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Engenharia Elétrica ·
Instalações Elétricas
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Instalações Industriais Material Teórico Responsável pelo Conteúdo Prof Me Robmilson Simões Gundim Revisão Textual Profª Drª Selma Aparecida Cesarin Estudo e Aplicação Critérios de Dimensionamento pela Queda de Tensão Critério de Proteção Contra Corrente de Sobrecarga Condições de Proteção Aplicar os conceitos fundamentais sobre dimensionamento de condutores conforme a ABNT NBR 54102004 sobretudo referente à queda de tensão e proteção contra sobrecar ga e curtocircuito Estudar os critérios de dimensionamento de condutores e dispositivos de proteção apli cados a circuitos terminais considerando a aplicação dos critérios pela queda de tensão sobrecarga e curtocircuito OBJETIVOS DE APRENDIZADO Estudo e Aplicação Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional siga algumas recomendações básicas Assim Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina Por exemplo você poderá determinar um dia e horário fixos como seu momento do estudo Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo No material de cada Unidade há leituras indicadas e entre elas artigos científicos livros vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade Além disso você tam bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados Após o contato com o conteúdo proposto participe dos debates mediados em fóruns de discus são pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento além de propiciar o contato com seus colegas e tutores o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Determine um horário fixo para estudar Aproveite as indicações de Material Complementar Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias Isso amplia a aprendizagem Seja original Nunca plagie trabalhos UNIDADE Estudo e Aplicação Critérios de Dimensionamento pela Queda de Tensão Em continuidade aos estudos sobre dimensionamento de condutores vamos re ver de forma sucinta os critérios estabelecidos na Norma ABNT NBR 54102004 Seção mínima Capacidade de condução de corrente Queda de tensão Sobrecarga Curtocircuito Contato indireto TN Como a própria Norma estabelece a seção dos condutores deve ser determina da de forma que sejam atendidos todos os critérios Sendo assim uma vez que foram estudados os critérios de dimensionamento con siderando a seção mínima e a capacidade de condução de corrente neste material será retomado o estudo de dimensionamento a partir do critério queda de tensão Conceitos da Queda de Tensão na Norma Conforme o subitem 6274 da 5410 para o cálculo da queda de tensão em um circuito devese utilizar a corrente de projeto do circuito IB incluindo as correntes harmônicas quando houver No caso de motores a corrente de projeto deve incluir o fator de serviço se existir Em qualquer ponto da instalação a queda de tensão verificada não deve ser superior aos valores dados em relação ao valor da tensão nominal da instalação conforme ilustrado a seguir 8 9 TransformadorGerador próprio da concessionária Equipamento de utilização 4 7 G Ponto de entrega Equipamento de utilização 4 7 Figura 1 Limites de queda de tensão de instalações conforme subitem 6271 da ABNT NBR 54102004 No entanto é importante considerar que a Norma 5410 também estabelece que em nenhum caso a queda de tensão nos circuitos terminais pode ser superior a 4 Queda de tensão unitária Existem diferentes formas de dimensionar os condutores considerando a queda de tensão A seguir será apresentado o roteiro para utilização do denominado mé todo da tensão unitária Roteiro para Dimensionamento da Queda de Tensão utilizando o Método da Queda de Tensão Unitária Para o dimensionamento dos condutores utilizando o critério da queda de ten são a seguir está o roteiro de um dos métodos utilizados 9 Assim devese identificardeterminar Tipo de isolamento do condutor Método de Instalação Material do eletrodo magnético ou não magnético Tipo de circuito monofásico ou trifásico Tensão do Circuito Corrente de projeto incluindo as correntes harmônicas IB Fator de potência cosϕ do circuito Comprimento L do circuito em Km Queda de tensão e admissível Cálculo da queda de tensão unitária ΔVunit e V IB L Escolha do condutor Com o valor da queda de tensão unitária entrase nas Tabelas de quedas de tensão VAkm que esteja de acordo com os dados anteriores e encontrase o valor cuja queda de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada obtendose dessa forma a seção do cabo correspondente Exemplo de Dimensionamento por Queda de Tensão Sejam os circuitos A B e C 220380V constituídos por cabos unipolares não halogenados instalados em leitos com temperatura ambiente de 40C todos os circuits têm comprimento de 30m e fator de potência de 080 Admitese uma queda de tensão máxima de 15 Circuito A trifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas IBA 85A com THD3 32 Circuito B trifásico com neutro circuito não equilibrado corrente de projeto incluindo as harmônicas IBB 100A com THD3 38 Circuito C bifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas IBC 90A com THD3 15 Assim podese determinar a queda de tensão unitária para cada circuito utilizando a expressão genérica ΔVunit e V IB L E para exemplificar o cálculo com os dados do circuito A ΔVunitA e V IR L 0015 380 V ΔVunitA 223 V Akm 11 Seguindo o mesmo raciocínio e utilizando as correntes de projeto de cada circui to determinase a queda de tensão unitária dos circuitos B e C ficandose com o exposto na Tabela 1 a seguir Tabela 1 Valores de queda de tensão unitária do exemplo Circuitos IB V Queda de tensão unitária V A km unitA A 85 223 B 100 190 C 90 211 Conforme o roteiro apresentado com a queda de tensão unitária localizase a Tabela de condutores adequadas ao tipo de condutor e se encontra o valor cuja que da de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada obtendose assim a seção do cabo correspondente Na Tabela a seguir podese verificar como proceder a determinação da seção nominal do circuito A Tabela 2 Valores de queda de tensão unitária cabos EPR 90C Fonte Adaptado do Guia de dimensionamento de baixa tensão Prysmian 11 UNIDADE Estudo e Aplicação Para o circuito A o condutor escolhido é o de 16mm² como pode ser visto no destaque da Tabela 2 Utilizando a mesma Tabela 2 para os demais circuitos mas com o objetivo de demonstrar a determinação do condutor as seções dos condutores fase de circuito B estão demonstrados na Tabela 3 a seguir Tabela 3 Valores determinados dos condutores do exemplo pelo critério da queda de tensão Fonte O próprio autor Para o circuito B portanto o condutor escolhido é o de 25mm² como pode ser visto no destaque da Tabela 3 Para fechar o raciocínio na determinação do condutor para o circuito C foi utilizada a Tabela 4 a seguir 12 13 Tabela 4 Valores de queda de tensão unitária cabos EPR 90C Fonte Adaptado do Guia de dimensionamento de baixa tensão Prysmian Portanto para o circuito C o condutor escolhido é o de 25mm² como pode ser visto no destaque da Tabela 4 Importante Tomara que você já tenha percebido mas esse exemplo também foi tratado no dimen sionamento pelo critério de capacidade de condução de corrente Comparando ao crité rio pela queda de tensão e adotando a seção que atenda à situação mais crítica temos o que está na Tabela 5 a seguir Trocando ideias 13 UNIDADE Estudo e Aplicação Tabela 5 Valores das seções adotadas dos condutores do exemplo Circuitos Seção pelo critério capacidade de corrente mm² Seção pelo critério queda de tensão mm² Seção adotada mm² A 25 16 25 B 35 25 35 C 16 25 25 Como visto nos resultados alcançados a seção adotada deve seguir qual dos critérios O correto é aplicar todos os critérios de dimensionamento de condutores e definir os condu tores conforme a situação mais desfavorável A propósito após os estudos feitos até aqui podemos concluir que foram aplicados os crité rios de dimensionamento mais comumente utilizados de um exemplo dentro da instalação industrial entretanto a 5410 orienta que é necessário ainda aplicar os critérios referentes à proteção contra correntes de sobrecarga Então vamos nessa Explor Critério de Proteção Contra Corrente de Sobrecarga Condições de Proteção Todo circuito deve ser protegido por dispositivos que interrompam a corrente quando seu valor ultrapassar o valor da capacidade de condução de corrente no minal em pelo menos um dos condutores carregados pois podem provocar uma deterioração da instalação caso permaneça por um tempo prolongado A interrupção da corrente de sobrecarga deve ocorrer em um tempo tal que os con dutores não atinjam os valores de temperatura limite de sobrecarga como os reapre sentados e destacados a seguir na Tabela 6 conforme a Tabela 35 da Norma 5410 Tabela 6 Temperaturas características dos condutores Tipo de Isolação Temperatura máxima para serviço contínuo condutor ºC Temperatura limite de sobrecarga condutor ºC Temperatura limite de curtocircuito condutor ºC Policloreto de vinila PVC até 300 mm2 70 100 160 Policloreto de vinila PVC maior que 300 mm2 70 100 140 Borracha etilenopropileno EPR 90 130 250 Polietileno reticulado XLPE 90 130 250 Fonte ABNT NBR 54102004 p 100 Para que a proteção dos condutores contra sobrecargas seja garantida as carac terísticas de atuação do dispositivo devem ser tais que I I I I I B N Z Z 2 1 45 14 Onde IB é a corrente de projeto Iz é a capacidade de condução de corrente dos condutores IN é a corrente nominal do dispositivo de proteção ou corrente de ajuste I2 é a corrente convencional de atuação disjuntores ou de fusão fuseis Como as características dos disjuntores e dos fusíveis são definidas em suas respectivas Normas no que diz respeito às correntes e aos tempos de atuações as duas condições anteriores podem ser simplificadas conforme segue Para os disjuntores IB IN Iz Para os fusíveis IB 145 I2 a Como I2 145 Iz IN I2 a logo I2 a IN Sendo a 19 para fusíveis com IN 10 A a 1175 para fusíveis com IN 10 25 A a 160 para fusíveis com IN 1000 A Além do exposto como existem diversas Normas relacionadas à proteção e considerando então que a corrente convencional de atuação I2 α IN um resumo dos valores do fator α para alguns tipos de aplicação também encontrados para disjuntores e fusíveis podem ser vistos na Tabela 7 a seguir Tabela 7 Tabela resumo dos valores do fator α para alguns tipos de aplicaçãopadrão Norma Valor do α AplicaçãoPadrão NBR IEC 609472 α 130 Industrial NBR 5361 α 135 NEMA NBR IEC 60898 α 145 DIN NBR 11840 α 160 Fusíveis NHD UNIDADE Estudo e Aplicação Capacidade de corrente do condutor Corrente de projeto Dispositivo de proteção I2 Ia ou If aIN IB IN IZ I2 145 IZ IN IN IB IB IZ IZ 145 IZ I I2 I2 Figura 2 Condições de proteção contra sobrecargas conforme 534 da ABNT NBR 54102004 A Figura 2 portanto ilustra que o dispositivo de proteção deve ter um valor de corrente nominal IN tal que seja maior ou igual que a corrente de projeto IB e menor ou igual à capacidade de condução de corrente do condutor IZ Além disso para a garantia de proteção contra sobrecarga a corrente de atua ção do dispositivo I2 deve ser menor ou igual a 145 vezes a capacidade de condu ção de corrente do condutor IZ Importante Vale destacar uma curiosidade como pode ser observado na Tabela 7 o padrão NEMA tem um valor α menor que o padrão DIN ou seja tem uma corrente convencional de atuação I2 α In ainda menor que a corrente convencional de atuação I2 do padrão DIN podendo proporcionar uma atuação em menor tempo quando comparado ao DIN o que significa maior proteção aos condutores No entanto considerandose as tolerâncias em suas curvas de atuação podese dizer que praticamente são compatíveis e ambos atendem a Norma Em outras palavras podese concluir que tanto o disjuntor preto NEMA como o branco DIN estão em conformidade com a Norma diferente do que se ouve por aí de vez em quando Trocando ideias Localização dos Dispositivos que asseguram Proteção contra Sobrecargas No item 5342 a Norma estabelece que devem ser providos dispositivos que assegurem proteção contra sobrecargas em todos os pontos nos quais uma mudan ça por exemplo de seção de natureza de maneira de instalar ou de constituição resulte em redução do valor da capacidade de condução de corrente dos condutores 16 17 Se alimentadores tiverem a mesma seção nominal então não é necessário insta lar nenhum dispositivo de proteção contra sobrecargas no ponto em que se realiza a derivação QD 1 Mesma seção nominal QD 2 Emendas de derivação QG Figura 3 Ilustração de circuitos com mesma seção nominal Fonte Adaptado de Getty Images No entanto se houver seções diferentes a regra geral determina que deve ser instalado um dispositivo na emenda 125 A 100 A QD 1 QG Alimentador 1 35mm² Alimentador 2 25mm² Alimentador 3 10mm² QD 2 50 A Figura 4 Ilustração de circuitos com seções nominais diferentes Fonte Adaptado de Getty Images Assim supondo um circuito como o representado na Figura 4 com alimentado res com seções nominais diferentes ou seja o alimentador 1 com 35mm² o ramal alimentador 2 com 25mm² e o ramal alimentador 3 com 10mm² fazse neces sária a instalação de dispositivos de proteção em cada derivação logo neste caso definidos de forma geral como 125A 100A e 50A 17 UNIDADE Estudo e Aplicação Esses casos com proteções nas derivações são muito comuns em Instalações Industriais e normalmente utilizam as linhas elétricas tipo busways Mas e se não houver possibilidade de inserir dispositivo de proteção nas derivações A Norma prevê essa condição Explor Deslocamento do Dispositivo de Proteção No item 53422 da Norma 5410 prescrevese que o dispositivo a proteger uma linha elétrica contra sobrecargas pode não ser posicionado exatamente no ponto de derivação até porque pode ser inviável fisicamente mas deslocado ao longo do percurso da linha se a parte da linha compreendida entre a mudança de seção e o dispositivo de proteção não possuir nenhuma derivação nenhuma toma da de corrente e atender a pelo menos uma das seguintes condições Estar protegida contra curtoscircuitos de acordo com o subitem 5345 da mesma Norma a qual trata de proteção contra sobrecarga de condutores em paralelo Seu comprimento não exceder 3 metros ser instalada de modo a reduzir ao mínimo o risco de curtocircuito e não estar situada nas proximidades de ma teriais combustíveis A Figura 5 a seguir apresenta uma situação na qual se verifica que se o compri mento do condutor entre a derivação e o Quadro de Distribuição for menor que 3 metros as proteções contra sobrecargas podem ser instaladas dentro dos Quadros 125 A 100 A QD 1 QG Alimentador 1 35mm² LMÁX 3 m Nenhuma derivação Nenhuma tomada de corrente Longe de materiais combustíveis Alimentador 2 25mm² Alimentador 3 10mm² QD 2 50 A Figura 5 Ilustração do deslocamento dos dispositivos de proteção Fonte Adaptado de Getty Images 18 Exemplo de dimensionamento pelo critério de proteção contra sobrecarga e curtocircuito método prático Antes de mais nada vale destacar que o exemplo a seguir apresenta uma forma simplificada de dimensionamento da proteção e de que existem mais detalhes a serem verificados mas que de forma prática a resolução que será implementada atende aos requisitos da Norma Além disso é importante observar que a Norma indica as condições gerais de coordenação entre condutores e dispositivos de proteção mas não fornece as características específicas dos dispositivos de proteção Tais informações devem ser obtidas junto aos fornecedores dos produtos os quais podem apresentar variações mas que não são diferenças significativas Sejam os circuitos A B e C 220380V constituídos por cabos unipolares não halogenados instalados em leitos com temperatura ambiente de 40ºC Todos os circuitos têm comprimento de 30m e fator de potência de 080 Admitse uma queda de tensão máxima de 15 Circuito A trifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas Iba 85A com THD₃ 32 Circuito B trifásico com neutro circuito não equilibrado corrente de projeto incluindo as harmônicas IbB 100A com THD₃ 38 Circuito C bifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas Ibc 90A com THD₃ 15 Como deve ter notado tratase dos mesmos circuitos utilizados nos dimensionamentos dos condutores os quais estão reunidos na Tabela 8 a seguir Tabela 8 Valores das seções adotadas dos condutores do exemplo e das respectivas correntes Circuitos Corrente de projeto I A Seção pelo critério capacidade de corrente mm² Seção pelo critério que visa tensão mm² Seção adotada mm² Capacidade de Corrente Iz tabela A Capacidade de Corrente aplicados FCT e FCA Iz A A 85 25 16 25 135 101 B 100 35 25 35 169 108 C 90 16 25 25 135 90 Observe que para visualização das correntes de cada circuito foram inseridas colunas com as informações das correntes de projeto incluindo as harmônicas Iba e também com as correntes referentes às capacidades de condução de correntes corrigidas pelo uso dos fatores de correção de temperatura e de agrupamento Iz encontrados conforme a expressão retomada a seguir Iz Izabenta FCT FCA FCCN UNIDADE Estudo e Aplicação Para resgatar os fatores de correção utilizados e reforçar os valores encontrados das capacidades de correntes corrigidas IZ a Tabela 9 a seguir reúne as informa ções relacionadas Tabela 9 Valores dos fatores de correção aplicados e das correntes corrigidas do exemplo Circuitos IB IZ tabela A FCT FCA FCCN IZ A A 85 135 091 082 101 B 100 69 091 082 086 108 C 90 121 091 082 90 A fim de reorganizar e auxiliar a análise para a escolha da proteção adequada que proteja contra sobrecarga e curtocircuito bem como considerando a utilização de disjuntores conforme a Norma ABNT NBR 60898 o resultado da verificação da condição básica a seguir fica conforme a Tabela 10 IB IN IZ Tabela 10 Análise para determinação dos valores de correntes nominais dos dispositivos de proteção do exemplo Circuitos Seção adotada mm² Corrente de projeto IB A Capacidade de Corrente aplicados FCT e FCA IZ A Corrente nominal das proteções IN A A 25 85 101 100 B 35 100 108 100 C 25 90 90 Podese observar que no circuito trifásico A a seção adotada e adequada confor me critérios utilizados até aqui é de 25mm² e considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IB 85A bem como a capacidade de corrente corrigida IZ 101 A possibilita a escolha do dispositivo de proteção com corrente nominal de 100A pois atende à condição conforme demonstrado a seguir IB IN IZ 85 A IN 101 A logo IN 100A atende A Tabala 11 a seguir auxilia na identificação da escolha do disjuntor do circuito A ou seja IN 100A com curva de atuação C adotada devido à possíveis cor rentes de partida Tabela 11 Recorte da Tabela do fabricante para identificação e escolha do disjuntor termomagnético Fonte Catálogo de Minidisjuntores Siemens 20 No circuito trifásico B a seção adotada e adequada conforme critérios utilizados até aqui é de 35mm² e considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IbB 100A bem como a capacidade de corrente corrigida Iz 108A possibilita a escolha do dispositivo de proteção com corrente nominal de 100A pois atende à condição conforme demonstrado a seguir IbB In Iz 100 A In 108A logo In 100A atende A Figura 6 anterior auxilia na identificação da escolha do disjuntor do circuito B ou seja também com In 100A com curva de atuação C adotada devido a possíveis correntes de partida Já no caso do circuito bifásico C a seção adotada e adequada conforme critérios utilizados até aqui é de 25mm² considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IbC 90A bem como a capacidade de corrente corrigida Iz 90A diferentemente dos anteriores não há disjuntores com valor suficiente que atenda à condição básica IbC In Iz 90 A In 90A logo In Nesse caso portanto para o dimensionamento correto do condutor considerando o critério de proteção contra sobrecarga e corrente de curtocircuito a solução é adotar o condutor imediatamente maior ou seja ao invés do condutor com seção nominal de 25mm² adotase o de 35mm² permitindo assim nova análise Dessa forma para a nova análise fazse necessário determinar antes a nova corrente corrigida do circuito bifásico C reconsiderando o condutor de 35mm² conforme a seguir Iz Izabenta FCT FCA FCCN Assim reanalizando as condições para a determinação do condutor do circuito bifásico C pelo critério de proteção com a seção adotada e readequada de 35mm² e considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IbC 90A bem como a capacidade de corrente corrigida Iz 100A possibilita a escolha do dispositivo de proteção com corrente nominal de 100A pois atende à condição conforme demonstrado a seguir IbC In Iz 90 A In 100 A logo ficou também In 100A Portanto a Tabela 12 a seguir auxilia na identificação da escolha do disjuntor do circuito bifásico C ou seja In 100A com curva de atuação C adotada também devido a possíveis correntes de partida UNIDADE Estudo e Aplicação Tabela 12 Recorte da Tabela do fabricante para identificação e escolha do disjuntor termomagnético Fonte Catálogo de minidisjuntores Siemens Podese observar também que os disjuntores escolhidos foram disjuntores que suportam altas correntes de curtocircuito nesse caso 10kA ou seja se a corrente de curtocircuito presumida no ponto for por exemplo 8kA o tipo de disjuntor escolhido como uma IN 100A atende plenamente as condições de proteção A Tabela 13 a seguir portanto reorganiza e destaca o dimensionamento da proteção dos condutores das linhas elétricas estudadas em conformidade com a ABNT NBR 54102004 Tabela 13 Tabela resumo para determinação dos valores de correntes nominais e curvas de atuação dos dispositivos de proteção do exemplo Circuitos Seção adotada mm² Corrente de projeto IB A Capacidade de Corrente aplicados FCT e FCA IZ A Corrente nominal das proteções IN A Curva de Atuação adotada A 25 85 101 100 C B 35 100 108 100 C C 25 90 90 C Fonte o próprio autor As Figuras a seguir ilustram os dispositivos de proteção tripolar e bipolar fisica mente similares aos escolhidos respectivamente Figura 6 Tipos de disjuntores termomagnéticos tripolar e bipolar respectivamente Fonte Adapatado de Getty Images 22 23 Importante Vale lembrar que o exemplo apresentado para a determinação dos condutores pela pro teção é o método prático para o dimensionamento dos condutores considerando o uso de Tabelas de fabricantes ou seja não se esgotam aqui os detalhes de dimensionamen to até porque como já apresentado anteriormente fazse necessário um olhar atento e minucioso em cada maneira de instalar bem como da escolha da proteção adequada Nesse caso por exemplo se fossem adotados fusíveis ao invés de disjuntores como pro teção certamente haveria influência na determinação dos cabos Trocando ideias Importante Quanto ao dimensionamento dos condutores conforme determina a 5410 exigese que sejam aplicados no mínimo seis critérios sendo que a escolha dos condutores deve aten der à situação mais crítica São eles em resumo As seções mínimas A capacidade de condução de corrente Os limites de queda de tensão A proteção contra sobrecargas A proteção contra curtoscircuitos e solicitações térmicas A proteção contra choques elétricos por seccionamento automático da alimentação em esquemas TN e IT quando pertinente Neste material de estudo foram apresentados métodos referentes aos limites de queda de tensão à proteção contra sobrecargas e à proteção contra curtoscircuitos e solicita ções térmicas de forma a complementar os estudos realizados anteriormente referen tes às seções mínimas e à capacidade de condução de corrente Somente o critério da proteção contra choques elétricos não foi objeto de estudo pois basta considerar a escolha do valor nominal do dispositivo Diferencial Residual DR com valor comercial igual ou maior que o dispositivo de proteção contra sobrecarga e curto circuito além de serem utilizados quando for aplicável Em Síntese 23 UNIDADE Estudo e Aplicação Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade Livros Instalações Elétricas e o Projeto De Arquitetura CARVALHO JR R de Instalações Elétricas e o projeto de arquitetura 8ed rev1eddig São Paulo Edgard Blücher Ltda 2018 EBook Fundamentos de Instalações Elétricas SAMED M A S Fundamentos de instalações elétricas São Paulo Saberes 2017 EBook NR12 SANTOS J R dos ZANGIROLAMI J Z NR12 Segurança em Máquinas e Equipamentos 2015 Segurança e Higiene do Trabalho ROSSETE C A Segurança e higiene do trabalho São Paulo Pearson Education do Brasil 2015 24 25 Referências COTRIM A M B Instalações Elétricas 4ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2005 EBook COTRIM A M B Instalações Elétricas 5ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2008 EBook TAMIETTI R P Condutores Elétricos Passo a Passo das Instalações Elétricas Residenciais Belo Horizonte IEACENTENE 2001 p 525 Livro eletrônico Disponível em httpsbitly2TkVtgk Acesso em 4 de março de 2019 25 Cruzeiro do Sul Educacional
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distrair com as redes sociais Determine um horário fixo para estudar Aproveite as indicações de Material Complementar Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias Isso amplia a aprendizagem Seja original Nunca plagie trabalhos UNIDADE Estudo e Aplicação Critérios de Dimensionamento pela Queda de Tensão Em continuidade aos estudos sobre dimensionamento de condutores vamos re ver de forma sucinta os critérios estabelecidos na Norma ABNT NBR 54102004 Seção mínima Capacidade de condução de corrente Queda de tensão Sobrecarga Curtocircuito Contato indireto TN Como a própria Norma estabelece a seção dos condutores deve ser determina da de forma que sejam atendidos todos os critérios Sendo assim uma vez que foram estudados os critérios de dimensionamento con siderando a seção mínima e a capacidade de condução de corrente neste material será retomado o estudo de dimensionamento a partir do critério queda de tensão Conceitos da Queda de Tensão na Norma Conforme o subitem 6274 da 5410 para o cálculo da queda de tensão em um circuito devese utilizar a corrente de projeto do circuito IB incluindo as correntes harmônicas quando houver No caso de motores a corrente de projeto deve incluir o fator de serviço se existir Em qualquer ponto da instalação a queda de tensão verificada não deve ser superior aos valores dados em relação ao valor da tensão nominal da instalação conforme ilustrado a seguir 8 9 TransformadorGerador próprio da concessionária Equipamento de utilização 4 7 G Ponto de entrega Equipamento de utilização 4 7 Figura 1 Limites de queda de tensão de instalações conforme subitem 6271 da ABNT NBR 54102004 No entanto é importante considerar que a Norma 5410 também estabelece que em nenhum caso a queda de tensão nos circuitos terminais pode ser superior a 4 Queda de tensão unitária Existem diferentes formas de dimensionar os condutores considerando a queda de tensão A seguir será apresentado o roteiro para utilização do denominado mé todo da tensão unitária Roteiro para Dimensionamento da Queda de Tensão utilizando o Método da Queda de Tensão Unitária Para o dimensionamento dos condutores utilizando o critério da queda de ten são a seguir está o roteiro de um dos métodos utilizados 9 Assim devese identificardeterminar Tipo de isolamento do condutor Método de Instalação Material do eletrodo magnético ou não magnético Tipo de circuito monofásico ou trifásico Tensão do Circuito Corrente de projeto incluindo as correntes harmônicas IB Fator de potência cosϕ do circuito Comprimento L do circuito em Km Queda de tensão e admissível Cálculo da queda de tensão unitária ΔVunit e V IB L Escolha do condutor Com o valor da queda de tensão unitária entrase nas Tabelas de quedas de tensão VAkm que esteja de acordo com os dados anteriores e encontrase o valor cuja queda de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada obtendose dessa forma a seção do cabo correspondente Exemplo de Dimensionamento por Queda de Tensão Sejam os circuitos A B e C 220380V constituídos por cabos unipolares não halogenados instalados em leitos com temperatura ambiente de 40C todos os circuits têm comprimento de 30m e fator de potência de 080 Admitese uma queda de tensão máxima de 15 Circuito A trifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas IBA 85A com THD3 32 Circuito B trifásico com neutro circuito não equilibrado corrente de projeto incluindo as harmônicas IBB 100A com THD3 38 Circuito C bifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas IBC 90A com THD3 15 Assim podese determinar a queda de tensão unitária para cada circuito utilizando a expressão genérica ΔVunit e V IB L E para exemplificar o cálculo com os dados do circuito A ΔVunitA e V IR L 0015 380 V ΔVunitA 223 V Akm 11 Seguindo o mesmo raciocínio e utilizando as correntes de projeto de cada circui to determinase a queda de tensão unitária dos circuitos B e C ficandose com o exposto na Tabela 1 a seguir Tabela 1 Valores de queda de tensão unitária do exemplo Circuitos IB V Queda de tensão unitária V A km unitA A 85 223 B 100 190 C 90 211 Conforme o roteiro apresentado com a queda de tensão unitária localizase a Tabela de condutores adequadas ao tipo de condutor e se encontra o valor cuja que da de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada obtendose assim a seção do cabo correspondente Na Tabela a seguir podese verificar como proceder a determinação da seção nominal do circuito A Tabela 2 Valores de queda de tensão unitária cabos EPR 90C Fonte Adaptado do Guia de dimensionamento de baixa tensão Prysmian 11 UNIDADE Estudo e Aplicação Para o circuito A o condutor escolhido é o de 16mm² como pode ser visto no destaque da Tabela 2 Utilizando a mesma Tabela 2 para os demais circuitos mas com o objetivo de demonstrar a determinação do condutor as seções dos condutores fase de circuito B estão demonstrados na Tabela 3 a seguir Tabela 3 Valores determinados dos condutores do exemplo pelo critério da queda de tensão Fonte O próprio autor Para o circuito B portanto o condutor escolhido é o de 25mm² como pode ser visto no destaque da Tabela 3 Para fechar o raciocínio na determinação do condutor para o circuito C foi utilizada a Tabela 4 a seguir 12 13 Tabela 4 Valores de queda de tensão unitária cabos EPR 90C Fonte Adaptado do Guia de dimensionamento de baixa tensão Prysmian Portanto para o circuito C o condutor escolhido é o de 25mm² como pode ser visto no destaque da Tabela 4 Importante Tomara que você já tenha percebido mas esse exemplo também foi tratado no dimen sionamento pelo critério de capacidade de condução de corrente Comparando ao crité rio pela queda de tensão e adotando a seção que atenda à situação mais crítica temos o que está na Tabela 5 a seguir Trocando ideias 13 UNIDADE Estudo e Aplicação Tabela 5 Valores das seções adotadas dos condutores do exemplo Circuitos Seção pelo critério capacidade de corrente mm² Seção pelo critério queda de tensão mm² Seção adotada mm² A 25 16 25 B 35 25 35 C 16 25 25 Como visto nos resultados alcançados a seção adotada deve seguir qual dos critérios O correto é aplicar todos os critérios de dimensionamento de condutores e definir os condu tores conforme a situação mais desfavorável A propósito após os estudos feitos até aqui podemos concluir que foram aplicados os crité rios de dimensionamento mais comumente utilizados de um exemplo dentro da instalação industrial entretanto a 5410 orienta que é necessário ainda aplicar os critérios referentes à proteção contra correntes de sobrecarga Então vamos nessa Explor Critério de Proteção Contra Corrente de Sobrecarga Condições de Proteção Todo circuito deve ser protegido por dispositivos que interrompam a corrente quando seu valor ultrapassar o valor da capacidade de condução de corrente no minal em pelo menos um dos condutores carregados pois podem provocar uma deterioração da instalação caso permaneça por um tempo prolongado A interrupção da corrente de sobrecarga deve ocorrer em um tempo tal que os con dutores não atinjam os valores de temperatura limite de sobrecarga como os reapre sentados e destacados a seguir na Tabela 6 conforme a Tabela 35 da Norma 5410 Tabela 6 Temperaturas características dos condutores Tipo de Isolação Temperatura máxima para serviço contínuo condutor ºC Temperatura limite de sobrecarga condutor ºC Temperatura limite de curtocircuito condutor ºC Policloreto de vinila PVC até 300 mm2 70 100 160 Policloreto de vinila PVC maior que 300 mm2 70 100 140 Borracha etilenopropileno EPR 90 130 250 Polietileno reticulado XLPE 90 130 250 Fonte ABNT NBR 54102004 p 100 Para que a proteção dos condutores contra sobrecargas seja garantida as carac terísticas de atuação do dispositivo devem ser tais que I I I I I B N Z Z 2 1 45 14 Onde IB é a corrente de projeto Iz é a capacidade de condução de corrente dos condutores IN é a corrente nominal do dispositivo de proteção ou corrente de ajuste I2 é a corrente convencional de atuação disjuntores ou de fusão fuseis Como as características dos disjuntores e dos fusíveis são definidas em suas respectivas Normas no que diz respeito às correntes e aos tempos de atuações as duas condições anteriores podem ser simplificadas conforme segue Para os disjuntores IB IN Iz Para os fusíveis IB 145 I2 a Como I2 145 Iz IN I2 a logo I2 a IN Sendo a 19 para fusíveis com IN 10 A a 1175 para fusíveis com IN 10 25 A a 160 para fusíveis com IN 1000 A Além do exposto como existem diversas Normas relacionadas à proteção e considerando então que a corrente convencional de atuação I2 α IN um resumo dos valores do fator α para alguns tipos de aplicação também encontrados para disjuntores e fusíveis podem ser vistos na Tabela 7 a seguir Tabela 7 Tabela resumo dos valores do fator α para alguns tipos de aplicaçãopadrão Norma Valor do α AplicaçãoPadrão NBR IEC 609472 α 130 Industrial NBR 5361 α 135 NEMA NBR IEC 60898 α 145 DIN NBR 11840 α 160 Fusíveis NHD UNIDADE Estudo e Aplicação Capacidade de corrente do condutor Corrente de projeto Dispositivo de proteção I2 Ia ou If aIN IB IN IZ I2 145 IZ IN IN IB IB IZ IZ 145 IZ I I2 I2 Figura 2 Condições de proteção contra sobrecargas conforme 534 da ABNT NBR 54102004 A Figura 2 portanto ilustra que o dispositivo de proteção deve ter um valor de corrente nominal IN tal que seja maior ou igual que a corrente de projeto IB e menor ou igual à capacidade de condução de corrente do condutor IZ Além disso para a garantia de proteção contra sobrecarga a corrente de atua ção do dispositivo I2 deve ser menor ou igual a 145 vezes a capacidade de condu ção de corrente do condutor IZ Importante Vale destacar uma curiosidade como pode ser observado na Tabela 7 o padrão NEMA tem um valor α menor que o padrão DIN ou seja tem uma corrente convencional de atuação I2 α In ainda menor que a corrente convencional de atuação I2 do padrão DIN podendo proporcionar uma atuação em menor tempo quando comparado ao DIN o que significa maior proteção aos condutores No entanto considerandose as tolerâncias em suas curvas de atuação podese dizer que praticamente são compatíveis e ambos atendem a Norma Em outras palavras podese concluir que tanto o disjuntor preto NEMA como o branco DIN estão em conformidade com a Norma diferente do que se ouve por aí de vez em quando Trocando ideias Localização dos Dispositivos que asseguram Proteção contra Sobrecargas No item 5342 a Norma estabelece que devem ser providos dispositivos que assegurem proteção contra sobrecargas em todos os pontos nos quais uma mudan ça por exemplo de seção de natureza de maneira de instalar ou de constituição resulte em redução do valor da capacidade de condução de corrente dos condutores 16 17 Se alimentadores tiverem a mesma seção nominal então não é necessário insta lar nenhum dispositivo de proteção contra sobrecargas no ponto em que se realiza a derivação QD 1 Mesma seção nominal QD 2 Emendas de derivação QG Figura 3 Ilustração de circuitos com mesma seção nominal Fonte Adaptado de Getty Images No entanto se houver seções diferentes a regra geral determina que deve ser instalado um dispositivo na emenda 125 A 100 A QD 1 QG Alimentador 1 35mm² Alimentador 2 25mm² Alimentador 3 10mm² QD 2 50 A Figura 4 Ilustração de circuitos com seções nominais diferentes Fonte Adaptado de Getty Images Assim supondo um circuito como o representado na Figura 4 com alimentado res com seções nominais diferentes ou seja o alimentador 1 com 35mm² o ramal alimentador 2 com 25mm² e o ramal alimentador 3 com 10mm² fazse neces sária a instalação de dispositivos de proteção em cada derivação logo neste caso definidos de forma geral como 125A 100A e 50A 17 UNIDADE Estudo e Aplicação Esses casos com proteções nas derivações são muito comuns em Instalações Industriais e normalmente utilizam as linhas elétricas tipo busways Mas e se não houver possibilidade de inserir dispositivo de proteção nas derivações A Norma prevê essa condição Explor Deslocamento do Dispositivo de Proteção No item 53422 da Norma 5410 prescrevese que o dispositivo a proteger uma linha elétrica contra sobrecargas pode não ser posicionado exatamente no ponto de derivação até porque pode ser inviável fisicamente mas deslocado ao longo do percurso da linha se a parte da linha compreendida entre a mudança de seção e o dispositivo de proteção não possuir nenhuma derivação nenhuma toma da de corrente e atender a pelo menos uma das seguintes condições Estar protegida contra curtoscircuitos de acordo com o subitem 5345 da mesma Norma a qual trata de proteção contra sobrecarga de condutores em paralelo Seu comprimento não exceder 3 metros ser instalada de modo a reduzir ao mínimo o risco de curtocircuito e não estar situada nas proximidades de ma teriais combustíveis A Figura 5 a seguir apresenta uma situação na qual se verifica que se o compri mento do condutor entre a derivação e o Quadro de Distribuição for menor que 3 metros as proteções contra sobrecargas podem ser instaladas dentro dos Quadros 125 A 100 A QD 1 QG Alimentador 1 35mm² LMÁX 3 m Nenhuma derivação Nenhuma tomada de corrente Longe de materiais combustíveis Alimentador 2 25mm² Alimentador 3 10mm² QD 2 50 A Figura 5 Ilustração do deslocamento dos dispositivos de proteção Fonte Adaptado de Getty Images 18 Exemplo de dimensionamento pelo critério de proteção contra sobrecarga e curtocircuito método prático Antes de mais nada vale destacar que o exemplo a seguir apresenta uma forma simplificada de dimensionamento da proteção e de que existem mais detalhes a serem verificados mas que de forma prática a resolução que será implementada atende aos requisitos da Norma Além disso é importante observar que a Norma indica as condições gerais de coordenação entre condutores e dispositivos de proteção mas não fornece as características específicas dos dispositivos de proteção Tais informações devem ser obtidas junto aos fornecedores dos produtos os quais podem apresentar variações mas que não são diferenças significativas Sejam os circuitos A B e C 220380V constituídos por cabos unipolares não halogenados instalados em leitos com temperatura ambiente de 40ºC Todos os circuitos têm comprimento de 30m e fator de potência de 080 Admitse uma queda de tensão máxima de 15 Circuito A trifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas Iba 85A com THD₃ 32 Circuito B trifásico com neutro circuito não equilibrado corrente de projeto incluindo as harmônicas IbB 100A com THD₃ 38 Circuito C bifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas Ibc 90A com THD₃ 15 Como deve ter notado tratase dos mesmos circuitos utilizados nos dimensionamentos dos condutores os quais estão reunidos na Tabela 8 a seguir Tabela 8 Valores das seções adotadas dos condutores do exemplo e das respectivas correntes Circuitos Corrente de projeto I A Seção pelo critério capacidade de corrente mm² Seção pelo critério que visa tensão mm² Seção adotada mm² Capacidade de Corrente Iz tabela A Capacidade de Corrente aplicados FCT e FCA Iz A A 85 25 16 25 135 101 B 100 35 25 35 169 108 C 90 16 25 25 135 90 Observe que para visualização das correntes de cada circuito foram inseridas colunas com as informações das correntes de projeto incluindo as harmônicas Iba e também com as correntes referentes às capacidades de condução de correntes corrigidas pelo uso dos fatores de correção de temperatura e de agrupamento Iz encontrados conforme a expressão retomada a seguir Iz Izabenta FCT FCA FCCN UNIDADE Estudo e Aplicação Para resgatar os fatores de correção utilizados e reforçar os valores encontrados das capacidades de correntes corrigidas IZ a Tabela 9 a seguir reúne as informa ções relacionadas Tabela 9 Valores dos fatores de correção aplicados e das correntes corrigidas do exemplo Circuitos IB IZ tabela A FCT FCA FCCN IZ A A 85 135 091 082 101 B 100 69 091 082 086 108 C 90 121 091 082 90 A fim de reorganizar e auxiliar a análise para a escolha da proteção adequada que proteja contra sobrecarga e curtocircuito bem como considerando a utilização de disjuntores conforme a Norma ABNT NBR 60898 o resultado da verificação da condição básica a seguir fica conforme a Tabela 10 IB IN IZ Tabela 10 Análise para determinação dos valores de correntes nominais dos dispositivos de proteção do exemplo Circuitos Seção adotada mm² Corrente de projeto IB A Capacidade de Corrente aplicados FCT e FCA IZ A Corrente nominal das proteções IN A A 25 85 101 100 B 35 100 108 100 C 25 90 90 Podese observar que no circuito trifásico A a seção adotada e adequada confor me critérios utilizados até aqui é de 25mm² e considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IB 85A bem como a capacidade de corrente corrigida IZ 101 A possibilita a escolha do dispositivo de proteção com corrente nominal de 100A pois atende à condição conforme demonstrado a seguir IB IN IZ 85 A IN 101 A logo IN 100A atende A Tabala 11 a seguir auxilia na identificação da escolha do disjuntor do circuito A ou seja IN 100A com curva de atuação C adotada devido à possíveis cor rentes de partida Tabela 11 Recorte da Tabela do fabricante para identificação e escolha do disjuntor termomagnético Fonte Catálogo de Minidisjuntores Siemens 20 No circuito trifásico B a seção adotada e adequada conforme critérios utilizados até aqui é de 35mm² e considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IbB 100A bem como a capacidade de corrente corrigida Iz 108A possibilita a escolha do dispositivo de proteção com corrente nominal de 100A pois atende à condição conforme demonstrado a seguir IbB In Iz 100 A In 108A logo In 100A atende A Figura 6 anterior auxilia na identificação da escolha do disjuntor do circuito B ou seja também com In 100A com curva de atuação C adotada devido a possíveis correntes de partida Já no caso do circuito bifásico C a seção adotada e adequada conforme critérios utilizados até aqui é de 25mm² considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IbC 90A bem como a capacidade de corrente corrigida Iz 90A diferentemente dos anteriores não há disjuntores com valor suficiente que atenda à condição básica IbC In Iz 90 A In 90A logo In Nesse caso portanto para o dimensionamento correto do condutor considerando o critério de proteção contra sobrecarga e corrente de curtocircuito a solução é adotar o condutor imediatamente maior ou seja ao invés do condutor com seção nominal de 25mm² adotase o de 35mm² permitindo assim nova análise Dessa forma para a nova análise fazse necessário determinar antes a nova corrente corrigida do circuito bifásico C reconsiderando o condutor de 35mm² conforme a seguir Iz Izabenta FCT FCA FCCN Assim reanalizando as condições para a determinação do condutor do circuito bifásico C pelo critério de proteção com a seção adotada e readequada de 35mm² e considerando a corrente de projeto incluindo as harmônicas IbC 90A bem como a capacidade de corrente corrigida Iz 100A possibilita a escolha do dispositivo de proteção com corrente nominal de 100A pois atende à condição conforme demonstrado a seguir IbC In Iz 90 A In 100 A logo ficou também In 100A Portanto a Tabela 12 a seguir auxilia na identificação da escolha do disjuntor do circuito bifásico C ou seja In 100A com curva de atuação C adotada também devido a possíveis correntes de partida UNIDADE Estudo e Aplicação Tabela 12 Recorte da Tabela do fabricante para identificação e escolha do disjuntor termomagnético Fonte Catálogo de minidisjuntores Siemens Podese observar também que os disjuntores escolhidos foram disjuntores que suportam altas correntes de curtocircuito nesse caso 10kA ou seja se a corrente de curtocircuito presumida no ponto for por exemplo 8kA o tipo de disjuntor escolhido como uma IN 100A atende plenamente as condições de proteção A Tabela 13 a seguir portanto reorganiza e destaca o dimensionamento da proteção dos condutores das linhas elétricas estudadas em conformidade com a ABNT NBR 54102004 Tabela 13 Tabela resumo para determinação dos valores de correntes nominais e curvas de atuação dos dispositivos de proteção do exemplo Circuitos Seção adotada mm² Corrente de projeto IB A Capacidade de Corrente aplicados FCT e FCA IZ A Corrente nominal das proteções IN A Curva de Atuação adotada A 25 85 101 100 C B 35 100 108 100 C C 25 90 90 C Fonte o próprio autor As Figuras a seguir ilustram os dispositivos de proteção tripolar e bipolar fisica mente similares aos escolhidos respectivamente Figura 6 Tipos de disjuntores termomagnéticos tripolar e bipolar respectivamente Fonte Adapatado de Getty Images 22 23 Importante Vale lembrar que o exemplo apresentado para a determinação dos condutores pela pro teção é o método prático para o dimensionamento dos condutores considerando o uso de Tabelas de fabricantes ou seja não se esgotam aqui os detalhes de dimensionamen to até porque como já apresentado anteriormente fazse necessário um olhar atento e minucioso em cada maneira de instalar bem como da escolha da proteção adequada Nesse caso por exemplo se fossem adotados fusíveis ao invés de disjuntores como pro teção certamente haveria influência na determinação dos cabos Trocando ideias Importante Quanto ao dimensionamento dos condutores conforme determina a 5410 exigese que sejam aplicados no mínimo seis critérios sendo que a escolha dos condutores deve aten der à situação mais crítica São eles em resumo As seções mínimas A capacidade de condução de corrente Os limites de queda de tensão A proteção contra sobrecargas A proteção contra curtoscircuitos e solicitações térmicas A proteção contra choques elétricos por seccionamento automático da alimentação em esquemas TN e IT quando pertinente Neste material de estudo foram apresentados métodos referentes aos limites de queda de tensão à proteção contra sobrecargas e à proteção contra curtoscircuitos e solicita ções térmicas de forma a complementar os estudos realizados anteriormente referen tes às seções mínimas e à capacidade de condução de corrente Somente o critério da proteção contra choques elétricos não foi objeto de estudo pois basta considerar a escolha do valor nominal do dispositivo Diferencial Residual DR com valor comercial igual ou maior que o dispositivo de proteção contra sobrecarga e curto circuito além de serem utilizados quando for aplicável Em Síntese 23 UNIDADE Estudo e Aplicação Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade Livros Instalações Elétricas e o Projeto De Arquitetura CARVALHO JR R de Instalações Elétricas e o projeto de arquitetura 8ed rev1eddig São Paulo Edgard Blücher Ltda 2018 EBook Fundamentos de Instalações Elétricas SAMED M A S Fundamentos de instalações elétricas São Paulo Saberes 2017 EBook NR12 SANTOS J R dos ZANGIROLAMI J Z NR12 Segurança em Máquinas e Equipamentos 2015 Segurança e Higiene do Trabalho ROSSETE C A Segurança e higiene do trabalho São Paulo Pearson Education do Brasil 2015 24 25 Referências COTRIM A M B Instalações Elétricas 4ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2005 EBook COTRIM A M B Instalações Elétricas 5ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2008 EBook TAMIETTI R P Condutores Elétricos Passo a Passo das Instalações Elétricas Residenciais Belo Horizonte IEACENTENE 2001 p 525 Livro eletrônico Disponível em httpsbitly2TkVtgk Acesso em 4 de março de 2019 25 Cruzeiro do Sul Educacional