave fusível indicadora unipolar (2) É um equipamento destinado à proteção de sobrecorrente de rede, desde o ponto de entrega de energia até o disjuntor geral da subestação. Seu elemento fusível, denominado de elo fusível, deve coordenar com os outros elementos de proteção do sistema da concessionária local. Caso contrário, a chave fusível deve ser substituída por uma chave seccionadora. É constituída, na versão mais comum, de um corpo de porcelana, com dimensões adequadas à tensão de isolamento e à tensão suportável de impulso, e no qual está articulado um tubo, normalmente fabricado em fenolite o fibra de vidro, que consiste no elemento fundamental que define a capacidade de interrupção da chave. Dentro desse tubo, denominado cartucho, é colocado o elo fusível. Além das características nominais do sistema, a chave fusível deve ser dimensionada em função da capacidade da corrente de curto-circuito no ponto de sua instalação. Quanto maior a corrente de defeito, maiores são os esforços dinâmicos que o cartucho terá de suportar, e isto determina a sua capacidade de ruptura. A figura 44 mostra uma chave fusível, indicando os seus principais elementos. Figura 44 Fig. 45 - Chave fusível indicadora unipolar 6.2.2.1 Especificação sumária Para que uma chave fusível indicadora unipolar seja corretamente adquirida devem ser especificados, no mínimo, os seguintes dados: • • • • • • tensão nominal eficaz, em kV; máxima tensão de operação, em kV; corrente nominal, em A; freqüência nominal; capacidade de ruptura, em kA; tensão suportável de impulso, em kV. SENAI-RO 59 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.3 Mufla terminal primária ou terminação (3) É um dispositivo destinado a rstabelece5r as condições de isolação da extremidade de um condutor isolado quando este for conectado a um condutor nu. As muflas e terminações têm a finalidade de garantir a deflexão do campo elétrico, obrigando a que os gradientes de tensão radial e longitudinal se mantenham dentro de determinados limites. Há uma grande variedade de muflas e terminações. As mais conhecidas, porém, são as muflas de corpo de porcelana com enchimento de composto elastormérico e as terminações constituídas de material termocontrátil. As primeiras podem ser fabricadas para condutores unipolares (muflas terminais unipolares) ou para condutores tripolares (muflas terminais trifásicas). O segundo tipo é sempre fabricado na versão unipolar. A figura 46 mostra uma mufla terminal unipolar, comumente utilizada em ramal de entrada primário subterrâneo. Já na figura 47 mostra uma terminação termocontrátil. Figura 46 Fig. 46 - Mufla terminal unipolar Figura 47 Fig. 47 – Terminal termocontrátil SENAI-RO 60 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.3.1 especificação sumária As muflas e terminações devem ser dimensionadas em função da seção transversal e do tipo de cabo a ser utilizado, das características elétricas do sistema e do local de utilização. Logo, na aquisição de um conjunto de muflas ou terminações, é necessário conhecer os seguintes elementos: • • • • • • • • tipo; condutor isolado a ser conectado, em mm2; terminal do condutor externo, em A; tensão nominal eficaz, em kV; corrente nominal, em A; tensão máxima de operação em kV; tensão suportável de impulso, em kV; uso (interno ou externo) 6.2.4 Cabo de energia isolado para 15 kV (4) Atualmente, os cabos primários isolados mais comumente utilizados em instalações elétricas industriais são os de cobre com isolação à base de PVC, de polietileno reticulado ou ainda os de borracha etileno-propileno. Os cabos isolados da classe de tensão de 15 kV são constituídos de um condutor metálico revestido de uma camada de fita semicondutora por cima da qual é aplicada a isolação. Uma segunda de fita semicondutora é aplicada à blindagem metálica que pode ser composta de uma fita ou de fios elementares. Finalmente, o cabo é provido de uma capa externa de borracha, normalmente o PVC. A fita semicondutora é responsável pela uniformização do campo elétrico radial e transversal, distorcido pela irregularidade da superfície externa do condutor. A blindagem metálica tem a função de garantir o escoamento das correntes de defeito para a terra. Já a capa externa do abo tem a função de agregar a blindagem metálica e dotar o cabo de uma proteção mecânica adequada, principalmente durante o puxamento no interior de dutos. A figura 48 mostra a seção transversal de um cabo classe 15 kV isolado com XLPE. SENAI-RO 61 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 48 Fig. 48 - Cabo de energia isolado para 15 kV O esforço provocado pelo campo elétrico se distribui na camada isolante de forma exponencial decrescente, atingindo o máximo na superfície interna da isolação e o mínimo na superfície externa da mesma. Para que haja uniformidade do campo elétrico, a camada isolante deve estar livre de impurezas ou bolhas, pois, caso contrário, estas estariam funcionando em série com a isolação. Considerando que a rigidez dielétrica do vazio nunca é superior a 1 kV/mm e que o gradiente da borracha XLPE, por exemplo, está situado entre 3 a 4 kV/mm, pode-se concluir que qualquer vazio ou impureza interior ao isolamento fica sujeita à solicitações superiores à rigidez dielétrica. Como a tensão a que está submetido o cabo é alternada, a bolha fica submetida a duas descargas por ciclo, o que corresponde a um bombardeio de elétrons nas paredes do vazio, desenvolvendo-se uma certa quantidade de calor e, consequentemente, provocando efeitos danosos à isolação, cujo resultado é uma falha inevitável para a terra. A figura 49 mostra, graficamente, a solicitação que uma bolha provoca à isolação de um condutor. Figura 49 Fig. 49 - Representação gráfica da solicitação que uma bolha provoca à isolação de um condutor SENAI-RO 62 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.4.1 Especificação sumária A especificação de um condutor requer a indicação mínima dos seguintes parâmetros: • • • • • seção quadrática, em mm2; tipo do condutor: cobre ou alumínio; tipo de isolação: polietileno reticulado (XLPE) ou etileno-propileno (EPR), ou ainda o cloreto de polivinila (PVC); tensão nominal da isolação; tensão suportável de impulso. A norma brasileira NBR 6251 identifica as tensões de isolamento através de dois valores (Vo / V1). O primeiro valor identifica a tensão eficaz entre condutor e terra ou blindagem, enquanto o segundo permite determinar a tensão eficaz entre fases dos condutores (por exemplo: 8,7 / 15 kV). A mesma norma classifica os sistemas elétricos em duas categorias, definidas segundo a possibilidade de uma falta fase-terra. A categoria 1 compreende os sistemas previstos para operarem, durante um curto intervalo de tempo, em condições de falta para a terra, em geral, não superior a 1 hora. A categoria 2 abrange os sistemas não classificados na categoria 1, isto é, sistema com neutro isolado. Logo, a isolação dos condutores deve ser escolhida em função dessas características dos sistemas. Para sistemas com neutro efetivamente aterrado, a isolação dos condutores deve ser escolhida para a categoria 1, a não ser que seja esperada uma elevada freqüência de operação dessa rede com defeito à terra. 6.2.5 Transformador de corrente – TC (5) Os transformadores de corrente estão divididos em dois tipos fundamentais: transformadores de corrente para serviço de medição e transformadores de corrente para serviço de proteção. O transformador de corrente é um equipamento capaz de reduzir a corrente que circula no seu primário para um valor inferior, no secundário, compatível com o instrumento registrador de medição (medidores). Os transformadores de corrente são constituídos de um enrolamento primário, feito, normalmente, de poucas espiras de cobre, um núcleo de ferro e um enrolamento secundário para a corrente nominal padronizada normalmente de 5 A. A figura 50 mostra um transformador de corrente com isolação de resina epóxi, na qual estão identificados os seus principais elementos de ligação. SENAI-RO 63 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 50 Fig. 50 - Transformador de corrente (TC) 6.2.5.1 Especificação sumária Para se especificar um TC para medição é necessário que se indiquem, no mínimo, os seguintes elementos: • • • • • • • • • • • • tipo (barra, enrolado, bucha etc); uso (interior ou exterior); classe de tensão; relação de transformação; isolação (em banho de óleo, epóxi etc); tensão nominal primária; freqüência; tensão suportável de impulso (TSI); fator térmico; carga nominal; classe de exatidão; polaridade. 6.2.6 Transformador de potencial (6) É um equipamento capaz de reduzir a tensão do circuito para níveis compatíveis com a máxima suportável pelos aparelhos de medida. A tensão nominal primária do TP é função da tensão nominal do sistema elétrico ao qual está ligado. A tensão secundária, no entanto, é padronizada e tem valor fixo de 115 V. Variando-se a tensão primária, a tensão secundária varia na mesma proporção. Os TPs podem ser construídos para ser ligados entre fases de um sistema ou entre fase e neutro ou terra. SENAI-RO 64 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Os TPs devem suportar uma sobretensão permanente de até 10 %, sem que lhes ocorra nenhum dano. São próprios para alimentar instrumentos de impedância elevada, tais como voltímetros, bobinas de potencial de medidores de energia etc. A figura 51 representa um TP alimentando um voltímetro. Figura 51 Fig. 51 - Representação de um TP alimentando um voltímetro A norma classifica os TPs em três grupos de ligação. O grupo 1 abrange os TPs projetados para ligação entre fases, sendo o de maior aplicação na medição industrial. O gurpo 2 corresponde aos TPs projetados para ligação entre fase e neutro em sistemas com o neutro aterrado sob impedância. Os TPs podem ser construídos para uso ao tempo ou abrigado. Também são fornecidos em caixa metálica, em banho de óleo ou em resina epóxi. Os primeiros são apropriados para instalações, em cubículos de medição em alvenaria e/ou em cubículos metálicos de grandes dimensões; o segundo tipo é próprio para cubículos de dimensões reduzidas. A figura 9.18 mostra um TP de carcaça metálica em banho de óleo para ligação fase-fase (grupo 1). Ao contrário dos TCs, quando se desconecta a carga do secundário em um TP, os seus terminais devem ficar em aberto, pois, se um condutor de baixa resistência for ligado, ocorrerá um curto-circuito franco, capaz de danificar a isolação do mesmo. As principais características elétricas dos TPs são: a) Tensão nominal primária É aquela para a qual o TP foi projetado. b) Tensão nominal secundária É aquela padronizada por norma e tem valor fixo igual a 115 V. c) Classe de exatidão SENAI-RO 65 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS É o maior valor de erro percentual que o TP pode apresentar quando ligado a um aparelho de medida em condições especificadas. São construídos, normalmente, para a classe de exatidão de 0,3 – 0,6 e 1,2. d) Carga nominal É a carga admitida no secundário do TP sem que o erro percentual ultrapasse os valores estipulados para a sua classe de exatidão. e) Potência térmica É o valor da maior potência aparente que o TP pode fornecer em regime contínuo sem que sejam excedidos os limites especificados de temperatura. f) Tensão suportável de impulso (TSI) É a maior tensão em valor de pico que o TP pode suportar quando submetido a uma frente de onda de impulso atmosférico de 1,2 × 50 μs. g) Polaridade Semelhantemente aos TCs, é necessário que se identifiquem nos TPs os terminais de mesma polaridade. Logo, diz-se que o terminal secundário X1 tem a mesma polaridade do terminal primário H1, num determinado instante, quando X1 e H1 são positivos ou negativos, relativamente aos terminais X2 e H2, conforme se pode observar na figura 52. Figura 52 Fig. 52 - Polaridade de um transformador de potencial (TP) Normalmente, os TPs mantêm os terminais secundário e primário de mesma polaridade adjacentes. SENAI-RO 66 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A ligação das bobinas dos medidores de energia nos terminais secundários de um TP deve ser feita de tal modo que, se H1 corresponde ao terminal de entrada ligado ao circuito primário, o terminal de entrada da bobina de potencial dos instrumentos deve ser conectado ao terminal secundário X1. 6.2.6.1 Especificação sumária É necessário que sejam definidos, no mínimo, os seguintes parâmetros para se poder especificar corretamente um TP, ou seja: • • • • • • • • isolação (em banho de óleo, ou epóxi) uso (interno ou externo); tensão suportável de impulso (TSI); tensão nominal primária, em kV; tensão nominal secundária, em V (115 V); freqüência nominal; classe de exatidão requerida; carga nominal (baseada na carga das bobinas dos instrumentos a serem acoplados); • polaridade. 6.2.7 Bucha de passagem (7) Quando se deseja passar um circuito aéreo de um cubículo fechado ao seu vizinho, normalmente são utilizadas buchas de passagem que são constituídas de um isolador de louça, tendo como fixação o seu ponto médio, conforme se mostra na figura 53. Figura 53 Fig. 53 - Bucha de passagem para uso interno-interno Quanto ao uso, as buchas de passagem podem ser classificadas em: a) Bucha de passagem para uso interno-interno É aquela em que os dois ambientes onde será instalada a bucha de passagem sejam abrigados. A figura 53 mostra uma bucha de passagem para SENAI-RO 67 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS uso interno-interno. Como exemplo, pode-se citar a bucha de passagem ligando os cubículos de medição (totalmente fechado) e o cubículo de disjunção (abeto) numa subestação de alvenaria. b) Bucha de passagem para uso externo-interno É aquela que conecta um circuito aéreo, ao tempo, a um circu8ito aéreo abrigado. A figura 54 ilustra uma bucha de passagem para uso externointerno. Figura 54 Fig. 54 - Bucha de passagem para uso externo-interno Como exemplo, pode-se citar a bucha de passagem ligando a rede aérea primária ao cubículo de medição de uma subestação de alvenaria. A parte da bucha exposta ao tempo deve ter a isolação dotada de saias. 6.2.7.1 Especificação sumária É necessário que sejam definidos, no mínimo, os seguintes elementos para se poder especificar uma bucha de passagem: • • • • • • corrente nominal, em A; tensão nominal, em kV; tensão suportável a seco, em kV; tensão suportável sob chuva, em kV; tensão suportável de impulso (TSI), em kV; uso (interno-interno ou externo-interno). 6.2.8 Chave seccionadora primária (8) É um equipamento destinado a interromper, de modo visível, a continuidade metálica de um determinado circuito. Devido a seu poder de interrupção ser praticamente nulo, as chaves seccionadoras devem ser operadas com o circuito a vazio (somente tensão). SENAI-RO 68 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Também são fabricadas chaves seccionadoras interruptoras, do tipo manual ou automática, que são capazes de desconectar um circuito operando a plena carga. As chaves seccionadoras podem ser construídas com um só pólo (unipolares) ou com três pólos (tripolares). As primeiras são próprias para utilização em redes aéreas de distribuição; o segundo tipo, normalmente, é utilizado em subestações de instalação abrigada, em cubículo de alvenaria ou metálico. A figura 55 representa uma chave seccionadora tripolar, do tipo passante, própria para instalação em cubículo blindado. Figura 55 Fig. 55 - Chave seccionadora tripolar de alta tensão 6.2.8.1 Especificação sumária É necessário que sejam definidos os seguintes elementos para se poder especificar uma chave seccionadora tripolar: • • • • • • • • • corrente nominal, em A; tensão nominal, em kV; tensão suportável a seco, em kV; tenso suportável sob chuva, em kV; tensão suportável de impulso (TSI), em kV; uso (interno ou externo); corrente de curta duração para efeito térmico, valor eficaz, em kA; corrente de curta duração para efeito dinâmico, valor de pico, em kA; tipo de acionamento (manual: através de alavanca de manobra, ou motorizada). Em geral, as chaves seccionadoras, para a classe de tensão de 15 kV, têm corrente nominal de 400 A. também são providas de contatos auxiliares, cujo número deve ser especificado em função do tipo de serviço que irá desempenhar. SENAI-RO 69 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.9 Relé primário de ação direta (9) Os relés primários de ação direta são normalmente utilizados em subestação de consumidor de pequeno e médio portes (3.000 kVA). Nesses relés, a corrente de carga age diretamente sobre a sua bobina de acionamento, cujo deslocamento de êmbolo, imerso no campo magnético formado por essa corrente, faz movimentar o mecanismo de acionamento do disjuntor, conforme se mostra esquematicamente na figura 56. Figura 56 Fig. 56 - Esquema para utilização de relés de ação direta Quando as correntes de carga envolvidas são muito grandes, a bobina de acionamento do relé pode ser alimentada através do secundário de um transformador de corrente, conforme a figura 57. Figura 57 Fig. 57 - Esquema para utilização dos relés primários de ação direta usando TCs SENAI-RO 70 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ao contrário dos relés de ação direta, existem os relés de ação indireta, cuja bobina de acionamento está ligada diretamente ao secundário dos transformadores de corrente; o comando de disparo do disjuntor é feito, porém, através da energização de sua bobina de abertura por um sistema de corrente contínua. Esse sistema de proteção requer, além dos relés propriamente ditos (dois ou três relés de fase e um relé de neutro), dois ou três transformadores de corrente para proteção, um (1) conjunto retificador-carregador-flutuador, um (1) banco de baterias e uma área fechada para abrigo desses elementos, o que torna essa proteção extremamente onerosa, e utilizada apenas em subestações de capacidade superior a 3.000 k VA, em média. 6.2.10 Disjuntor de potência (10) É um equipamento destinado à manobra e à proteção de circuitos primários, capaz de interromper grandes potência de curto-circuito durante a ocorrência de um defeito. Os disjuntores estão sempre associados a relés, sem os quais não passariam de simples chaves com alto poder de interrupção. Entre os tipos mais conhecidos de disjuntores podem se citados: Ø disjuntores a grande volume de óleo; Ø disjuntores a pequeno volume de óleo; Ø disjuntores a hexafluoreto de enxofre (SF6). Na ordem cronológica de construção de disjuntores, surgiram, primeiramente, dos disjuntores a grande volume de óleo. Devido ao seu baixo poder de interrupção estão sendo, gradativamente, abandonados desde o advento dos disjuntores a pequeno volume de óleo que, basicamente, serão o objeto de nosso estudo. Os disjuntores a hexafluoreto de enxofre (SF6), em geral, são fabricados para níveis de tensão elevados (15kV e acima). A interrupção da corrente se dá no interior de um recipiente estanque, que contém SF6 a uma pressão aproximada de 16 kg/cm2 para disjuntores de dupla pressão. Atualmente, as modernas instalações industriais de média tensão (classe 15 kV) utilizam largamente disjuntores tripolares a pequeno volume de óleo. São constituídos dos seguintes elementos: • • • carrinho de apoio (não necessário ao seu funcionamento); pólos que abrigam os elementos de contato e a câmara de interrupção; suporte metálico de sustentação dos pólos e do mecanismo de comando. SENAI-RO 71 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A figura 58 mostra um disjuntor a pequeno volume de óleo, fixado no carrinho de apoio. Figura 58 Fig. 58 - Disjuntor a pequeno volume de óleo O princípio de interrupção dos disjuntores, em geral, está na absorção da energia que se forma durante a abertura dos seus contatos. Uma parte do óleo em torno do arco se transforma em gases, notadamente o hidrogênio, o acetileno e o metano, provocando uma elevada pressão na câmara hermeticamente fechada, proporcional ao valor da corrente interrompida. Essa pressão gera um grande fluxo de óleo que é dirigido sobre o arco, extinguindoo e devolvendo a rigidez dielétrica ao meio isolante. O fluxo de óleo atua sobre o arco em jato transversal, para correntes muitos elevadas de interrupção, ou jato axial, para pequenas correntes capacitivas ou indutivas. Os gases, assim formados durante uma operação de interrupção de corrente, novamente se condensam, deixando muitas vezes pequenos resíduos. Uma das funções principais dos dispositivos de extinção de arco é desionizar a zona de interrupção, quando a corrente atingir o ponto zero do ciclo alternado, evitando-se que haja formação de um novo arco, principalmente quando a abertura do circuito se dá na presença de correntes capacitivas. Os disjuntores a pequeno volume de óleo podem ser fabricados para montagem fixa ou extraível com operação de fechamento manual ou automática. Cabe alertar que em projetos industriais não devem ser admitidos relés de religamento no acionamento de disjuntores. Desde que se efetue o desligamento do disjuntor, a equipe de manutenção da instalação deve identificar a causa, sanar o defeito para depois restabelecer o circuito. SENAI-RO 72 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A capacidade de interrupção de um disjuntor está ligada, diretamente, à sua tensão de serviço. Assim, se um disjuntor estiver operando num circuito cuja tensão seja inferior à sua tensão nominal, a sua capacidade de interrupção será, proporcionalmente, reduzida. 6.2.10.1 Especificação sumária No pedido de um disjuntor devem constar, no mínimo, as seguintes informações: • • • • • • • • • • tensão nominal, em kV; corrente nominal, em A; capacidade de interrupção nominal, em kA; tempo de interrupção; freqüência nominal; tipo de comando: manual ou motorizado; tensão suportável de impulso, em kV; acionamento: frontal; montagem: fixa ou extraível; construção: aberta ou blindada. 6.2.11 Fusíveis limitadores de corrente (11) Os fusíveis limitadores primários são dispositivos extremamente eficazes na proteção de circuitos de média tensão devido às suas excelentes características de tempo e corrente. São utilizados na proteção de transformadores de força acoplados, em geral, a um seccionador interruptor, ou ainda na substituição do disjuntor geral de uma subestação de consumidor de pequeno porte, quando associados a um seccionador interruptor automático. A principal característica desse dispositivo de proteção é a sua capacidade de limitar a corrente de curto-circuito devido aos tempos extremamente reduzidos em que atua. Além disso, possui uma elevada capacidade de ruptura, o que torna este tipo de fusível adequado para aplicação em sistemas onde o nível de curto-circuito é de valor muito alto. Normalmente, os fusíveis limitadores podem ser utilizados tanto em ambientes internos como externos, dependendo apenas das características de uso dos seccionadores aos quais estão associados. Os fusíveis limitadores primários são constituídos de um corpo de porcelana vitrificada, ou simplesmente esmaltada, de grande resistência mecânica, dentro do qual estão os elementos ativos desse dispositivo. Os fusíveis limitadores primários são instalados em bases próprias individuais, conforme se mostra na figura 59, ou em bases incorporadas aos seccionadores sobre os quais vão atuar. SENAI-RO 73 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 59 Fig. 59 - Base para fusível limitador de corrente Os fusíveis se compõem, geralmente, de vários elementos metálicos ligados em paralelo, apresentando, ao longo do seu comprimento, seções estreitas. Estão envolvidos, no interior de um corpo cilíndrico de porcelana, por uma homogênea camada de areia de quartzo de granulometria bastante reduzida e que se constitui no meio extintor. Desta forma, quando o elemento fusível queima, o arco decorrente desta ação funde a areia de quartzo que envolve o local da ruptura, resultando num corpo sólido que ocupa o espaço aberto entre as extremidades que ficam do lado da fonte e da carga, garantindo a interrupção da continuidade do circuito elétrico. Certos tipos de fusível são dotados de um percursor numa de suas extremidades que, após a fusão do elemento metálico, provoca disparo do seccionador interruptor ao qual está acoplado. A força resultante do percursor pode ser obtida a partir do diagrama da figura 60. Em vez do percursor, há fusíveis que trazem apenas um dispositivo de sinalização ótica, indicando a condição de disparo. Figura 60 Fig. 60 - Curva de disparo do percursor SENAI-RO 74 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A figura 61 fornece alguns detalhes construtivos deste tipo de fusível. Figura 61 Fig. 61 - Fusível limitador de corrente 6.2.11.1 Especificação sumária No pedido do fusível limitador de corrente devem constar no mínimo as seguintes informações: • • • • • tensão nominal, em kV; corrente nominal, em A; capacidade de interrupção nominal, em kA; fornecimento com o sinalizador ótico e/ou pino percursor; designação da base na qual irá operar. 6.2.12 Transformador de potência (12) É um equipamento estático que, por meio de indução eletromagnética, transfere energia de um circuito chamado primário para um ou mais circuitos denominados de secundário ou terciário, respectivamente, sendo mantida a mesma freqüência, porém, com tensões e correntes diferentes. Quanto à forma construtiva, os transformadores se classificam em: Ø transformadores imersos em óleo mineral isolante; Ø transformadores a seco. Esse estudo contemplará somente os transformadores imersos em óleo, devido à quase exclusividade de sua utilização em projetos industriais. Os transformadores a seco são empregados mais especificamente em instalações de prédios de habitação ou em locais de alto risco para a vida das pessoas e do patrimônio. São construídos, em geral, em resina epóxi. Um transformador imerso em óleo mineral é composto basicamente de três elementos: SENAI-RO 75 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø tanque ou carcaça; Ø parte ativa (núcleo e enrolamentos); Ø acessórios (terminais, ganchos, registros etc). O seu funcionamento está fundamentado nos fenômenos de mútua indução magnética entre os dois circuitos (primário e secundário), eletricamente isolados, porém, magneticamente ligados. Os transformadores podem ser, quanto ao número de fases; Ø Ø Ø Ø monobucha (F-T); monofásicos (F-N); bifásicos (2F); trifásicos (3F). Ao longo deste material didático só se fará referência aos transformadores trifásicos, devido à sua quase total utilização em sistemas industriais, no Brasil. A figura 62 apresenta um transformador trifásico com a indicação de todos os seus elementos externos. Figura 62 Fig. 62 - Transformador de distribuição O líquido isolante nos transformadores tem a função de transferir o calor gerado pelas partes internas do equipamento para as paredes do tanque e dos radiadores, que são resfriadas naturalmente ou por ventilação forçada, fazendo com que o óleo volte novamente ao interior, retirando calor e devolvendo-o ao exterior, num ciclo contínuo, segundo o fenômeno de convecção. SENAI-RO 76 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS O óleo mineral para transformador deve apresentar uma alta rigidez dielétrica, excelente fluidez e manter as suas características naturais praticamente inalteradas perante temperaturas elevadas. O óleo mineral é inflamável e, portanto, cuidados devem ser tomados na instalação de transformadores. No caso de projetos industriais de produtos de alto risco de incêndio, usando-se transformadores a óleo, estes devem ser localizados distantes e fora da área de risco. Existe, entretanto, um tipo de líquido isolante, chamado ascarel, cujas propriedades elétricas se assemelham às do óleo mineral, com a vantagem de não ser inflamável devido ao seu alto poder de poluição, o Governo Federal proibiu a sua utilização em novos equipamentos elétricos. Quando for estritamente necessária a instalação de transformadores não inflamáveis, devem ser especificados transformadores a seco ou a silicone. Os transformadores podem conter óleo mineral do tipo parafínico ou naftênico. Atualmente, as indústrias de transformadores nacionais utilizam o óleo do tipo parafínico para unidades transformadoras da classe de 15 kV. 6.2.12.1 Especificação sumária O pedido de compra de um transformador deve conter, no mínimo, os seguintes elementos: • • • • • • • potência nominal; tensão nominal primária; tensão nominal secundária; derivações desejadas (tapes); ligação dos enrolamentos; impedância percentual; acessórios desejados (especificar). 9.3.13 Cabos de baixa tensão (13) Os condutores isolados são constituídos de fios de cobre mole, em que a resistência mecânica à tração não é fator preponderante. Podem, mais comumente, ser assim construídos: 1) Fios e cabos com encordoamento simples Quando o condutor é formado por um único fio ou por duas ou mais camadas de fios de mesma seção transversal, concêntricas a um fio, cada camada ou coroa possui o mesmo número de fios da camada anterior, à qual se somam seis tentos, ou seja: 7 fios (1 + 6); 19 fios (1 + 6 + 12); 37 fios (1 + 6 + 12 + 18). 2) Cabos redondos com encordoamento compacto SENAI-RO 77 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS São aquele resultantes da compactação do cabo de encordoamento simples, através de uma matriz, reduzindo a sua seção transversal e os espaços existentes entre os fios. Em geral, os cabos singelos apresentam os seguintes tipos de encordoamento: Ø seções de 1,5 a 6 mm2: encordoamento redondo normal; Ø seções superiores a 6 mm2: encordoamento redondo compactado. Os cabos são, em geral, isolados com dielétricos sólidos, cujo comportamento térmico e mecânico está em seguida classificado. a) Termoplásticos São materiais isolantes que, ao serem submetidos a uma elevação de temperatura, se mantêm em estado sólido até 120 ºC, tornando-se pastosos e finalmente líquidos se esta sofrer acréscimos sucessivos. O dielétrico termoplástico mais comumente utilizado é o cloreto de polivinila (PVC). b) Termofixos São materiais isolantes que, ao serem submetidos a temperaturas elevadas, acima do seu limite, se carbonizam, sem passarem pelo estado líquido. Comparativamente ao isolamento termoplático, o dielétrico termofixo permite, para uma mesma seção transversal de um condutor, uma capacidade nominal de corrente significativamente superior. Os dielétricos termofixos mais comumente utilizados são o polietileno reticulado (XLPE) e a borracha etileno-propileno (EPR). Muito se tem discutido sobre as vantagens de um ou outro isolante. Os cabos isolados em EPR são mais flexíveis do que aqueles isolados em XLPE. Outras vantagens são anuladas quando se está trabalhando em tensão secundária. 6.2.13.1 Especificação sumária O pedido de aquisição de um condutor secundário deve conter no mínimo as seguinte informações: • • • • • • • seção nominal, em mm2; classe de tensão; natureza do material condutor (cobre ou alumínio); material da isolação; material da capa de proteção tipo (isolado, unipolar, bipolar, tripolar, quadripolar); tamanho da bobina. SENAI-RO 78 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.14 Disjuntor de baixa tensão (14) É um equipamento de comando e de proteção de circuitos de baixa tensão, cuja finalidade é conduzir, continuamente, a corrente de carga sob condições nominais e interromper correntes anormais de sobrecarga e de curto-circuito. Quanto ao tipo de construção, os disjuntores podem ser: 1) Disjuntores abertos São aqueles em que o mecanismo de atuação, o dispositivo de disparo e outros são montados em estrutura, normalmente metálica, do tipo aberto. Em geral, são disjuntores trifásicos de corrente nominal elevada e próprios para montagem em quadros e painéis. Podem ser acionados manualmente ou a motor. São utilizados como chaves de comando e de proteção de circuitos de distribuição de motores, de transformadores e de capacitores. Nesse tipo de disjuntor, seus vários componentes podem ser substituídos em caso de avaria. 2) Disjuntores em caixa moldada São aqueles em que o mecanismo de atuação, o dispositivo de disparo e outros são montados dentro de uma caixa moldada em poliéster especial ou fibra de vidro, oferecendo o máximo de segurança de operação e elevada rigidez, e ocupando um espaço por demais reduzido em quadros e painéis. Esses disjuntores são do tipo descartável, pois, quando quaisquer dos seus componentes apresentam defeito, tornam-se imprestáveis. Quanto ao tipo de operação, os disjuntores podem ser: a) Disjuntores termomagnéticos São aqueles dotados de disparadores eletromagnéticos de curto-circuito. térmicos de sobrecarga e b) Disjuntores somente térmicos São destinados exclusivamente à proteção contra sobrecargas. c) Disjuntores somente magnéticos São semelhantes aos disjuntores termomagnéticos quanto ao aspecto externo. Diferenciam-se destes por serem dotados somente do disparador eletromagnético. São utilizados quando se deseja proteção apenas contra correntes de curto-circuito. d) Disjuntores limitadores de corrente SENAI-RO 79 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS São aqueles que limitam o valor e duração das correntes de curtocircuito, proporcionando uma redução substancial dos esforços térmicos e eletrodinâmicos. Nesses disjuntores os contatos são separados pelo efeito das forças eletrodinâmicas de grande intensidade que se originam nas correntes de curto-circuito de valor elevado, fazendo o disjuntor abrir antes que o relé eletromagnético seja sensibilizado. A figura 63 mostra a parte interior de um disjuntor, enfocando os contatos e a câmara de interrupção. Figura 63 Fig. 63 - Disjuntor limitador de corrente de baixa tensão Os disjuntores multipolares, quando submetidos a uma corrente de defeito ou sobrecarga em qualquer uma das fases isoladamente, abrem, simultaneamente, todos os pólos, evitando uma operação unipolar, como ocorre com os elementos fusíveis. A proteção de circuitos através de disjuntores leva uma grande vantagem, relativamente à proteção através de fusíveis. As características de tempo × corrente dos disjuntores podem ser ajustáveis, ao contrário dos fusíveis, que ainda podem ter as suas características de tempo × corrente alteradas quando submetidos à intensidade de corrente próxima à do valor de fusão. Entretanto, os disjuntores apresentam uma capacidade de interrupção em geral inferior à fusível, principalmente as unidades de corrente nominal abaixo de 1.500 A. Quando instalados em pontos do circuito cuja corrente nominal supera a sua capacidade de interrupção, os disjuntores devem ser préligados a fusíveis limitadores de corrente para protegê-los. Os disjuntores são dotados de câmara de extinção de arco que, em geral, constituem e uma série de placas metálicas em forma de veneziana, montadas em paralelo entre dois suportes de material isolante. As ranhuras SENAI-RO 80 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS das referidas placas sobrepõem-se aos contatos, atraindo o arco que se forma, a partir do deslocamento do contato móvel, para o seu interior, confinando-o e dividindo-o num tempo aproximado de meio ciclo. A figura 64 mostra a parte frontal de um disjuntor de baixa tensão, indicando os dispositivos de ajuste dos disparadores térmicos e eletromagnéticos. Figura 64 Fig. 64 - Vista frontal de um disjuntor de baixa tensão 6.2.14.1 Especificação sumária A aquisição de um disjuntor, para utilização em um determinado ponto do sistema, requer que sejam discriminados os seguintes elementos, no mínimo: • corrente nominal de operação; • capacidade de interrupção; • tensão nominal; • freqüência nominal; • faixa de ajuste dos disparadores; • tipo (termomagnético, limitador de corrente, magnético, térmico); • acionamento (manual ou motorizado). 6.2.15 Voltímetro de ferro móvel (15) É destinado ao registro instantâneo da tensão em sistemas de corrente alternada ou contínua. Compõe-se de uma bobina fixa que age magneticamente sobre dois núcleos concêntricos de ferro doce não-magnetizados, sendo um fixo e outro móvel. Ao ser alimentada a bobina, cria-se um campo magnético que atura SENAI-RO 81 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS sobre os dois núcleos referidos que, por estarem submetidos a polaridades iguais, tendem a se repelir. Estando um dos núcleos fixos, conseqüentemente o núcleo móvel a que está preso um ponteiro indicador sofrerá um deslocamento angular, registrando, em escala adequada, o valor correspondente da tensão do circuito. Quanto mais intenso for o campo magnético da bobina, maior será a deflexão do referido ponteiro. Quando o núcleo móvel deflete em torno do seu eixo, movimenta também a câmara de amortecimento, o ponteiro e a mola de compressão que tem a finalidade de fazer o conjunto voltar à posição inicial, à medida que a intensidade do campo diminui. A figura 65 mostra, esquematicamente, um corte longitudinal de um voltímetro de ferro móvel cuja aplicação é mais acentuada. Figura 65 Fig. 65 - Corte longitudinal de um voltímetro de ferro móvel Os voltímetros são comercializados mais comumente com as seguintes dimensões: Ø 144 × 144 mm – abertura do painel: 138 × 138 mm; Ø 96 × 96 mm – abertura do painel: 92 × 92 mm; Ø 72 × 72 mm – abertura do painel: 69 × 69 mm. Existem, também, voltímetros com dimensões retangulares e mais raramente com formato circular. A figura 66 mostra um voltímetro de aplicação em painéis de controle com escala de 0 a 500 V. Figura 66 Fig. 66 - Voltímetro SENAI-RO 82 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS O valor de fundo de escala deve ser pelo menos 25 % superior ao valor da tensão nominal do sistema. Os voltímetros são ligados diretamente à rede em sistemas de baixa tensão, ou através de transformadores de potencial em sistemas primários. 6.2.15.1 Especificação sumária É necessário que, na compra de voltímetros, se estabeleçam os seguintes elementos: • • • • dimensões; fundo de escala: tipo (ferro móvel, bobina móvel); freqüência nominal. 6.2.16 Amperímetro de ferro móvel (16) É destinado à indicação instantânea de corrente, tanto em sistemas de corrente contínua como em sistemas de corrente alternada. O seu princípio de funcionamento corresponde ao que já foi exposto para o voltímetro de ferro móvel. Os amperímetros são comercializados com as mesmas dimensões padronizadas para os voltímetros. Os amperímetros, normalmente, são fabricados para suportarem 50 vezes a carga nominal durante 1s, 4 vezes a carga nominal, aproximadamente, durante 3 min. e 2 vezes a carga nominal durante 10 min. Em geral, deve-se dimensionar o fundo de escala de um amperímetro para o mínimo de 150% do valor da corrente prevista para o circuito a ser medido. Os amperímetros, em geral, são conectados aos barramentos dos painéis através de transformadores de corrente. Raramente são utilizados instrumentos para ligação direta ao circuito a ser medido. Os transformadores de corrente podem ser dimensionados em função da corrente de carga do ponto onde será instalado. Os amperímetros de conexão direta são fabricados para corrente nominal de, no máximo, 100 A. As figuras 66 e 67 mostram, respectivamente, a vista frontal de um amperímetro e a indicação das faixas de escala para medição e sobrecarga. Figura 67 Figura 67 Fig. 67 - Amperímetro Fig. 67 - Amperímetro SENAI-RO 83 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.16.1 Especificação sumária É necessário que se estabeleçam no pedido de compra para amperímetros, no mínimo, os seguintes elementos: • • • • dimensões; fundo de escala ou faixa de escala; tipo; freqüência nominal. 6.2.17 Fusível de baixa tensão (17) É dispositivo dotado de um elemento metálico, com uma seção reduzida na sua parte média, normalmente colocado no interior de um corpo de porcelana, hermeticamente fechado, contendo areia de quartzo de granulometria adequada. O IEC classifica os fusíveis como de aplicação doméstica e industrial. Os primeiros são acessíveis a pessoas não qualificadas. Ao segundo, somente devem ter acesso pessoas autorizadas. Essa classificação implica as características construtivas dos fusíveis quanto ao acesso às partes vivas no caso de substituição. O elemento metálico, em geral, é de cobre, prata ou estanho. O corpo de porcelana é de alta resistência mecânica. A atuação de um fusível é proporcionada pela fusão do elemento metálico, quando percorrido por uma corrente de valor superior ao estabelecido na sua curva de característica tempo × corrente. Após a fusão do elemento fusível, a corrente não é interrompida instantaneamente, pois a indutância do circuito a mantém por um curto intervalo de tempo, circulando através do arco formado entre as extremidades do elemento metálico sólido. A areia de quartzo, que é o elemento extintor do fusível, absorve toda a energia calorífica produzida pelo arco, cujo valor do elemento metálico fundido fica envolvido por esta, resultando no final um corpo sólido isolante que mantém a extremidade do fusível ligado à carga, eletricamente separada da outra extremidade ligada à fonte: a) Corrente nominal É aquela que pode percorrer o fusível por tempo indefinido sem que este apresente um aquecimento excessivo. O valor da corrente de fusão de um fusível é normalmente estabelecido em 60% superior ao valor indicado como corrente nominal. b) Tensão nominal SENAI-RO 84 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS É aquela que define a tensão máxima de exercício do circuito em que o fusível deve operar regularmente. c) Capacidade de interrupção É o valor máximo eficaz da corrente simétrica de curto-circuito que o fusível é capaz de interromper, dentro das condições de tensão nominal e do fator de potência estabelecido. Os fusíveis do tipo NH e Diazed devem operar satisfatoriamente nas condições de temperatura ambiente para as quais foram projetados. Quanto mais elevada a temperatura a que está submetido, mais rapidamente o elemento fusível alcança a temperatura de fusão. Os fusíveis NH e Diazed são providos de indicadores de atuação do elemento fusível. O indicador é constituído de um fio ligado em paralelo ao elemento fusível, que, quando se funde, provoca a fusão do fio mencionado que sustenta uma mola pressionada, provocando a liberação do dispositivo indicador, normalmente caracterizado pela cor vermelha. Os fusíveis são fabricados com duas características distintas de atuação: rápida e retardada. O fusível de característica rápida é mais comumente empregado nos circuitos que operam em condições de corrente inferior à corrente nominal, como é o caso de circuitos que suprem cargas resistivas. Já o fusível de efeito retardado é mais adequado aos circuitos sujeitos a sobrecargas periódicas, como no caso de motores e capacitores. A figura 68 mostra os diversos elementos componentes de um fusível do tipo Diazed. Já as figuras 69 e 70 mostram, respectivamente, um fusível do tipo NH e a sua base correspondente. Figura 68 Fig. 68 - Conjunto fusível diazed SENAI-RO 85 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Figura 69 Figura 70 Fig. 70 - Base para fusível NH Fig. 69 - Fusível NH 6.2.17.1 Especificação sumária No pedido de compra de um fusível, devem constar, no mínimo, os seguintes elementos: • • • • • corrente nominal; tamanho da base (fusível NH); capacidade de ruptura; característica da curva tempo × corrente (rápido ou com retardo); componentes (fusível Diazed: base, tampa, parafuso de ajuste, anel de proteção e fusível). 6.2.18 Chave seccionadora tripolar de baixa tensão (18) É um equipamento capaz de permitir a abertura de todos os condutores não aterrados de um circuito, de tal modo que nenhum pólo possa ser operado independentemente. Os seccionadores podem ser classificados em dois tipos: a) Seccionador com abertura sem carga É aquele que somente deve operar com o circuito desenergizado ou sob tensão. É o caso das chaves seccionadoras com abertura sem carga. b) Seccionador sob carga ou interruptor É aquele que é capaz de operar com o circuito desde a condição de carga nula até a de carga plena. SENAI-RO 86 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Os seccionadores de atuação em carga são providos de câmaras de extinção de arco e de um conjunto de molas capaz de imprimir uma velocidade de operação elevada. A principal função dos seccionadores é permitir que seja feita manutenção segura numa determinada parte do sistema. Quando os seccionadores são instalados em circuitos de motores devem-se desligar tanto os motores como o dispositivo de controle. Sobre o dispositivos de seccionamento pode-se estabelecer: Ø a posição dos contatos ou dos outros meios e seccionamento deve ser visível do exterior ou indicada de forma clara e segura; Ø os dispositivos de seccionamento devem ser projetados e/ou instalados de forma a impedir qualquer restabelecimento involuntário. Esse restabelecimento poderia ser causado, por exemplo, por choque ou vibrações; Ø devem ser tomadas medidas para impedir a abertura inadvertida ou desautorizada dos dispositivos de seccionamento, apropriados à abertura sem carga. O NEC recomenda que os secconadores utilizados em circuitos de motores de até 600 V devem ser dimensionados pelo menos para 115% da corrente nominal, isto é : Isec = 1,15 × Inom. motor Quando são instalados em circuitos de capacitor, devem ser dimensionado pelo menos para 135% da corrente nominal do banco, ou seja: Isec = 1,35 × Icap A figura 71 mostra uma chave seccionadora de abertura em carga, indicando-se os seus principais componentes. Figura 71 Fig. 71 - Chave seccionadora tripolar de baixa tensão SENAI-RO 87 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS As chaves seccionadoras devem ser dimensionadas para suportar, durante o tempo de 1s, a corrente de curto-circuito, o valor eficaz (corrente térmica) e o valor de crista da mesma corrente (corrente dinâmica). 6.2.18.1 Especificação sumária A compra de uma chave seccionadora deve acompanhar pelo menos os seguintes elementos: • • • • • • • • • tensão nominal; corrente nominal; corrente térmica; corrente dinâmica; acionamento (manual rotativo ou motorizado); contatos auxiliares (se necessário); operação (em carga ou a vazio); vida mecânica mínima; freqüência nominal. 6.2.19 Contator magnético tripolar (19) É um dispositivo de atuação magnética destinado à interrupção de um circuito em carga ou a vazio. O seu princípio de funcionamento baseia-se na força magnética que tem origem na energização de uma bobina e na força mecânica proveniente do conjunto de molas de que se compõe. Quando a bobina é energizada, a força eletromecânica desta sobrepõese à força mecânica das molas, obrigando os contatos móveis a se fecharem sobre os contatos fixos aos quais estão ligados os terminais do circuito, conforme se pode observar, esquematicamente, na figura 72. Figura 72 Fig. 72 - Componente de um contator SENAI-RO 88 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Os contatores são construídos para suportar um elevado número de manobras. São dimensionados em função da corrente nominal do circuito, do número de manobras desejado e da corrente de desligamento no ponto de instalação. A corrente de partida dos motores não tem, praticamente, nenhuma influência sobre a vida dos contatos dos contatores. No entanto, o ricochete pode reduzir drasticamente a duração dos contatos. Em geral, os contatores pequenos, quando têm os seus contatos danificados, tornam-se imprestáveis, porém, os contatores de corrente nominal elevada possibilitam, em geral, a reposição dos contatos danificados. 6.2.19.1 Especificação sumária Na compra de contatores devem ser fornecidos, no mínimo, os seguintes elementos: • • • • • • tensão nominal; freqüência nominal; corrente nominal; número mínimo de manobras; tensão nominal da bobina; número de contatos, NA e NF. 6.2.20 Relé bimetálico de sobrecarga para contatores (20) São dispositivos dotados de um par de lâminas construídas com metais de diferentes coeficientes de dilatação linear que, quando sensibilizados pelo efeito térmico produzido por uma corrente de intensidade ajustada, aquecendo o bimetal, provocam, pela dilatação térmica de suas lâminas, a operação de um contato móvel. Os relés bimetálicos de sobrecarga são constituídos de modo a permitir ajustes de corrente nominal dentro de determinadas faixas que podem ser escolhidas, conforme o valor da corrente e a natureza da carga. Quanto maior for o valor da corrente de sobrecarga, menor será o tempo decorrido para a atuação do relé térmico. Normalmente, os relés de sobrecarga são acoplados a contatores, de largo emprego no acionamento de motores elétricos, podendo também manobrar circuitos em geral. Também os relés de sobrecarga são destinados à proteção de motores trifásicos que, por uma razão qualquer, como a queima de um fusível numa determinada fase, operam com alimentação bifásica. Em geral, essa proteção só é obtida se o motor estiver funcionando com carga diferente de 40% a 60% de seu valor nominal. SENAI-RO 89 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Os relés de sobrecarga, quando aquecidos à temperatura de serviço, têm, nas suas curvas características de disparo, os tempos reduzidos, em geral, a 25% ou a 50% dos tempos indicados, dependendo do fabricante. Os relés de sobrecarga devem ser protegidos contra as elevadas correntes de curto-circuito. Normalmente, os fabricantes fornecem a capacidade máxima dos fusíveis que devem ser empregados no circuito para garantir a integridade do relé e que em nenhuma hipótese deve ser superada, 6.2.21 Chave estrela-triângulo (21) É um equipamento destinado à partida, com redução de corrente, de motores trifásicos, do tipo indução com disponibilidade de seis bornes para ligação. As chaves estrela-triângulo são fabricadas pra operação manual ou automática. No primeiro caso, o tempo para a mudança da conexão estrela pra triângulo é definido pelo operador, enquanto nas chaves automáticas toda operação é comandada por um relé de tempo que atua sobre os contatores componentes da chave, de acordo com o ajuste selecionado. As chaves estrela-triângulo automáticas são compostas de: Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø Ø 3 fusíveis no circuito de comando; 3 fusíveis no circuito de força; 3 contatores; 1 relé bimetálico; 2 botoeiras; 1 relé de tempo; 1 lâmpada de sinalização verde; 1 lâmpada de sinalização vermelha; 1 transformador de comando Indicadores de medidas de tensão e corrente; A figura 73 representa e esquema de comando de uma chave estrelatriângulo automática. Figura 73 Fig. 73 - Esquema elétrico de comando de uma chave estrela-triângulo SENAI-RO 90 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A figura 74 mostra o diagrama de ligação da chave estrela-triângulo, anteriormente descrita. Figura 74 Fig. 74 - Esquema elétrico de ligação dos contatores de uma chave estrela-triângulo Chaves estrela-triângulo têm o seu uso limitado pela freqüência de manobras permitida pelo relé de sobrecarga. Em geral, essa limitação condiciona as chaves a um máximo de 15 manobras por hora. 6.2.21.1 Especificação sumária Na compra de uma chave estrela-triângulo é necessário que se forneçam, pelo menos, os seguintes dados: • tensão nominal (a da rede); • corrente nominal (ou potência do motor); • freqüência nominal; • tensão do circuito de comando; • número de manobras desejadas; • tipo de operação (manual ou automática); • tipo de execução (blindada ou aberta); • medidores indicadores (para execução blindada). 6.2.22 Chave compensadora (22) É um equipamento destinado à partida, com tensão reduzida, de motores de indução trifásicos. As chaves compensadoras são, normalmente, constituídas de : Ø Ø Ø Ø 3 fusíveis no circuito de comando; 3 fusíveis no circuito de força; 3 contatores; 1 autotransformador; SENAI-RO 91 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Ø Ø Ø Ø Ø Ø 1 relé bimetálico; 2 botoeiras; 1 relé de tempo; 1 lâmpada de sinalização verde; 1 lâmpada de sinalização vermelha; 1 transformador de comando. A figura 75 representa o esquema de comando de uma chave compensadora automática. Figura 75 Fig. 75 - Esquema elétrico de comando de uma chave compensadora automática A sua operação é iniciada quando, pressionando-se a botoeira L, se energiza a bobina do contator C3, conectando o autotransformador ATR em estrela e energizando a bobina do contator C2 e do relé de tempo RT, através do contato auxiliar CA3.1, na figura 76. Figura 76 Fig. 76 - Esquema elétrico de força de uma chave compensadora automática SENAI-RO 92 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS Normalmente, este tipo de partida é empregado em motores de potência elevada, acionando cargas com alto índice de atrito, tais como britadores, máquinas acionadas por correias, calandras e semelhantes. As derivações, normalmente encontradas nos autotransformadores de chaves compensadoras, são de 65% e 80%. Relativamente às chaves estrela-triângulo, podem-se enumerar algumas vantagens e desvantagens da chave compensadora. a) Vantagens: Ø na derivação 65%, a corrente de partida na linha se aproxima da valor da corrente de acionamento, utilizando chave estrela-triângulo; Ø a comutação da derivação de tensão reduzida para a tensão de suprimento não acarreta elevação da corrente, já que o autotransformador se comporta, neste instante, semelhantemente a uma reatância que impede o crescimento da mesma; Ø variações gradativas de tape, para que se possa aplicar a chave adequadamente à capacidade do sistema de suprimento. b) Desvantagens: Ø custo superior ao da chave estrela-triângulo; Ø dimensões normalmente superiores às chaves estrela-triângulo, acarretando o aumento no volume dos Centros de Controle de Motores (CCM). As chaves compensadoras têm o seu uso limitado pela freqüência de manobras permitida. Em geral, essa limitação condiciona as chaves a um máximo de cinco operações por hora, com duração não superior a 15s, podendo ser duas seguidas com intervalos de cinco minutos. 9.3.22.1 Especificação sumária Na compra de uma chave compensadora é necessário que se forneçam, pelo menos, os seguintes dados: • • • • • • • tensão nominal (a da rede); corrente nominal (ou potência do motor); freqüência nominal; tensão do circuito de comando; número mínimo de manobras desejadas; tipo de operação (manual ou automática); indicadores de medidas de tensão e corrente (para o tipo de execução blindado). SENAI-RO 93 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 6.2.23 Painéis para instalações elétricas (23) São caixas metálicas convenientemente construídas para abrigar equipamentos de seccionamento, proteção, comando, sinalização, instrumentos de medida ou outros destinados ao controle e supervisão da instalação. Quanto ao grau de proteção, podem ser classificados em: Ø IP 53 São aqueles protegidos contra acúmulo de poeira prejudicial ao equipamento e água de chuva até a inclinação de 60° com a vertical. Ø IP 54 São aqueles à prova de poeira e respingos em todas as direções. Também são construídos painéis à prova de explosão, destinados a locais de grande risco, dotados de recursos que impossibilitam acidentes eventuais. Normalmente, os painéis contêm barramentos condutores suportados por isoladores fixados na estrutura metálica apropriada. Cuidados devem ser tomados tanto nas dimensões das barras coletoras quanto na distância entre os seus apoios, a fim de evitar deformações durante a ocorrência de curtocircuito no sistema. Existe, entre os fabricantes, uma tendência generalizada de padronização das dimensões dos painéis, através da construção de módulos, que podem ser acoplados, para formarem um quadro de distribuição do tamanho desejado. Os painéis devem conter internamente uma resistência elétrica, a fim de evitar a formação de umidade sobre os equipamentos elétricos ali instalados. As superfícies das chapas de que são construídos os painéis devem sofrer o seguinte tratamento: a) Pré-tratamento Consiste na imersão em tanques contendo desengraxante alcalino, desencapante ou fostatizante; b) Proteção e acabamento Consiste na aplicação de tinta em pó à base de epóxi (ou equivalente) por processo eletrostático, com espessura aproximada de 70 µ. A superfície acabada deve ser resistente à abrasão, à gordura, à água, à umidade e às intempéries, bem como aos produtos químicos agressivos. SENAI-RO 94 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS A figura 77 mostra a vista frontal de um painel de comando. Figura 77 Fig. 78 - Vista frontal de um painel de comando Quanto à execução, são providos de porta frontal ou traseira, e parte lateral ou traseira aparafusadas. SENAI-RO 95 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS REFERÊNCIAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS (João Mamede Filho 4º Edição) ELETROTÉCNICA – APLICAÇÃO E INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS (Délio Pereira Guerrini 2º Edição Revisada ) SENAI-RO 96