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O que é um sistema elétrico?

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Apresentação em tema: "O que é um sistema elétrico?"— Transcrição da apresentação:

1 1.1 Sistemas e Instalações Elétricas – Fundamentos O que é um circuito elétrico?

2 O que é um sistema elétrico?

3 O que é uma instalação elétrica?

4 1.2. Normas Técnicas ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas é o órgão responsável pela normalização técnica no país. É a representante oficial no país das seguintes entidades: ISO IEC ABNT AMN COPANT

5 O que é Normalização? É Tecnologia consolidada, que nos permite confiar e reproduzir infinitas vezes determinado procedimento, seja na área industrial, no campo de serviços com mínima possibilidade de errar. A ABNT estabelece um conjunto de normas técnicas brasileiras sobre instalações elétricas e áreas afins, especialmente materiais elétricos. As normas estão classificadas segundo as categorias abaixo: Condutores; Proteção – Sistemas; Proteção – Componentes; Desenhos e Projetos; Instalações Elétricas em Baixa Tensão;

6 Instalações Elétricas em Alta Tensão;
Iluminação; Equipamentos; Segurança. Em geral existem diversas normas e suas aplicações dentre as categorias citadas, e nesta disciplina será dado ênfase a NBR 5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão, última edição da norma, de 2008, versão corrigida) baseada na norma internacional IEC – Electrical Installations of Buildings, é a norma aplicada a todas as instalações elétricas cuja a tensão nominal é igual ou inferior a 1000 V (CA) ou a V (CC). As Instalações que possuem tensão nominal superior a 1000 V (CA) e inferior a V (CA) são genericamente chamadas de instalações de média tensão (NBR 14039).

7 As Instalações que possuem tensão nominal superior a 1000 V (CA) e inferior a V (CA) são genericamente chamadas de instalações de média tensão (NBR 14039). A NBR 5410 fixa as condições a que as instalações de baixa tensão devem atender, a fim de garantir seu funcionamento adequado, a segurança de pessoas, animais domésticos e a conservação de bens. Aplicação: novas instalações, reformas de instalações existentes e substituição de componentes que implique alteração do circuito. Abrangência: Todos tipos de instalação de baixa tensão, tais como: Edificações residenciais e comerciais em geral; Estabelecimentos institucionais e de uso público; Estabelecimentos industriais, agropecuários e outros; Edificações pré-fabricadas; Canteiro de obras, feiras, exposições e outras instalações temporárias.

8 A NBR 5410 é complementada atualmente por outras duas normas:
NBR – Instalações Elétricas em Locais de Afluência de Público: Requisitos Específicos. Aplica-se às instalações elétricas de locais como cinemas, teatros, danceterias, escolas, lojas, restaurantes, estádios, ginásios, circos e outros locais indicados, com capacidades mínimas de ocupação (n. de pessoas) especificadas. NBR – Instalações Elétricas de Baixa Tensão – Requisitos Específicos para Instalação em Estabelecimentos Assistenciais de Saúde. Aplica-se a hospitais, ambulatórios, unidades sanitárias; clínicas médicas, veterinárias e odontológicas; entre outros, tendo em vista a segurança dos pacientes. A terminologia de instalações elétricas de baixa tensão é tratada na norma NBR IEC (Vocabulário Eletrotécnico Internacional).

9 IDR = I1 + I2 + I3 + IN Componente das Instalações - Prosseguimento
Corrente de Fuga Corrente Diferencial Residual IDR = I1 + I2 + I3 + IN “Em caso de falta ou corrente de fuga” I1 + I2 + I3 + IN ≠ 0

10 1.4 Tensões Elétricas De acordo com a IEC 60038, os sistemas elétricos são caracterizadas por: Tensão Nominal Tensão Máxima Tensão Mínima De acordo com a NBR IEC 60050, a Tensão Nominal é definida como a tensão pela qual a instalação (ou parte dela ) é projetada. Classificação: U ≤ 50 V (CA) e U ≤ 120 V (CC) Extra Baixa Tensão U ≤ 1000 V (CA) e U ≤ 1500 V (CC) Baixa Tensão U > 1000 V (CA) e U > 1500 V (CC) Alta Tensão

11 Tensões Nominais - Sistemas de Baixa Tensão usuais no Brasil
Tensões Nominais – Faixa de 1kV a 35kV usuais no Brasil 2,4 kV 13,2 kV 3,8 kV 13,8 kV * 4,16 kV * 23 kV * 6,6 kV * 34,5 kV *

12 1.5 Choque Elétrico O que é um Choque Elétrico? Contato Direto e Indireto

13 1.6 Instalações de Baixa Tensão
Podem ser alimentadas de várias maneiras:

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17 Alimentação direta em Baixa Tensão
Ramal de Ligação Ponto de Entrega Ramal Interno Ramal de Entrada Unidade Consumidora Entrada de Serviço

18 Tensão Nominal e Tensão de Serviço em Instalação BT – Unidade Consumidora
Resolução ANEEL n. 505 / 2001, define a tensão nominal na origem da instalação, bem como a variação permitida

19 Esquema Típico de Instalação – Alimentação por Rede Pública BT

20 Esquema Típico de Instalação – Alimentação por Rede Pública AT
O QUE É UM CIRCUITO DE UMA INSTALAÇÃO ELÉTRICA ??? E QUAIS SÃO OS SEUS TIPOS??

21 Tomada de Corrente e Ponto de Tomada (NBR 5410)
Em uma instalação, podem ser classificadas em 02 tipos diferentes: Tomadas de Uso Específico (Ar condicionado, equipamentos estacionários) Tomadas de Uso Geral (Equipamentos portáteis e estacionários)

22 Instalações Temporárias
Podem ser classificadas em 03 tipos diferentes: Instalação de Reparos (Substitui uma instalação defeituosa ocasionadas por acidente) Instalação de Trabalho (Modificação e reparos com o sistema energizado) Instalação Semipermanente (Instalação em canteiro de obras) Sistema de Alimentação Elétrica para Serviços de Segurança (SAESS) Iluminação de emergência Sinalização de rotas de fuga para evacuação de locais Sistemas de detecção de fumaça e fogo Sistemas de exaustão de fumaça e gases tóxicos Bombas de água para incêndio e outros mais...

23 1.7 Equipamentos de Utilização
Podem ser classificadas em 03 grandes categorias: Aparelhos de iluminação (Incandescentes, Descarga e LEDs) Equipamentos industriais (Compressores, bombas, pontes rolantes e outros) Equipamentos não industriais (eletrodomésticos, computadores e outros) *Equipamentos acionados a motor (Industriais e Não Industriais) Tipos de Motores Elétricos: Motores de corrente contínua (Conjugados Elevados e/ou variação de velocidade) Ex: Prensas, tração elétrica, máquinas-ferramentas e outros Motores de corrente alternada (Mais utilizados – Podem ser síncronos ou de indução). Ex: Motor Síncrono – grandes cargas ou quando se necessita de velocidade constante. Motores de Indução – funcionam com velocidade constante abaixo da velocidade síncrona, e variam ligeiramente com a

24 carga mecânica aplicada ao eixo
carga mecânica aplicada ao eixo. Por sua robustez e baixo custo são os motores mais utilizados, principalmente os do tipo gaiola, e são adequados para a maioria dos equipamentos encontrados na indústria. Corrente de Partida de Motores (CA): É superior a corrente de funcionamento normal em carga. Considerando partida direta de um motor de indução trifásico, a corrente de partida pode ser: Para motores de corrente contínua, a corrente de partida depende da resistência do circuito da partida do rotor, em média, 2,5 x In . IP = 4,2 a 9 x In , para motores de 02 pólos IP = 4,2 a 9 x In , para motores com mais de 02 pólos (valor médio de 6 In )

25 Classificação dos equipamentos a motores elétricos:
A NBR 5410 classifica os equipamentos a motor utilizados em aplicações normais em dois grupos principais: Cargas industriais e similares (constituídas por motores de indução trifásicos do tipo gaiola com potências não superiores a 200 CV acionando cargas em regime contínuo) Cargas residenciais e comerciais (constituídas por motores com potências nominais não superiores a 2 CV, integrando aparelhos eletrodomésticos Características nominais: Os equipamentos de utilização são caracterizados por valores nominais, especificados e garantidos pelos fabricantes, para condições de funcionamento estabelecidas. Por exemplo: Dados de placa de um motor de 3 CV.

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27 η = 𝑷𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝑷 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 = 𝑃 ′ 𝑛 𝑃𝑛
Rendimento e Fator de Potência de um equipamento de utilização: Equipamento genérico Un, In, Pn P’n Cos Φn η entrada saída η = 𝑷𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝑷 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 = 𝑃 ′ 𝑛 𝑃𝑛 cosΦ = 𝑷𝒏 𝑺𝒏 Pn = Un x In x cos Φn

28 Exemplo 1: Calcule a corrente nominal do motor de indução trifásico tipo gaiola de 15 CV, 380 V, com η = 0,8 e cos Φn = 0,85 Exemplo 2: Dada uma churrasqueira elétrica de 3 kW, com η = 60% em 220 V, calcule a corrente elétrica e a potência ativa de entrada na churrasqueira

29 Potências Nominais Típicas de Aparelhos Eletrodomésticos

30 Potências Nominais Típicas de Aparelhos de Ar Condicionado
1.8 – Circuitos Dispositivos de proteção Dispositivos de comando Tomadas de corrente

31 Dispositivo de Proteção Contra Surto
Dispositivo Diferencial Residual Dispositivo de Comando - Contator Dispositivo de Comando - Disjuntor

32 Necessidade da Divisão da Instalação em Circuitos
Limitar a consequência de uma falta Facilitar as inspeções, ensaios e manutenção Evitar graves consequências resultantes de uma falha de um circuito único Distribuições Radiais Por questões de segurança recomenda-se evitar um número excessivo de pontos de utilização em um circuito terminal NBR 5410 recomenda que os circuitos terminais sejam individualizados

33 Esquema de Condutores Vivos
Tipo e número de condutores vivos de uma instalação elétrica

34 Natureza da Influência Externa Classe de cada Parâmetro
1.9 – Influências Externas Trata-se de todas condições exteriores a que podem estar sujeitos os diversos componentes da instalação e que, poderão influenciar nos procedimentos de projeto e execução. Os parâmetros são classificados em 3 categorias: Condições ambientais (A) Condições de utilização (B) Condições relacionadas a construção de edifícios (C) Para facilitar a classificação dos diferentes parâmetros, foi estabelecido um código alfa numérico constante de duas letras e um algarismo. Parâmetro A A 1 Categoria Geral da Influência Externa Natureza da Influência Externa Classe de cada Parâmetro

35 Influências Consideradas
AA - Temperatura ambiente AB - Condições climáticas do ambiente AC - Altitude AD - Presença de água AE - Presença de corpos sólidos AF - Presença de substâncias corrosivas e poluentes AG/AH - Solicitações mecânicas (impactos/vibrações) AM - Fenômenos eletromagnéticos de baixa frequência AN - Radiação solar AQ - Descargas atmosféricas Outros mais......

36 Temperatura Ambiente

37 Condições Climáticas do Ambiente

38 Fenômenos eletromagnéticos de baixa frequência

39 Descargas Atmosféricas
Radiação Solar

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41 Cap.2 - Elementos de Projeto
2.1 Qual é o pré-requisito principal p/ a elaboração de um projeto elétrico de uma instalação industrial ? Planta de situação

42 Planta baixa de arquitetura do prédio

43 Planta baixa do arranjo das máquinas (layout)

44 Planta de detalhes

45 Qualquer projeto elétrico de instalação industrial deve considerar os seguintes aspectos:
Flexibilidade: Capacidade de admitir mudanças na localização das máquinas e equipamentos sem comprometer as instalações existentes Acessibilidade: Facilidade de acesso aos maquinários e equipamentos de manobra Confiabilidade: Desempenho do sistema quanto às interrupções temporárias e permanentes, e assegura proteção à integridade física daqueles que o operam Continuidade: Mínimo de interrupção total ou em qualquer um dos circuitos da instalação. Em determinados casos, talvez faz-se necessário alguma redundância de alimentação da indústria ou qualquer de um dos setores da produção. “O projetista deve conhecer o funcionamento de todo complexo industrial, pois isto lhe possibilita um melhor planejamento das instalações elétricas”.

46 Planejamento de um Projeto de Instalação Elétrica Industrial
2.2 Normas Recomendadas Normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Ex: NBR 5410, NBR 5419, NBR 14039 Normas e padrões das Concessionárias de Distribuição de EE. Ex: A COPEL possui um conjunto de normas técnicas que cobre todo tipo de fornecimento de EE para os vários níveis de tensão de suprimento (NTC , NTC , etc...) Normas estrangeiras de grande valia para consultas. Ex: NEC – National Electrical Code 2.3 Dados para Elaboração de Projeto Além de conhecer as plantas já mencionadas, o projetista deve conhecer os seguintes dados:

47 2.3.1 Condições de Fornecimento de EE
A Concessionária local deverá prestar ao projetista informações que lhe são pertinentes: Garantia do suprimento de carga, dentro das condições satisfatórias Variação de tensão de suprimento Tensão de fornecimento Tipo do sistema de suprimento (radial, radial com recurso, etc.) Capacidade de curto-circuito atual e futuro do sistema Impedância reduzida no ponto de suprimento 2.3.2 Características das Cargas Essas informações podem ser obtidas junto ao responsável pelo projeto técnico industrial e/ou por meio do manual de especificação de equipamentos.

48 Motores Potência Tensão Corrente Frequência Número de pólos Número de fases Ligações possíveis Regime de funcionamento Fornos a Arco Potência Potência de Curto-Circuito Potência do Transformador Tensão Frequência Fator de severidade 2.4 Concepção de Projeto Esta fase requer a 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...

49 2.4.1 Divisão de Cargas 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. Escolha dos blocos?? Considera-se os setores individuais de produção, bem como a grandeza de carga de que são constituídos, para avaliação da queda de tensão. Exemplos: Quando um determinado setor ocupa uma área de grandes dimensões? Quando um determinado setor está instalado em recinto fisicamente isolado dos demais?? Vários setores de produção podem ser agrupados num só bloco de cargas, desde que a queda de tensão nos terminais da mesma seja permissível. Isso se dá, muita das vezes, quando da existência de máquinas de pequena potência.

50 2.4.2 Localização dos Quadros de Distribuição de Circuitos Terminais
Devem ser localizados em pontos que satisfaçam as seguintes condições: No centro de carga (nem sempre é possível) Próximo à linha geral dos dutos de alimentação Afastado da passagem sistemática de funcionários Em ambientes bem iluminados Em locais de fácil acesso Em locais não sujeitos a gases corrosivos, inundações e trepidações Em locais de temperatura adequada Os Quadros de Distribuição são denominados também como Centro de Controle de Motores (CCM), quando nestes forem instalados componentes de comando de motores. São denominados Quadro de Distribuição de Luz (QDL), quando nele contêm componentes de comando de iluminação.

51 2.4.3 Localização do Quadro de Distribuição Geral
Deve ser localizado, de preferência, na subestação ou numa área próxima. Deve ficar próximo às unidades de transformação a que está ligado. O Quadro de Distribuição Geral é também denominado como Quadro Geral de Força (QGF), nele contêm componentes projetados para seccionamento, proteção e medição dos circuitos de distribuição, ou em alguns casos de circuitos terminais. 2.4.4 Localização da Subestação É comum o projetista receber as plantas já com a indicação do local da subestação, muitas vezes feita em função do arranjo arquitetônico da construção, ou em função de um requisito de segurança. Porém nem sempre o local escolhido é tecnicamente o mais adequado, ficando a subestação central, às vezes, muita afastada do centro de carga, acarretando o uso de alimentadores longos e de seção elevada. Estes casos são mais frequentes quando a indústria é constituída de um único prédio e é previsto uma subestação abrigada em alvenaria.

52 As industrias formadas por duas ou mais unidades de produção, localizadas em galpões fisicamente separados, conforme ilustração abaixo, permitem maior flexibilidade na escolha do local tecnicamente apropriado para a subestação.

53 Em tais casos, é necessário localizar próximo a via pública a cabine de medição. Junto ao posto de medição deve se situar o Posto de Proteção Geral (PPG) de onde derivam os alimentadores primários para uma ou mais subestações localizadas próximas ao centro de carga. O processo para localização do centro de carga, que deve corresponder a uma subestação, é definido pelo cálculo do baricentro dos pontos considerados como de carga puntiforme e correspondentes à potência demandada de cada pavilhão com suas respectivas distâncias a origem, no caso o posto de proteção geral.

54 Considere as potências e as distâncias indicadas na figura anteriores, vem:

55 A escolha do número de subestações unitárias deve ser baseada nas seguintes considerações:
Quanto menor a potência da subestação, maior é o custo do KVA instalado. Quanto maior é o número de subestações unitárias, maior é a quantidade de condutores primários. Quanto menor é o número de subestações unitárias, maior é quantidade de condutores secundários dos circuitos de distribuição. “É necessário analisar os custos das diferentes opções, a fim de se determinar a solução mais econômica. Subestações unitárias com potências compreendidas entre 750 e 1000 kVA são economicamente mais convenientes”.

56 2.4.5 Definição dos Sistemas
Sistema Primário de Suprimento Na maioria dos casos, quem é a responsável por alimentar as industrias? Sistema Radial Simples

57 -É o arranjo mais utilizado;
-Apresenta baixa confiabilidade, falta de recursos para manobra; -Apresenta menor custo, contem equipamentos convencionais e de larga utilização. Sistema Radial com Recurso

58 -Melhora a continuidade do serviço;
-Apresenta maior confiabilidade, existência de recursos para manobra; -Apresenta custo elevado, contem equipamentos mais sofisticados e os circuitos de distribuição são dimensionados para suprir maiores cargas quando da desconexão de um dos circuitos; Sistema Primário de Distribuição Interna Sistema Radial Simples

59 Sistema Radial com Recurso
Sistema Secundário de Distribuição A distribuição secundária em baixa tensão numa instalação industrial pode ser dividida em:

60 Circuitos Terminais de Motores
“É constituído por 2 ou 3 condutores, dependendo do tipo de ligação do motor, conduzindo uma corrente numa dada tensão, desde um dispositivo de proteção até o ponto de utilização”. Devem obedecer a uma regra básica: Conter dispositivo de seccionamento na sua origem. Deve desligar tanto o motor como o dispositivo de comando (seccionadoras, disjuntores, contatores, fusíveis e tomadas de corrente); Conter um dispositivo de proteção contra curto-circuito na sua origem; Conter um dispositivo de comando capaz de impedir uma partida automática do motor devido à queda ou falta de tensão; Conter um dispositivo de acionamento de motor, de forma a reduzir a queda de tensão na partida a um valor igual ou inferior a 10%; De preferência, cada motor deve ser alimentado por um circuito terminal individual. Quando alimentar mais de um motor ou outras cargas, os motores devem receber proteção de sobrecarga individualmente. Neste caso, a proteção contra curto-circuito deve ser feita na origem por um

61 único dispositivo capaz de proteger os condutores de alimentação do motor de menor corrente nominal e que não atue indevidamente sob qualquer condição de carga nominal do circuito; Quanto maior a potência de um motor alimentado por um circuito terminal individual, é recomendável que as cargas de outra natureza sejam alimentadas por outro circuito.

62 Circuitos de Distribuição
“Os circuitos de distribuição são os condutores que derivam do Quadro Geral de Força (QGF) e alimentam um ou mais centros de comando (CCM e QDL)” Os circuitos de distribuição devem: Ser protegidos no ponto de origem por disjuntores ou fusíveis de capacidade adequada à carga e às correntes de curto-circuito; 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. * Recomendações Gerais sobre Projeto de Circuitos Terminais e de Distribuição (Considerações Práticas) - A menor secção transversal de um condutor para circuitos terminais de motor e de tomadas é de 2,5 mm²;

63 A menor secção transversal de um condutor para circuitos terminais de iluminação ou de outras cargas é de 1,5 mm²; Não devem ser utilizados condutores com secção superior a 2,5 mm² em circuitos terminais de iluminação e tomadas de uso em geral; Prever capacidade reserva nos circuitos de distribuição que vise ao aparecimento de futuras cargas na instalação; Prever folga suficiente nos dutos para a acomodação de circuitos reserva; Dimensionar circuitos de distribuição distintos para luz e força; Dimensionar um circuito um circuito de distribuição distinto para cada carga com capacidade igual ou superior a 10 A; Admitir um circuito individual para: chuveiro elétrico, ar condicionado, torneira elétrica, máquina de lavar roupa; máquina de lavar louça; As cargas devem ser distribuídas o mais uniformemente possível entre as fases; A iluminação, de preferência, deve ser divida em vários circuitos terminais; O comprimento dos circuitos parciais para iluminação deve ser limitado a 30 m.

64 * Constituição dos Circuitos Terminais e de Distribuição
Condutores isolados, cabos unipolares e multipolares Condutos: eletrodutos, bandejas, prateleiras, escada para cabos, etc “A aplicação de quaisquer dos condutos utilizados pelo projetista deve ser acompanhado de uma análise dos meios ambientes nos quais serão instalados” Considerações Gerais sobre os Quadros de Distribuição Os quadros de distribuição devem ser construídos levando em consideração as condições ambientais em que serão instalados, bem como apresentar bom acabamento, rigidez mecânica e disposição apropriada nos equipamentos e instrumentos. O QGF, CCM e QDL instalados abrigados e em ambiente de atmosfera normal, devem apresentar grau de proteção IP-40. Em ambientes de

65 atmosfera poluída, devem apresentar grau de proteção IP-54.
* Principais características dos quadros de distribuição: Tensão nominal; Corrente nominal (capacidade do barramento principal); Resistência mecânica aos esforços de curto-circuito para o valor de crista; Grau de proteção; Acabamento (revestido de proteção e pintura final) Deve-se prever circuito de reserva nos quadros de distribuição, de forma a satisfazer os seguintes critérios determinados pela NBR 5410/2004: Quadros de distribuição com até 6 circuitos: espaço para no mínimo dois circuitos de reserva; Quadros de distribuição contendo de 7 a 12 circuitos: espaço para no mínimo três circuitos de reserva;

66 Quadros de distribuição contendo de 13 a 30 circuitos: espaço para no mínimo quatro circuitos de reserva; Quadros de distribuição contendo acima de 30 circuitos: espaço reserva para no mínimo 15% dos circuitos existentes;

67 2.5 Formulação de um Projeto Elétrico
“O projetista deve planejar o desenvolvimento de suas ações (evitar retrabalhos, custos desnecessários e desperdício de tempo).” Forma didática para o desenvolvimento racional de um projeto de instalação industrial: 2.5.1 Fatores de Projeto São fatores aplicados na elaboração de projetos elétricos visando a economicidade do empreendimento. 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.

68 Fd = 𝑫𝒎á𝒙 𝑷𝒊𝒏𝒔𝒕 (0 < Fd ≥ 1)
Dmáx – Demanda máxima da instalação, em kW ou kVA Pinst – Potência da carga conectada, em kW ou kVA Carga Instalada P= 1015 kW Demanda Máxima Curva de Carga

69 Fatores de demanda para cada grupamento de motores e operação independente
Fator de Carga É a relação entre a demanda média, durante um determinado intervalo de tempo e a demanda máxima registrada no mesmo período.

70 Refere-se ao período de carga diária, semanal, mensal, e anual.
Fcd= 𝑫𝒎é𝒅𝒊𝒂 𝑫𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 (0 < Fc ≥ 1) Fcm= 𝑪𝒌𝒘𝒉 𝑫𝒎á𝒙𝒊𝒎𝒂 𝒙 𝟕𝟑𝟎 Refere-se ao período de carga diária, semanal, mensal, e anual. O fator de carga mede o que? “Mede o grau no qual a demanda máxima foi mantida durante um intervalo de tempo considerado”. Ela mostra se a EE 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: Otimização dos investimentos da instalação elétrica; Aproveitamento racional e aumento da vida útil da instalação (motores e equipamentos) Redução do valor da demanda de pico

71 Dentre as práticas que merecem maior atenção num estudo de eficiência energética é a “melhoria do fator de carga”, que pode ser resumido em dois itens: Conservar o consumo e reduzir a demanda; Conservar a demanda e aumentar o consumo. Outras práticas adotadas que permitem um excelente resultado: Controle Automático da Demanda Reprogramação da Operação de Cargas Fator de Perda É a relação entre a perda de potência na demanda média e a perda de potência na demanda máxima, considerando um intervalo de tempo especificado.

72 2.5.1.4 Fator de Simultaneidade
O fator de perda nas aplicações práticas é tomado como função do fator de carga. FP = 0,30 x Fc+ 0,70 x Fc² Fator de Simultaneidade 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. FS= 𝑫𝒎á𝒙 𝑫𝟏+𝑫𝟐+𝑫𝒏… (0 < FS< 1)

73 Fatores de simultaneidade para diferentes potências de motores em grupamentos e outros aparelhos

74 Fator de Utilização É o fator pela qual deve ser multiplicada a potência nominal do aparelho para se obter a “potência média” absorvida pelo mesmo, nas condições de utilização. Na falta de dados precisos, pode ser adotado o fator de utilização de 0,75 para motores e 1 para iluminação, ar condicionado e aquecimento.

75 2.6 Graus de Proteção

76 2.7 Proteção contra Riscos de Incêndio e Explosão
Manter diagramas unifilares das instalações elétricas com as especificações do sistema de aterramento; Prontuário de Instalações Elétricas deve ser organizado e mantido pelo empregador ou por pessoa formalmente designada pela empresa; Projetos de quadros, instalações e rede elétrica devem obrigatoriamente especificar dispositivos de desligamento de circuitos que possuam recursos para travamento na posição desligado, de forma a poderem ser travados e sinalizados; Memorial descritivo do projeto deve conter: especificação das características relativas à proteção contra choques elétricos, queimaduras e outros; Exigência de sinalizadores nos painéis (desligado – ligado); Recomendações de restrições e advertências quanto ao acesso de pessoas às áreas energizadas; Funcionalidade dos elementos de proteção constantes na instalação e destinado a segurança das pessoas; Descrição da compatibilidade dos dispositivos de proteção;

77 Somente serão consideradas desenergizadas, as instalações elétricas liberadas para serviço mediante procedimentos apropriados como a seguir: Seccionamento; Impedimento da reenergização; constatação de ausência de tensão; Instalação de aterramento temporário; Instalação da sinalização de impedimento de energização; O estado de instalação desenergizado deve ser mantido até a autorização para reenergização devendo ser reenergizada respeitando a seguinte sequência: retirada de todas as ferramentas e equipamentos; Retirada da zona controlada de todos os trabalhadores não envolvidos no processo; Remoção da sinalização de impedimento de energização; Remoção do aterro temporário; Destravamento, se houver, e religação dos dispositivos de manobra. Os equipamentos ou processos destinados a produção e acumulação de EE devem dispor de proteção específica e dispositivos de descarga elétrica; Nas instalações elétricas das áreas classificadas ou sujeito a risco de incêndio ou explosão devem ser adotados procedimentos dispositivos de proteção complementar (alarme, seccionamento automático e outros..)

78 2.8 Determinação da Demanda de Potência
A previsão da demanda da instalação, deve ser tomada em função das características da carga e do tipo de operação da indústria. Em uma instalação elétrica industrial, deve-se considerar também as dependências administrativas, cujo projeto deve obedecer as características normativas quanto ao número de tomadas por dependência, ao número de pontos de luz por circuito, entre outras. Para determinação da demanda de potência sugere-se: Considerar a carga de qualquer equipamento com a potência declarada pelo fabricante ou calculada de acordo com a tensão e corrente nominal; Se a potência declarada pelo fabricante for universal, como no caso de motores, deve-se considerar o rendimento do aparelho para se obter a potência absorvida, que é o valor que deve-se utilizar para determinar o valor da carga demandada.

79 2.8.1 Cargas em Locais Usados como Habitação
Iluminação A carga de iluminação deve ser determinada através de critérios normativos – NBR 5410/2004; Considerar a potência das lâmpadas, as perdas e o fator de potência dos reatores quando se tratar de lâmpada de descarga; Em cada cômodo ou dependência de unidades residenciais deve ser previsto pelo menos um ponto de luz fixo no teto, com potência mínima de 100 VA, comandado por um interruptor de parede; Em cômodos ou dependências com área igual ou inferior a 6 m² deve-se prever uma carga mínima de 100 VA; Em cômodos ou dependências com área superior a 6 m² deve-se prever uma carga mínima de 100 VA para os primeiros 6 m² de área, acrescendo-se 60 VA para cada 4 m²

80 Tomadas Em cômodos ou dependências com área igual ou inferior a 6 m² deve-se prever uma carga mínima de 100 VA; Em banheiros, pelo menos uma tomada junto ao lavatório Em cozinhas, copas, no mínimo uma tomada para cada 3,5 m, sendo que acima de cada bancada com largura igual ou superior a 30 cm deve ser prevista pelo menos uma tomada; Nos demais cômodos ou dependências: se a área for igual ou inferior a 6 m², deve-se prever pelo menos uma tomada; caso a área seja superior a 6 m² deve-se prever uma tomada para cada 5 m espaçadas uniformemente quanto possível; As tomadas de corrente devem ser atribuídas as seguintes potências: para tomadas de uso geral, em banheiros, cozinhas, copas e áreas de serviço, no mínimo 600 VA por tomada, até 3 tomadas, e 100 VA por tomada para os excedentes. Nos demais cômodos, prever no mínimo 100 VA por tomada;

81 As tomadas conjugadas (duplas ou triplas) montadas numa mesma caixa devem ser consideradas como um único ponto; As tomadas de uso específico deve ser atribuída uma potência igual a potência nominal do equipamento a ser alimentado, e devem ser instaladas no máximo a 1,5 m do local previsto para o equipamento a ser alimentado; 2.8.2 Cargas em Locais Usados como Escritório e Comércio Em dependências cuja área seja igual ou inferior a 37 m², a determinação do número de tomadas deve ser feito com base nas seguintes condições: uma tomada para cada 3 m, ou uma tomada para cada 4 m²; Em dependências cuja área seja superior a 37 m², o número de tomadas deve ser determinado com base nas seguintes condições: oito tomadas para os primeiros 37 m², e três tomadas para cada 37 m² adicional; Utilizar um número arbitrário de tomadas destinada ao uso de vitrines, demonstração de aparelhos e ligação de lâmpadas especificas; Deve-se atribuir uma potência de 200 VA para cada tomada.

82 Em ambientes industriais:
O número de tomadas a ser adotado é em função de cada tipo de setor; Como regra geral, a determinação da demanda pode ser assim obtida: Demanda dos aparelhos Demanda dos quadros de distribuição parciais Demanda do quadro de distribuição geral Conhecendo as cargas situadas na planta, pode-se determinar a demanda de cada carga, aplicando os fatores de projeto adequados. Motores Elétricos Dm = 𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐 𝒙 𝟎,𝟕𝟑𝟔 η 𝒙 𝑭𝒑 (kVA)

83 Iluminação Dil = 𝑵 𝒙 ( 𝑷+ 𝑷𝒓 𝑭𝒑 ) 𝟏𝟎𝟎𝟎 (kVA)
Demais Cargas - “A demanda deve ser calculada considerando as particularidades das referidas cargas, tais como máquinas de solda e outras...” Exemplo de Aplicação: Considerar uma indústria representada na figura a seguir, sendo os motores (1) de 75 cv, os motores (2) de 30 cv e os motores (3) de 50 cv. Determinar as demandas dos CCM 1, CCM2, QDL e QGF e a potência necessária do transformador da subestação. Considerar que todas as lâmpadas sejam de descarga e os aparelhos da iluminação compensados (alto fator de potência). Todos os motores são de indução, rotor em gaiola e de 4 pólos. Considerar para motores de 75 cv, Fp = 0,86, η = 0,92 e Fum= 0,87, para os motores de 30 cv, Fp = 0,83, η = 0,90, Fum = 0,85 e para os motores de 50 cv, Fp = 0,86, η= 0,92 e Fum = 0,87. Para iluminação, considerar perdas = 15,3 W, Fp = 0,40 e fator de multiplicação = 1,8.

84

85 2.8.3 Formação das Curvas de Carga
Os pontos da curva de carga são determinados corretamente a partir do funcionamento da indústria em regime permanente, utilizando informações do ciclo de operação de diferentes setores de produção. São utilizados medidores de energia específicos para esta finalidade, capazes de armazenar durante o período de medição diversos parâmetros elétricos (tensão, corrente, fator de potência, potência ativa, reativa e aparente). por exemplo: SAGA 4000

86 2.8.4 Determinação da Tarifa Média de Uma Instalação Industrial
O preço médio da tarifa é um precioso insumo no controle das despesas operacionais de um estabelecimento industrial O sistema tarifário brasileiro deve ser de conhecimento obrigatório de todos os profissionais da área de eletricidade A legislação define diferentes tipos de horário durante o intervalo de um ano: Horário de ponta – 18:00 às 21:00 h (fora do horário de verão), 19:00 às 22:00 h (durante horário de verão). Exceto sábados, domingos e feriados; Horário fora de ponta – Demais horas do dia compreendendo feriados e finais de semana;

87 Cada horário anteriormente mencionado está em função do nível pluviométrico das regiões do Brasil onde se localizam as principais bacias hidrográficas Período úmido – é o período que abrange as leituras de consumo e demanda extraídos entre o primeiro dia do mês de dezembro até o dia 30 de Abril, totalizando cinco meses do ano. Período seco – é o período que abrange as leituras de consumo e demanda extraídos entre o primeiro dia do mês de maio até o dia 30 de Novembro, totalizando sete meses do ano. Tarifa azul – modalidade estruturada para aplicação de preços diferenciados de demanda e consumo de EE de acordo com a utilização do dia e os períodos do ano, obedecendo aos segmentos horo-sazonais. Tarifa verde – modalidade estruturada para aplicação de preços diferenciados para a demanda e consumo de EE, de acordo com a

88 tensão de fornecimento e demais características do consumidor, como residencial, rural, etc..
Tarifa convencional – modalidade estruturada para aplicação de preços diferenciados para a demanda e consumo de EE, de acordo com a tensão de fornecimento e demais características do consumidor, como residencial, rural, etc.. Tarifa de ultrapassagem – é a tarifa diferenciada a ser aplicada à parcela da demanda que superar as respectivas demandas contratadas em cada segmento horo-sazonal para a tarifa azul, ou demanda única contratada para a tarifa verde. Os consumidores ligados em alta tensão com demanda igual ou superior a 50 kW poderão ter opções tarifárias conforme critério a seguir: Tensão de fornecimento maior ou igual a 69 kV e qualquer demanda: tarifa azul;

89 Tensão de fornecimento inferior a 69 kV e demanda igual ou superior a 300 kW: tarifas azul e verde;
Tensão de fornecimento inferior a 69 kV e demanda igual ou superior a 50 kW e inferior a 300 kW: tarifas azul, verde e convencional. Aplicação das tarifas de ultrapassagem se realiza quando a demanda registrada é superior a demanda contratada de acordo com as seguintes condições: Tarifa Azul - 5% para unidades ligadas em tensão igual ou superior a 69 kV; -10 % para unidades ligadas em tensão inferior a 69 kV com demanda contratada superior a 100 kW - 20 % para unidades com demanda contratada de 50 até 100 kW

90 Tarifa Verde 10 % para unidades com demanda contratada superior a 100 kW 20 % para unidades com demanda contratada de 50 até 100 kW Escolha da tarifa adequada: realizar estudo de fator de carga e identificar os horários de uso da EE. Para instalações com fator de carga elevado, é mais vantajoso utilizar a tarifa azul, pois o preço médio é inferior do que o preço médio praticado na tarifa verde; Para instalações com fator de carga igual ou inferior a 0,60, é mais vantajoso utilizar a tarifa verde, pois o preço médio é inferior do que o preço médio praticado na tarifa azul; Em instalações que não operam no horário de ponta, é indiferente a escolha da tarifa azul ou verde, pois o valor médio da EE é exatamente igual;

91 Em instalações que não operam no horário de ponta, mas que esporadicamente necessitam avançar sua operação no horário de ponta, é mais vantajoso utilizar a tarifa verde, pois de evita pagar o elevado custo da demanda de ponta; Determinação do preço médio da tarifa de EE Fazer levantamento das tarifas cobradas pela distribuidora de EE com área de concessão situada no local do estabelecimento industrial; Com base no fator de carga mensal, pode-se determinar o preço médio pago pela EE consumida em função do grupo tarifário a que pertence a unidade consumidora Grupo tarifário convencional Pme = 𝑻𝑫 𝑭𝒄𝒎 𝒙 𝟕𝟑𝟎 + TC TC – Tarifa de consumo de EE e TD – Tarifa de demanda de EE (em R$/kWh)

92 Exemplo de aplicação: As figuras a seguir representam a situação operativa diária de uma planta industrial, tarifa convencional, respectivamente antes e depois da aplicação de um estudo de melhoria do fator de carga, conservando o mesmo nível de produção. O consumo em ambos os casos é de kWh/mês. Determinar a economia de EE resultante. Considerar tarifa de consumo fora de ponta = US$ 0,05307 / kWh E tarifa de demanda fora de ponta = US$ 4,19 / kW

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94 Ex 01 - Considerando um consumidor industrial que apresenta um consumo diário que varia da seguinte maneira: Desenhe a curva de carga diária deste consumidor; b) Determine sua demanda máxima e a energia consumida por ele em um mês (considerando mês de 30 dias e que a curva diária é a mesma para todos os dias do mês); c) Determine o valor da fatura mensal deste consumidor caso ele pague uma tarifa em que: Consumo de energia = 4,35 R$/MWh e o Consumo da Demanda = 3,00 R$/kW no mês.

95 Ex.02 - Considere uma indústria na qual o consumo mensal de energia elétrica gira em torno de kWh, cuja a fatura indica 275 kW como a demanda máxima. A indústria funciona, em média, 16,25 horas por dia e 25 dias por mês. Calcule a energia consumida (em média) em um dia de operação da indústria; b) Calcule a demanda média relativa considerando o período operacional da indústria; c) Calcule o fator de carga relativo ao período operacional da indústria; d) Calcule o fator de carga diário e a demanda média diária da indústria.

96 2.9. Roteiro para Elaboração de Um Projeto Elétrico Industrial
2.9.1 Planejamento 2.9.2 Projeto Luminotécnico 2.9.3 Determinação dos Condutores 2.9.4 Determinação e Correção de Fator de Potência 2.9.5 Determinação das Correntes de Curto – Circuito 2.9.6 Determinação dos Valores de Partida de Motores 2.9.7 Determinação dos Dispositivos de Proteção e Comando 2.9.8 Cálculo da Malha de Terra

97 2.9.9 Diagrama Unifilar

98 Memorial Descritivo Simbologia

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100 3 – Iluminação Industrial
3.1 - Generalidades A iluminação é responsável por cerca de 20% de toda energia consumida no Brasil No setor industrial a participação do consumo de iluminação é de 2% Os recintos industriais devem possuir sistemas de iluminação adequados para cada tipo de atividade Um bom projeto de iluminação, requer a adoção dos seguintes pontos fundamentais: - nível de iluminamento suficiente para cada atividade específica; - distribuição espacial da luz sobre o ambiente; - escolha da cor da luz e seu respectivo rendimento; - escolha apropriado do aparelho de iluminação;

101 - tipo de execução das paredes e pisos;
- iluminação de acesso. O projetista deve dispor de plantas baixas para projetar o sistema de iluminação; Numa planta industrial, além do projeto de iluminação do recinto de produção, há o desenvolvimento do projeto de iluminação dos escritórios, almoxarifados, e área externa. 3.2 Conceitos Básicos 3.2.1 Luz É uma fonte de radiação que emite ondas eletromagnéticas em diferentes comprimentos, sendo que apenas algumas ondas de comprimento de onda definido são visíveis ao olho humano.

102 3.2.2 Iluminância “É uma grandeza de luminosidade, que faz a relação entre o fluxo luminoso que incide na direção perpendicular a uma superfície e a sua área” . A iluminância é dada por: E = 𝑭 𝑺 (lux) F - Fluxo luminoso, em lumens; S – Área da superfície iluminada, em m². A iluminância é expressa em lux, que corresponde ao fluxo luminoso incidente numa determinada superfície por unidade de área.

103 Alguns exemplos de iluminância:
Dia de sol de verão a céu aberto – lux Dia de sol encoberto no verão – lux Noite de lua cheia sem nuvens – 0,25 lux Noite à luz de estrelas – 0,001 lux Normalmente o fluxo luminoso não é distribuído uniformemente, resultando em iluminâncias diferentes em diversos pontos do ambiente iluminado. Na prática considera-se o fluxo luminoso médio.

104 3.2.3 Fluxo Luminoso “É a potência de radiação emitida por uma fonte luminosa em todas as direções do espaço. Sua unidade é o lúmen, que representa a quantidade de luz irradiada, através de uma abertura de 1 m² feita na superfície de uma esfera de 1 m de raio, por uma fonte luminosa de intensidade igual a 1 candela, em todas as direções, colocada no seu interior posicionada no centro. Uma fonte luminosa de intensidade igual a 1 candela emite uniformemente “12,56 lumens”.

105 η = ψ 𝑃𝑐 3.2.4 Eficiência Luminosa
“É a relação entre o fluxo luminoso emitido por uma fonte luminosa e a potência em watts consumidas por esta. Deve-se ressaltar que a eficiência luminosa de uma fonte pode ser influenciada pelo tipo de vidro difusor da luminária caso este absorva alguma quantidade de energia luminosa irradiada. É dada pela expressão: Ψ = Fluxo luminoso emitido, em lumens; Pc = Potência consumida, em watts. Desta forma podem ser elaborados projetos mais eficientes, selecionando lâmpadas de maior eficiência luminosa. η = ψ 𝑃𝑐

106 Lâmpadas incandescentes: 10 a 15 lumens/W
Lâmpadas halogêneas: 10 a 25 lumens/W Lâmpadas mistas: 20 a 35 lumens/W Lâmpadas vapor de mércurio: 45 a 55 lumens/W Lâmpadas fluorescentes comuns: 55 a 75 lumens/W Lâmpadas vapor metálico: 65 a 90 lumens/W Lâmpada vapor de sódio: 80 a 140 lumens/W

107 I = 𝑑ψ 𝑑𝜷 3.2.5 Intensidade Luminosa
“É o limite da relação entre o fluxo luminoso em um ângulo sólido em torno de uma direção dada e o valor desse ângulo sólido, quando esse ângulo sólido tende a zero”. Pode ser definida também como a potência de radiação visível que uma determinada fonte de luz emite em uma dada direção. Sua unidade é a “candela” (cd). I = 𝑑ψ 𝑑𝜷

108 Se uma determinada fonte luminosa localizada no centro da esfera de raio igual a 1 m emitir em todas as direções uma intensidade luminosa de 1 cd, cada m² da superfície da referida esfera está sendo iluminado pelo fluxo luminoso de 1 lúmen.

109 Na prática, pode-se observar que as fontes de luz não emitem o fluxo luminoso uniformemente em todas as direções. Observe abaixo uma lâmpada incandescente, em que a intensidade luminosa é maior em determinadas direções do que outras. Curvas de distribuição luminosa

110 3.2.6 Luminância “É a relação entre a intensidade luminosa com a qual irradia, em uma direção determinada, uma superfície elementar contendo um ponto dado e a área aparente desta superfície para uma direção considerada, quando essa área tende para zero”. Sua unidade é expressa em (cd/m²). A Luminância é entendida como a medida da sensação de claridade provocada por uma fonte de luz ou superfície iluminada e avaliada pelo cérebro. Pode ser determinada pela equação: S – Superfície Iluminada α – Ângulo entre a superfície e a vertical, que é ortogonal à direção do fluxo luminoso; I – Intensidade Luminosa L = 𝐼 𝑆 𝑥 cos α

111 “O fluxo luminoso, a intensidade luminosa e a iluminância ” somente são visíveis se forem refletidos numa superfície, transmitindo a sensação de luz aos olhos, cujo fenômeno é denominado luminância”. 3.2.7 Refletância “É a relação entre o fluxo luminoso refletido por uma dada superfície e o fluxo luminoso incidente sobre a mesma.” É sabido que os objetos refletem a luz diferentemente um dos outros. Assim, dois objetos colocados num ambiente de luminosidade conhecida originam luminâncias diferentes 3.2.8 Emitância “É a quantidade de fluxo luminoso emitido por uma fonte superficial por unidade de área. Sua unidade é expressa em lúmem/m².”


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