Programa de Ensino ELE 1093: Instalações Elétricas Industriais

Professor Antonio Padilha Feltrin Programa de Ensino ELE 1093 Instalações Elétricas Industriais Conteúdo do Programa de Ensino Aulas teóricas 1 Tipos de Distribuição de Instalações Elétricas Industriais 2 Cargas Elétricas Industriais 3 Correntes de Curto Circuito Em Instalações de Baixa Tensão 4 Dispositivos de Comando Proteção e Automação 5 Seletividade em Sitemas de Proteção 6 Dimensionamento de Circuitos de Motores 7 Fator de Potência e sua Correção 8 Uso Eficiente de Energia Elétrica 9 Entrada de Energia Elétrica em Média Tensão Conteúdo do Programa de Ensino Aulas práticas 1 Medida de resistência de aterramento elétrico 2 Funcionamento de um controlador de demanda 3 Acionamentos através de contator 4 Comandos usando contatores 5 Obtenção da curva característica de um relé térmico 6 Correção do Fator de Potência usando controlador automático 7 Projeto de Instalações Eétricas Industriais Conteúdo do Programa de Ensino Avaliação 1 Duas Provas P1 e P2 média P 2 Oito Relatórios 6 labs2proj média L 3 Aproveitamento final A 08 P02L existem pesos cruzados Prova Substitutiva para substituir P1 ou P2 e para os ausentes em P1 ou P2 P1 15julho15 P2 02setembro15 Sub 17setembro15 Conteúdo do Programa de Ensino Bibliografia 1 NBR 5410 Instalações Elétricas de Baixa Tensão ABNT 2004 2 MAMEDE FILHO J Instalações Elétricas Industriais LTC 8a ed 2011 3 NISKIER J MACINTYRE AJ Instalações Elétricas LTC 5a ed 2008 4 COTRIM AAMB Instalações Elétricas PEARSON 5a ed 2008 5 Notas técnicas e resoluções da ANEEL 1 Elementos de Projeto Introdução Elaboração do Projeto Industrial Condições de Suprimento Características funcionais da indústria Conjunto de Plantas da Indústria Planta de situação Situar a obra Planta baixa de arquitetura do prédio área de construção ambientes de produção industrial escritórios dependências em geral Planta baixa do arranjo das máquinas Indicação da posição dos motores a alimentar e dos painéis de controle Plantas de detalhes Vistas e cortes do galpão industrial detalhes sobre a existência de pontes rolantesesteiras detalhes de colunas e vigas de concreto detalhes de montagem de certas máquinas de grandes dimensões Flexibilidade Acessibilidade Confiabilidade Continuidade 1 Elementos de Projeto Normas recomendadas ABNT NBR 5410 2004 Instalações Elétricas de Baixa Tensão Baseada na norma internacional IEC 60364 aplicada em todas as instalações elétricas cuja tensão nominal é igual ou inferior a 1000 V CA ou 1500 V CC A norma abrange os seguintes tipos de instalação de baixa tensão 1 Edificações residenciais e comerciais em geral 2 Estabelecimentos institucionais e de uso público 3 Estabelecimentos industriais 4 Estabelecimentos agropecuários e hortigranjeiros 5 Edificações préfabricadas 6 Reboques de acampamento trailers locais de acampamento campings marinas e locais análogos 7 Canteiro de obras feiras exposições e outras instalações temporárias Obs Complementada pelas normas NBR 13570 Instalações Élétricas em Locais de Afluência de Público Requisitos Específicos e NBR 13534 Instalações Elétricas de Baixa Tensão Requisitos Específicos para Instalação em Estabelecimentos Assistenciais de Saúde e NR10 do Ministério do Trabalho e Emprego MTE 1 Elementos de Projeto Dados para Elaboração do Projeto Condições de Fornecimento de Energia Elétrica responsabilidade da Concessionária Garantia de suprimento de carga dentro de condições satisfatórias Variação da tensão de suprimento Tensão de fornecimento Tipo de sistema de suprimento radial radial com recurso Capacidade de curtocircuito atual e futuro do sistema Impedância reduzida no ponto de suprimento Características das Cargas 1 Motores potência tensão corrente frequência número de polos número de fases ligações possíveis regime de funcionamento 2 Fornos a arco potência do forno potência e curtocircuito do forno potência do transformador do forno tensão frequência 3 Outras cargas máquinas acionadas por sistemas computadorizados com variação de tensão mínima aparelhos de raio X industrial e outras cargas tidas como especiais devem merecer estudo particularizado por parte do projetista ProdistMódulo 8 pg 30 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Divisão da Carga em Blocos Cada bloco de carga deve corresponder a um quadro de distribuição terminal com alimentação e proteção individualizadas A escolha dos blocos é feita considerandose os setores individuais de produção bem como a grandeza de cada carga queda de tensão Exemplo Indústria de fiação batedores filatórios cardas etc Localização dos Quadros de Distribuição de Circuitos Terminais CCM e QDL No centro do conjunto de cargas Próximo a linha de alimentação Em locais de fácil acesso Em locais com condições climáticas e físicas favoráveis Localização do Quadro de Distribuição Geral QGF Devem ficar próximos às unidades de transformação nas quais serão conectados Estes quadros contém os componentes para seccionamento proteção e medição dos circuitos Planta exemplo1 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Sistema Secundário de Distribuição Indústria SUBESTAÇÃO SE 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Localização da Subestação SE Projetada em função do arranjo arquitetônico da construção segurança e critérios técnicos cálculo do centro de carga 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Cálculo da localização do centro de carga 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Sistema Primário de Suprimento Rede de Distribuição Radial Simples Radial com Recurso 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Sistema Primário de Distribuição Interna Indústria Radial Simples Radial com Recurso 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Quadros de Distribuição QGF CCM QDL Devem ser construídos de modo a satisfazer as condições do ambiente em que serão instalados apresentar bom acabamento rigidez mecânica e disposição apropriada 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto Devese prever circuito de reserva nos Quadros de Distribuição QGF CCM QDL de forma a satisfazer os seguintes critérios determinados pela NBR 54102004 Quadros de distribuição com até 6 circuitos espaço para no mínimo 2 circuitos de reserva Quadros de distribuição contendo de 7 a 12 circuitos espaço para no mínimo 3 circuitos de reserva Quadros de distribuição contendo de 13 a 30 circuitos espaço para no mínimo 4 circuitos de reserva Quadros de distribuição contendo acima de 30 circuitos espaço reserva para uso no mínimo 15 dos circuitos existentes 1 Elementos de Projeto Concepção do Projeto 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 A norma IEC605292001 Degrees of protection provided by enclosures especifica os graus de proteção através de um código composto pelas letras IP seguidas de dois números que significam aPrimeiro Algarismo Indica o grau de proteção quanto à penetração de corpos sólidos e contatos acidentais ou seja 0sem proteção 1corpos estranhos com dimensões acima de 50 mm 2corpos estranhos com dimensões acima de 12 mm 3corpos estranhos com dimensões acima de 25 mm 4corpos estranhos com dimensões acima de 1 mm 5proteção contra acúmulo de poeira prejudicial ao equipamento 6proteção contra penetração de poeira bSegundo Algarismo Indica o grau de proteção quanto à penetração de água internamente ao invólucro ou seja 0sem proteção 1pingos de água na vertical 2pingos de água até a inclinação de 15 com a vertical 3água de chuva até a inclinação de 60 com a vertical 4respingos em todas as direções 5jatos de água em todas as direções 6imersão temporária 7imersão 8submersão 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Curva de Carga máx inst d D F P 1 t t t D P t dt kW t t t t D t P t dt kWh Fator de Demanda Demanda e Energia Fd para agrupamento de motores 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico méd máx cd D F D Fator de Carga diário máx 730 kWh cm C F D Fator de Carga mensal Elevado Fator de Carga significa Otimização dos investimentos da instalação elétrica Aproveitamento racional e aumento da vida útil da instalação elétrica Redução do valor da demanda de pico Dmax 350 053 650 Fcd 189990 040 730 650 Fcm Dmax Dméd 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Não Otimizado Otimização do uso da Energia através da melhoria do fator de carga Conservar o consumo e reduzir a demanda Conservar a demanda e aumentar o consumo Otimizado Outras formas Controle automático da demanda ar condicionado estufas fornos câmaras frigoríficas Reprogramação da operação das cargas horários de operação de certas máquinas 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Fator de Simultaneidade relação entre a demanda máxima do grupo de aparelhos pela soma das demandas individuais dos aparelhos do mesmo grupo num intervalo de tempo Fator de Simultaneidade máx máx 1 s n i i D F D 1 dv s F F Fator de Diversidade 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico 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 Nota O fator de utilização citado em muitas normas européias e na antiga NBR 54101980 só pode ser aplicado no projeto quando há perfeito conhecimento do equipamento e de suas condições de uso 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Determinação da Demanda de Potência Industrial e Administrativa Motores elétricos demanda solicitada da rede por motor Iluminação 0736 eim m P D kVA Fp eim n um P P F cv 1000 r m l l il P F N P Fp D kVA Potência noeixodomotor em cv Fator deutilizaçãodomotor Rendimentodomotor Fator de potência eim um P F Fp Fator de multiplicação para compensar perdas do reator e harmônicas Quantidade de cada tipo de lâmpada Potência nominal da lâmpada Perdas dos reatores Fator de potência dos reatores m l l r F N P P Fp 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Exemplo de aplicação 11 Determinar as demandas dos CCM1 CCM2 QDL e QGF e a potência necessária do transformador da subestação Todos os motores são de indução rotor em gaiola e de IV polos Dados 1 Motores de 75 cv 2 Motores de 30 cv e 3 Motores de 50 cv 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Formação da Curva de Carga Medidor Digital 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Curva de Carga Residencial Curva de Carga Comercial Curva de Carga Industrial 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Determinação da Curva de Carga Demanda dos Motores Iluminação 0736 m n um m sm N P F D F kVA Fp 1000 r m l l il P F N P Fp D kVA Quantidade de motores Potência nominal do motor em cv Rendimentodomotor Fator de potência Fator de simultaneidade m n sm N P Fp F Fator de multiplicação para compensar perdas do reator Quantidade de cada tipo de lâmpada Potência nominal da lâmpada Perdas dos reatores Fator de potência dos reatores m l l r F N P P Fp 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Exemplo de aplicação 12 15 25 085 0736 06 1904 088 084 Dm A kVA 20 15 083 0736 055 1563 086 075 DmB kVA 64 1 750 32 096 290 1000 Diladm kVA 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Exemplo de aplicação 12 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Exemplo de aplicação 12 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Dois procedimentos para obtenção da DEMANDA em KVA Qual utilizar 1 Método com uso do Fd ou com o Fs mais Fu O problema está relacionado com os possíveis erros introduzidos pelo uso de Fatores que não levaram em conta particularidades da indústria em estudo Outro aspecto importante é a necessidade de utilizar fatores obtidos de industriais do mesmo ramo de atividades que a industria em estudo 2 Método da Formação da Curva de Carga O problema que pode aparecer é a falta ou pouca informação sobre os horários de operação de todos os setores da industria Porém se este dado estiver disponível este é o procedimento recomendado 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Determinação da Tarifa Média de uma Instalação Industrial Demanda de Potência Durante um intervalo de tempo normalmente de 15 min e é faturada pelo maior valor medido durante o período de fornecimento mensal ou o valor contratado Consumo de Energia Corresponde ao valor acumulado pelo uso da potência elétrica disponibilizada ao consumidor ao longo de um período de consumo mensal Tarifas do Grupo A Tensão de Fornecimento ANEEL Resolução 414 Art 12 I Tensão secundária em rede aérea Carga instalada igual ou inferior a 75 kW IITensão primária de distribuição inferior a 69 kV Carga instalada superior a 75 kW e a demanda igual ou inferior a 2500 kW IIITensão primária de distribuição igual ou superior a 69 kV Demanda superior a 2500 kW Horossazonal azul V 69 kV Horossazonal azul ou verde V 69 kV e D 300 kW Convencional azul ou verde V 69 kV e D 300 kW 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Postos Tarifários horas do dia Horário de Ponta P Período entre 18 e 21 horas do dia Horário Fora de Ponta FP Demais horas dos dias úteis e as 24 horas dos sábados domingos e feriados Postos Tarifários meses do ano Período seco S Maio a Novembro Período úmido U Dezembro a Abril Estruturas das Tarifas para Faturamento Demanda RkW Valor único Consumo RMWh Valor único Convencional Demanda RkW P e FP Consumo RMWh PU FPU PS FPS Azul Demanda RkW Valor único Consumo RMWh PU FPU PS FPS Verde O Valor da demanda faturada é maior entre os valores Demanda Contratada Demanda Medida 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Tarifas praticadas pela ELEKTRO 2015 Modalidade tarifária baixa tensão httpwwwelektrocombrsuacasatarifastaxasetributos SUBGRUPO TE RkWh TU RkWh B1Residencial 026565 024051 B2Rural 018064 016354 B3 ComercialIndustrial 026754 024380 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Tipologias nas redes de distribuição ELEKTRO Nota técnica ANEEL2012 Consumidores de Alta Média e Baixa Tensão 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Agregado dos Consumidores 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Definição de Ponta e Fora de Ponta Horário de ponta período composto por 3 três horas diárias consecutivas definidas pela distribuidora considerando a curva de carga de seu sistema elétrico aprovado pela ANEEL para toda a área de concessão com exceção feita aos sábados domingos terçafeira de carnaval sextafeira da Paixão Corpus Christi e mais oito feriados nacionais e Horário fora de ponta período composto pelo conjunto das horas diárias consecutivas e complementares àquelas definidas no horário de ponta 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Horario de Ponta e Fora de Ponta na ELEKTRO Na ELEKTRO o horário de ponta é das 17h30 às 20h29 sob a justificativa de que é nesse período que ocorre a demanda máxima de seu sistema nos dias em que existe a sinalização tarifária Durante o horário de verão o horário de ponta é deslocado para o período das 18h30 às 21h29 visto que os medidores não são alterados com o início do horário de verão 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Tarifas praticadas pela ELEKTRO 2015 Modalidade tarifária baixa tensão httpwwwelektrocombrsuacasatarifastaxasetributos SUBGRUPO TE RkWh TU RkWh B1Residencial 026565 024051 B2Rural 018064 016354 B3 ComercialIndustrial 026754 024380 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Bandeiras Tarifárias Bandeira verde condições favoráveis de geração de energia A tarifa publicada se mantém Bandeira amarela condições de geração menos favoráveis A tarifa publicada sofre acréscimo de R 2500 para cada MegaWatt hora MWh consumido Bandeira vermelha condições mais custosas de geração A tarifa publicada sofre acréscimo de R 5500 para cada MegaWatt hora MWh consumido httpwwwelektrocombrsuacasatarifastaxasetributos 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Tarifas praticadas pela ELEKTRO 2015 SUBGRUPO TE RkWh TU RkWh CONSUMO ENERGIA A3a 30 kV a 44 kV 026516 007406 A4 23 kV a 25 kV 026516 007054 SUBGRUPO TU RkW DEMANDA A3a 30 kV a 44 kV 2782 A4 23 a 25 kV 2929 Modalidade tarifária convencional httpwwwelektrocombrsuacasatarifastaxasetributos 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Tarifas praticadas pela ELEKTRO 2015 Modalidade tarifária horária verde httpwwwelektrocombrsuacasatarifastaxasetributos SUBGRUPO TE RkWh TU RkWh CONSUMO ENERGIA Ponta Fora Ponta Ponta Fora Ponta 3a 30 kV a 44 kV 041180 025240 074205 007318 A4 23 a 25 kV 041180 025240 077734 007327 SUBGRUPO TU RkW DEMANDA A3a 30 kV a 44 kV 922 A4 23 a 25 kV 971 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Tarifas praticadas pela ELEKTRO 2015 Modalidade tarifária horária azul httpwwwelektrocombrsuacasatarifastaxasetributos SUBGRUPO TE RkWh TU Rkwh CONSUMO ENERGIA Ponta Fora Ponta Ponta Fora Ponta A2 88 a 138 kV 041132 025210 005472 005472 A3 69 kV 041481 025427 007894 007894 A3a 30 kV a 44 kV 041180 025240 007365 007365 A4 23 a 25 kV 041180 025240 007374 007374 SUBGRUPO TU RkW TU RkW DEMANDA Ponta Fora Ponta A2 88 a 138 kV 470 307 A3 69 kV 1319 461 A3a 30 kV a 44 kV 2756 929 A4 23 a 25 kV 2901 977 1 Elementos de Projeto Formulação de um Projeto Elétrico Exemplo de Aplicação 13 As Figuras representam a situação operativa diária de uma consumidor industrial em 138 kV respectivamente antes e depois da aplicação de um estudo de melhoria do fator de carga conservando o mesmo nível de produção durante os 30 dias de operação mensal O consumo em ambos os casos é de 126000 KWhmês Determinar a resultante economia diária com a energia elétrica Considerar as tarifa CONVENCINAL e AZUL adotada pela ELEKTRO a demanda máxima medida será a contratada