eriksilvacarvalho

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

PROJETO DE GRADUAÇÃO

PROJETO DE UM CENTRO DE CONTROLE DE MOTORES INTELIGENTE

ÉRIK SILVA CARVALHO

VITÓRIA – ES FEV/2007



Parte escrita do Projeto de Graduação do aluno Érik Silva Carvalho, apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

VITÓRIA – ES FEV/2007



COMISSÃO EXAMINADORA: ___________________________________ Prof. Eng. Gabriel Luiz Zouain Assbú Orientador ___________________________________ Prof. Dr. José Denti Filho Co-orientador ___________________________________ Prof. Dr. Domingos Sávio L. Simonetti Examinador ___________________________________ Prof. Dr. José Leandro Félix Salles Examinador

Vitória - ES, 26 de fevereiro de 2007

i

DEDICATÓRIA

Aos meus pais Josenildo e Aldeniza, a Jakelyne minha irmã e a Paola Catrina minha noiva.

ii

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Eng. Gabriel Assbú pela orientação na conclusão deste trabalho que

representa o cotidiano no ambiente industrial, pelo incentivo à pesquisa de normas,

por me receber várias vezes em sua residência para discutimos sobre etapas do

projeto, pelo compromisso com o ato de aprender, não simplesmente falando ou ditado

como deveria ser feito, mas estimulando na busca do conhecimento.

Ao Prof. Dr. José Denti Filho pela co-orientação e concordar com a pré-

disposição de configuração do sistema de aquisição e tratamento de dados, visto que

sou Técnico em Automação Industrial e já tinha alguma experiência com

Controladores Lógicos Programáveis e Sistemas de Supervisório.

Ao Prof. Dr. José Leandro Félix Salles, meu orientador na Bolsa do Programa

de Iniciação à Docência no Laboratório de Ensino de Controle, deste Departamento.

Onde, como Monitor pude melhor utilizar o espaço para pesquisas de normas e

manuais técnicos, na instalação de softwares pertinentes, como: o de parametrização

das telas do relé eletrônico inteligente – SIMOCODE® da Siemens – versão de

demonstração do WIN-SIMOCODE-DP Smart e o In Touch® da Wonderware para

confecção das telas de supervisório.

À faculdade UCL por promover na Semana Nacional de Ciência e Tecnologia

de 2006 a palestra “Tecnologia de Automação com Relé Inteligente: SIMOCODE®”,

realizada por equipe da Siemens, onde pude melhor conhecer o relé eletrônico

inteligente e com isso direcionar meus estudos para melhor apresentá-lo neste projeto.

A Deus às oportunidades e a força de todos os dias, aos meus pais Josenildo e

Aldeniza por terem investido constantemente em Educação, além de fornecerem muito

mais do que podiam, à minha irmã Jakelyne pelo apoio e ajuda, à minha noiva Paola

Catrina pela paciência e incentivo.

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1-Diagrama unifilar simplificado ..................................................................... 16

Figura 2-Características técnicas do disjuntor Siemens Setron 3VL77 ...................... 19

Figura 3-Vista frontal de um CCM .............................................................................. 36

Figura 4-Vista frontal de um CCM em manutenção ................................................... 36

Figura 5-Posições da chave de intertravamento mecânico .......................................... 38

Figura 6-Detalhe da parte externa dos contatos de força, comando e saída da gaveta.38

Figura 7-Barramento horizontal na parte superior do CCM ........................................ 39

Figura 8-Vista frontal de uma gaveta com a visualização do barramento vertical ..... 39

Figura 9-Seleção do contator do motor tipo M1 .......................................................... 46

Figura 10-Seleção do contator do motor tipo M2 ........................................................ 46



Figura 13-Configuração do relé eletrônico inteligente utilizada neste projeto ........... 49

Figura 14-Níveis Industriais para aplicação da engenharia ......................................... 52

Figura 15-Esquema elétrico com relé inteligente com intervenção local, via painel e

remota .......................................................................................................................... 53

Figura 16-Janela Principal ........................................................................................... 54

Figura 17-Janela Order Number .................................................................................. 55

Figura 18-Janela General ............................................................................................ 56

Figura 19-Classe de Partida ......................................................................................... 56

Figura 20-Janela Overload ........................................................................................... 57

Figura 21-Janela Sensor ............................................................................................... 58

Figura 22-Janela Motor ................................................................................................ 58

Figura 23-Janela Operator Enabling ............................................................................ 59

Figura 24-Janela Control Stations ............................................................................... 60

Figura 25-Janela Function Block Inputs ...................................................................... 61

Figura 26-Janela Basic Unit ......................................................................................... 61

Figura 27-Janela Operator Panel ................................................................................. 62

iv

Figura 28-Janela Truth Tables 3I/1O ........................................................................... 63

Figura 29-Janela Fault Response ................................................................................. 63

Figura 30-Janela Bus PROFIBUS-DP ......................................................................... 64

Figura 31-Janela Basic Type 2 .................................................................................... 65

Figura 32-Tela básica do motor tipo M1 ..................................................................... 74

Figura 33-Simulação de partida do motor tipo M1 ..................................................... 74

Figura 34-Final da partida ........................................................................................... 75

Figura 35-Com sobrecarga dentro do limite de fs ....................................................... 75

Figura 36-Com sobrecarga superior ao fs .................................................................... 76

Figura 37-Com sobrecarga elevada e temperatura no limite ....................................... 76

Figura 38-Desligamento do motor pelo relé ................................................................ 77

Figura 39-Tela do motor M1 com mensagem de alarme de falha no motor M2 ........ 77

Figura 40-Falha de Rotor Bloqueado .......................................................................... 78

Figura 41-Gráfico Histórico de potência ativa, reativa e consumo de energia ........... 79

Figura 42-Alarmes ....................................................................................................... 79

Figura 43-Gráfico de tendência das perdas do transformador T2 ............................... 84

v

LISTA DE TABELA

Tabela 1-Dados dos principais equipamentos do diagrama unifilar simplificado ...... 12

Tabela 2– Dados dos motores do CCM ....................................................................... 17

Tabela 3-Dados de ajustes dos disjuntores D1 e D2 para que ocorra seletividade ..... 30

Tabela 4-Disposição das gavetas em colunas .............................................................. 37

Tabela 5-Contatores selecionados com suas potências de operação e acionamento ... 47

Tabela 6-Referência dos desenhos ............................................................................... 50

Tabela 7-Dados ciclicamente enviados do SIMOCODE para o DP do motor tipo M166

Tabela 8-Dados ciclicamente enviados do DP para o SIMOCODE do motor tipo M166

Tabela 9-Painel Botões ................................................................................................ 70

Tabela 10-Painel Motor ............................................................................................... 72

Tabela 11-Painel Mensagens ....................................................................................... 72

Tabela 12-Painel Variáveis .......................................................................................... 73

vi

SIMBOLOGIA

NAF = AMPER FRAME DO DISJUNTOR N EM [A];

NAT = AMPER TRIPPER DO DISJUNTOR N EM [A];

aF = FATOR DE ASSIMETRIA [ADIMENSIONAL];

af = FATOR DE AGRUPAMENTO E CAMADAS [ADIMENSIONAL];

pf = FATOR DE PARALELISMO [ADIMENSIONAL];

sf = FATOR DE SERVIÇO [ADIMENSIONAL];

tf = FATOR TEMPERATURA PARA DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES

[ADIMENSIONAL];

bNI = CORRENTE DE BASE NA BASE N EM [A];

NIcc =CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO NO PONTO N EM [A];

NpuIcc = CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO NO PONTO N EM [PU];

DMNI =CORRENTE DE AJUSTE DO AMPER TRIPPER DOS DISJUNTORES

MAGNÉTICOS DO MOTOR TIPO N EM [A];

LI = CORRENTE NOMINAL DE CARGA DO CCM EM [A]; 'LI = CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DOS CABOS DE #240MM² EM [A]; 'MNI = CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DOS CABOS DE TERMINAIS DOS

MOTORES TIPO N [A];

nMI = CORRENTE NOMINAL DO MOTOR EM [PU];

pI = CORRENTE DE PARTIDA DO MOTOR EM [PU];

RBNI =CORRENTE DE ROTOR BLOQUEADO DO MOTOR TIPO N EM [A];

RBNpuI =CORRENTE DE ROTOR BLOQUEADO DO MOTOR TIPO N EM [PU];

zI =CORRENTE CONSIDERANDO O FATOR DE SERIÇO EM [A];

K = CONSTANTE DA RELAÇÃO TORQUE COM A TENSÃO AO QUADRADO;

l = COMPRIMENTO DOS CABOS EM [KM];

NPcc = POTÊNCIA DE CURTO-CIRCUITO NO PONTO N EM [KVA];

vii

R = RESITÊNCIA EM [Ω];

1S = POTÊNCIA DE BASE NA BASE VELHA EM [VA];

2S = POTÊNCIA DE BASE NA BASE NOVA EM [VA];

bS = POTÊNCIA DE BASE EM [VA];

mbS = SOMATÓRIO DAS POTÊNCIAS DOS MOTORES DE INDUÇÃO EM

[KVA];

)(NpT = TORQUE NA PARTIDA NOMINAL;

)(RpT = TORQUE NA PARTIDA RESULTANTE;

1V = TENSÃO DE BASE NA BASE VELHA EM [V];

2V = TENSÃO DE BASE NA BASE NOVA EM [VA];

bNV = TENSÃO DE BASE NA BASE N EM [V];

LNV = TENSÃO DE LINHA NO PONTO N EM [V];

NV =TENSÃO NOMINAL;

FNV = TENSÃO DE FASE NO PONTO N EM [V];

pMNV = TENSÃO NA PARTIDA DO MOTOR TIPO N NOS TERMINAIS DO

DISPOSITIVO DE PARTIDA [V];

puV = TENSÃO EM [PU];

RV =TENSÃO RESULTANTE;

X = REATÂNCIA EM [Ω];

FX Ω = REATÂNCIA NO PONTO DE ENTREGA EM [Ω];

FpuX = REATÂNCIA NO PONTO DE ENTREGA EM [PU];

'FpuX = REATÂNCIA NO PONTO DE ENTREGA NA NOVA BASE EM [PU];

%MX = REATÂNCIA DOS MOTORES DE INDUÇÃO NA BASE 25 DA SOMA

DAS POTÊNCIAS NOMINAIS EM [KVA];

MpuX = REATÂNCIA DOS MOTORES DE INDUÇÃO EQUIVALENTE EM [PU];

'MpuX = REATÂNCIA DOS MOTORES DE INDUÇÃO EQUIVALENTE NA

NOVA BASE EM PU;

viii

puX = REATÂNCIA EM [PU];

'puX =REATÂNCIA NA NOVA BASE EM [PU];

T1%X = REATÂNCIA DO TRANSFORMADOR T1 NA BASE 100 DA SUA

POTÊNCIA NOMINAL EM [KVA];

T1puX = REATÂNCIA DO TRANSFORMADOR T1 EM [PU];

'T1puX = REATÂNCIA DO TRANSFORMADOR T1 NA NOVA BASE EM [PU];

T2%X = REATÂNCIA DO TRANSFORMADOR T2 NA BASE 100 DA SUA

POTÊNCIA NOMINAL EM [KVA];

T2puX = REATÂNCIA DO TRANSFORMADOR T2 EM [PU];

'T2puX = REATÂNCIA DO TRANSFORMADOR T2 NA NOVA BASE EM [PU];

Z = IMPEDÂNCIA EM [Ω];

bNZ = IMPEDÂNCIA DE BASE NA BASE N EM [Ω];

ΩCMNZ =IMPEDÂNCIA DO CABO TERMINAL DO MOTOR TIPO N EM [Ω];

CMNZ = IMPEDÂNCIA DO CABO TERMINAL DO MOTOR TIPO N EM [PU];

CMTZ = IMPEDÂNCIA EQUIVALENTE DOS CONDUTORES TERMINAIS EM

[PU];

eqNZ = IMPEDÂNCIA EQUIVALENTE DA FONTE ATÉ O PONTO N EM [PU];

NZ = IMPEDÂNCIA DO PONTO N EM [PU];

ΩNZ = IMPEDÂNCIA DO PONTO N EM [Ω];

ΩRBNZ = IMPEDÂNCIA DE ROTOR BLOQUEADO DO MOTOR TIPO N EM [Ω];

RBNZ =IMPEDÂNCIA DE ROTOR BLOQUEADO DO MOTOR TIPO N EM [PU];

tNZ = IMPEDÂNCIA TOTAL DESDE A FONTE ATÉ OS TERMINAIS DO

MOTOR TIPO N EM [PU];

∑ S = SOMATÓRIO DAS POTÊNCIAS NOMINAIS DOS MOTORES EM [VA];

ix

GLOSSÁRIO

CCM – Centro de Controle de Motores.

Gaveta – Parte constituinte do CCM, onde se instalam os equipamentos e aparelhos

pertinentes a proteção, acionamento e monitoramento do motor alimentado por esta.

Pode ser extraível ou fixa.

NEMA – National Electrical Manufacturers Association.

NEMA 3 – O tamanho do dispositivo é 3 e suporta corrente de até 95[A].

NEMA 4 – O tamanho do dispositivo é 4 e suporta corrente de até 135[A].

PROFIBUS-DP – Sistema de Barramento com protocolo DP, cuja principal tarefa é

transferir dados cíclicos entre uma central DP e dispositivos periféricos.

PROFIBUS-DPV1 – É uma extensão do protocolo DP, e permite que parâmetros,

diagnósticos de controle e testes possam ser realizados aciclicamente, ou seja, somente

quando realmente acontecerem.

SIMATIC – Termo que significa os produtos automatizados da Siemens AG.

STEP7 – Sistema de Engenharia, que contém as linguagens dos programas utilizados

para criar os programas de controle do SIMATIC-S7.

x

SUMÁRIO

DEDICATÓRIA ........................................................................................................... I

AGRADECIMENTOS .............................................................................................. II

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... III

LISTA DE TABELA .................................................................................................. V

SIMBOLOGIA .......................................................................................................... VI

GLOSSÁRIO ............................................................................................................. IX

SUMÁRIO ................................................................................................................... X

RESUMO .................................................................................................................. XV

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 10

2 SISTEMA ELÉTRICO ALIMENTADOR DO CCM ................................ 12

2.1 Introdução ......................................................................................................... 12

2.2 Diagrama Unifilar Simplificado ....................................................................... 12

2.2.1 Potência de Curto-Circuito no Ponto de Entrega .................................... 12

2.2.2 Potência de Curto-Circuito no Barramento B1 ....................................... 13

2.2.2.1 Reatância da Fonte ..................................................................... 13

2.2.2.2 Reatância do Transformador T1 ................................................. 13

2.2.2.3 Impedância Equivalente ............................................................. 14

2.2.2.4 Cálculo da Corrente de Curto-Circuito ...................................... 14

2.2.3 Potência de Curto-Circuito no Barramento B2 ....................................... 15

2.2.3.1 Reatância do Transformador T2 ................................................. 15

2.2.3.2 Impedância Equivalente ............................................................. 15

2.2.3.3 Cálculo da Corrente de Curto-Circuito ...................................... 15

2.3 Identificação e Caracterização do Sistema Elétrico .......................................... 17

2.4 Identificação da Carga e da Corrente Nominal de Carga ................................. 17

2.4.1 Carga........................................................................................................ 17

2.4.2 Corrente Nominal de Carga ..................................................................... 18

2.5 Proteção ............................................................................................................. 18

2.5.1 Amper Tripper ......................................................................................... 18

2.5.2 Disjuntor Caixa Moldada ........................................................................ 18

xi

2.6 Tipo de Condutor .............................................................................................. 19

2.6.1 Condutor .................................................................................................. 20

2.7 Critério da Ampacidade .................................................................................... 20

2.7.1 Fator de Temperatura .............................................................................. 20

2.7.2 Fator de Agrupamento e Camadas .......................................................... 20

2.7.3 Condutores em Paralelo ........................................................................... 21

2.7.3.1 Fator de Paralelismo ................................................................... 22

2.7.4 Seção do Condutor .................................................................................. 22

2.8 Sobrecorrente Temporizada do Disjuntor D1 ................................................... 22

2.9 Sobrecorrente Instantânea do Disjuntor D1 ...................................................... 23

2.9.1 Corrente Máxima de Curto-Circuito no Condutor .................................. 23

2.10 Corrente de Curto-Circuito na entrada do CCM ............................................. 23

2.10.1 Impedância do Cabo de Alimentação do CCM ..................................... 23

2.10.2 Impedância Equivalente ........................................................................ 24

2.10.3 Corrente de Curto-Circuito .................................................................... 24

2.11 Corrente de Curto-Circuito do CCM com a Contribuição dos Motores ......... 24

2.11.1 Cabo de Alimentação do Motor Tipo M1 ............................................. 24

2.11.1.1 Impedância de Rotor Bloqueado .............................................. 25

2.11.1.2 Tensão no Dispositivo de Partida ............................................. 25

2.11.1.3 Tensão nos Terminais de T2 na Partida ................................... 26

2.11.2 Cabo de Alimentação dos Motores Tipo M2 ........................................ 26









2.11.5 Reatância dos Motores .......................................................................... 28

xii

2.11.6 Impedância Equivalente dos Condutores Terminais ............................. 29

2.11.7 Impedância Equivalente ........................................................................ 29

2.11.8 Corrente de Curto-Circuito .................................................................... 29

2.12 Condutores de Terra ........................................................................................ 29

2.13 Seletividade Cronológica dos Disjuntores ...................................................... 30

2.14 Conclusões ...................................................................................................... 30

3 CARACTERIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DO CCM ...................... 35

3.1 Introdução ......................................................................................................... 35

3.2 Sobre o NEMA ................................................................................................. 35

3.3 Características Gerais ........................................................................................ 35

3.4 Gavetas .............................................................................................................. 36

3.4.1 Intertravamento ....................................................................................... 37

3.4.2 Botoeira de Emergência .......................................................................... 38

3.5 Barramentos ...................................................................................................... 38

3.5.1 Horizontal ................................................................................................ 39

3.5.2 Vertical .................................................................................................... 39

3.6 Medição ............................................................................................................. 40

3.6.1 Transformador de Corrente ..................................................................... 40

3.6.1.1 Chave de Aferição ...................................................................... 40

3.6.2 Transformador de Potencial .................................................................... 40

3.7 Disjuntor ............................................................................................................ 41

3.7.1 Entrada ..................................................................................................... 41

3.7.2 Motor Tipo M1 ........................................................................................ 41

3.7.2.1 Corrente Máxima de Curto-Circuito no Condutor ..................... 41

3.7.2.2 Corrente de Curto-Circuito ........................................................ 41

3.7.2.3 Tensão nos Terminais do Motor durante a Partida .................... 42

3.7.2.4 Ajuste da Corrente de Proteção de Curto-Circuito .................... 42

3.7.3 Motor Tipo M2 ........................................................................................ 43



xiii


3.7.4 Motor Tipo M3 ........................................................................................ 44




3.7.5 Motor Tipo M4 ........................................................................................ 44




3.8 Contatores ......................................................................................................... 45

3.9 Transformador de Controle ............................................................................... 47

3.9.1 Disjuntor Primário ................................................................................... 47

3.9.2 Disjuntor Secundário ............................................................................... 48

3.9.3 Disjuntor do Circuito Funcional - Motor Tipo M1 e M2 ........................ 48

3.9.4 Disjuntor do Circuito Funcional - Motor Tipo M3 ................................. 48

3.9.5 Disjuntor do Circuito Funcional - Motor Tipo M4 ................................. 48

3.10 Relé Eletrônico Inteligente ............................................................................. 49

3.11 Desenhos ......................................................................................................... 50

3.12 Conclusão ........................................................................................................ 50

4 PARAMETRIZAÇÃO DO RELÉ ELETRÔNICO INTELIGENTE ....... 52

4.1 Introdução ......................................................................................................... 52

4.2 A Estrutura da Rede .......................................................................................... 52

4.3 O Relé Eletrônico Inteligente ............................................................................ 53

4.3.1 Parametrização ........................................................................................ 53

4.3.1.1 Lógica de Funcionamento .......................................................... 54

4.3.1.2 Telas de Parametrização ............................................................. 54

4.4 O CLP ............................................................................................................... 65

4.4.1 Entradas e Saídas ..................................................................................... 66

4.5 Conclusões ........................................................................................................ 67

5 SISTEMA SUPERVISÓRIO DO CCM INTELIGENTE ......................... 69

xiv

5.1 Introdução ......................................................................................................... 69

5.2 O Sistema Supervisório ..................................................................................... 69

5.3 Tela Básica de Supervisão ................................................................................ 69

5.4 Conclusões ........................................................................................................ 80

6 CONCLUSÕES .............................................................................................. 82

APÊNDICE A ............................................................................................................. 84

APÊNDICE B - DESENHOS .................................................................................... 85

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 86

xv

RESUMO

Este projeto tem a finalidade de projetar um CCM Inteligente, com o

dimensionamento de seus dispositivos em conformidade com as normas vigentes. O

CCM em particular está em conformidade com o NEMA.

10

1 INTRODUÇÃO

A importância que o setor industrial requer de informação do processo é

relevante, o que desperta a necessidade da utilização de equipamentos inteligentes e

que sejam capazes de fornecer essas informações a sistemas especialistas, estes que

estão cada vez mais difundidos no setor industrial para diminuição de perdas e

aumento de produtividade.

Com isso o objetivo deste trabalho é projetar um Centro de Controle de

Motores Inteligente, priorizando a suas características elétricas, utilizando o relé

eletrônico inteligente que proporciona a proteção e o monitoramento de variáveis tais

como: corrente e temperatura do motor e as envia por intermédio de rede PROFIBUS-

DP para um Controlador Lógico Programável (CLP) que conectado a um sistema

supervisório via rede ETHERNET forma um canal de comunicação entre o nível de

campo e o de supervisão, o que também permite a intervenção de forma remota, além

do registro das variáveis pertinentes.

O CCM é uma estrutura montada que possui gavetas, que são organizadas

verticalmente, e possuem tamanhos variados, de acordo com a potência e o tipo de

partida da carga. Mas a altura de uma coluna é padronizada, o que limita o número de

gavetas, de acordo com o seu tamanho. Cada coluna é alimentada por um barramento

vertical que é conectado a um barramento horizontal único. Essas gavetas são

alimentadas pelo barramento vertical de cada coluna e por fim alimentam as cargas

que são motores, sendo que cada motor possui a sua própria gaveta. Além disso, no

CCM também são instalados outros equipamentos, tais como: medidores de energia,

logo, necessitamos de transformadores de corrente e de potencial, transformadores de

controle para fornecer uma tensão de 115V, para alimentar o circuito funcional das

gavetas. Entre outros pertinentes para o funcionamento do CCM.

As cargas possuem tensão nominal de 440V e terão potência de: 100, 50, 20 e

10 cv, totalizando 21 motores, cujas quantidades são respectivamente: 1 do tipo M1, 3

do tipo M2, 10 do tipo M3 e 5 do tipo M4, totalizando uma potência de 500[kVA].

Estas cargas são fictícias, no entanto com parâmetros reais, que garantem a sua

11

inserção no ambiente industrial. Ainda, para único exemplo de parametrização e

confecção das telas de supervisão, definiu-se que o motor tipo M1 (100cv) tem como

carga um ventilador. Como o CCM possui medidor de energia elétrica, também foram

realizadas telas que mostrem e armazenem essas informações, além de uma tela de

alarmes pertinentes ao processo.

Para atender a necessidade de partida direta com reversão do motor tipo M2

(50 cv), que foram definidas que suas cargas são esteiras, portanto utilizarão dois

contatores.

A adequação à norma NEMA exige o valor de curto-circuito simétrico na

entrada do CCM para determinação da capacidade de ruptura dos outros

equipamentos. Para isso foi proposto, utilizando-se dados reais, um diagrama unifilar

simplificado, desde a concessionária de energia elétrica fornecendo em 138kV com

uma determinada potência de curto-circuito até os terminais de entrada do CCM. Onde

pode-se perceber que existem circuitos de média e de baixa tensão, sendo que aqueles

não serão dimensionados, ou seja, restringindo a análise a encontrar a impedância do

cabo alimentador de baixa tensão e então ter-se um caminho para o curto, visto que os

dados dos transformadores também são informados. Sendo que os pontos considerados

alimentadores terão uma tensão 5% superior a tensão de carga, ou seja, por exemplo,

como a tensão nominal dos motores com carga é de 440V, então a tensão terminal do

transformador a sua montante é 460V à vazio. Para garantir até mesmo compensação

de queda de tensão no sistema.

12

2 SISTEMA ELÉTRICO ALIMENTADOR DO CCM

2.1 Introdução

Neste capítulo criou-se um sistema elétrico hipotético, com valores reais. Cujo

diagrama unifilar simplificado explicita a definição tomada.

2.2 Diagrama Unifilar Simplificado

Para determinação da capacidade de ruptura do disjuntor na entrada do CCM

propôs-se o diagrama unifilar simplificado, este que foi construído a partir dos dados

da Tabela 11. Para sua correta representação necessita-se do cálculo da potência de

curto-circuito em pontos de acordo com os itens 2.2.1, 2.2.2 e 2.2.3.

Ponto Descrição Dados

F Ponto de Entrega (Fonte)

Tensão 138[kV]; X/R=10.

SC em kVA DC - 3.933.251

AC - 3.798.200

Assy - 5.467.796

T1 Transformador Abaixador 10MVA, 3φ - 60Hz

138:13,8 kV – Z=8%

T2 Transformador Abaixador 2500kVA, 3φ - 60Hz

13.200:460V - Z=7% Tabela 1-Dados dos principais equipamentos do diagrama unifilar simplificado

2.2.1 Potência de Curto-Circuito no Ponto de Entrega

A potência de curto-circuito é expressa pela equação (2.1):

NLNN IccVPcc ..3= ( 2.1 )

De acordo com a Tabela 1 → ][200.798.3 kVAPccF = .

1 Dados reais definidos conforme experiência do Prof. Orientador.

13

2.2.2 Potência de Curto-Circuito no Barramento B1

A potência de curto-circuito no barramento B1 é determinada conforme itens

subseqüentes, a impedância do barramento B1 é desprezada, como também a dos

condutores de média.

Para o cálculo da corrente de curto-circuito é considerada a teoria de valor por

unidade, com os seguintes valores base: ][10.2500 3 VASb = , ][10.138 31 VVb = ,

][10.8,13 32 VVb = e ][4603 VVb = .

2.2.2.1 Reatância da Fonte

Para ][1 puX Fpu =

Faz-se a mudança de base de acordo com a equação (2.2) tem-se:

][..1

21

22

2' puS

VVSXX NpuNpu = ( 2.2 )

][000658,03798200

2500.1' puX Fpu ==

2.2.2.2 Reatância do Transformador T1

De acordo com os dados fornecidos na Tabela 1

T1%T1pu

XX100

= ( 2.3 )

T1puX 0,08[pu]=

Faz-se a mudança de base conforme equação (2.2) tem-se:

][02,0100002500.08,0'

1 puX puT ==

14

2.2.2.3 Impedância Equivalente

Para a montagem do diagrama de impedâncias até este ponto considera-se a

equação (2.4)2, esta que desconsidera o valor das perdas, tanto da fonte quanto dos

transformadores. Mas depois considerando X=Z para efeito do calculo da impedância

resultante:

⎩⎨⎧

==

=XX

XRZ

.98,0.2,0

( 2.4 )

Então:

][000645,0000132,0000658,0.98,0000658,0.2,0 pujjZ F +=+=

][0196,0004,002,0.98,002,0.2,01 pujjZT +=+=

Logo escreve-se a impedância equivalente até T1 como:

11 TFeqT ZZZ +=

][020662,0][020245,0004132,0 11 puZpujZ eqTeqT =∴+=

2.2.2.4 Cálculo da Corrente de Curto-Circuito

][398025,48020662,0

1

11 pu

ZV

IcceqT

pupuB ===

][592440,10413800.3

10.2500.3

3

22 A

VS

Ib

bb === ( 2.5 )

][1,51 kAIccB ≅

Com isso a potência de curto-circuito no Barramento B2 pode ser expressa de

acordo com a equação (2.1) como:

][1,995.120..3 111 kVAIccVPcc BLBB ==

2 De acordo com o IEEE.

15

2.2.3 Potência de Curto-Circuito no Barramento B2

A potência de curto-circuito no barramento B2 é determinada conforme itens

subseqüentes, a impedância do barramento B2 é desprezada.

2.2.3.1 Reatância do Transformador T2

De acordo os dados da Tabela 1 e a equação (2.3)

T2%T2pu

XX 0,07[pu]100

= =


][07,0'2 puX puT =

2.2.3.2 Impedância Equivalente

Utilizando a equação (2.4):

Então:

][0686,0014,0012809,0.98,007,0.2,02 pujjZT +=+=

Logo escreve-se a impedância equivalente até T2 como:

212 TTFeqT ZZZZ ++=

][090676,0][088845,0018132,0 22 puZpujZ eqTeqT =∴+=

2.2.3.3 Cálculo da Corrente de Curto-Circuito

][028277,11090676,0

1

22 pu

ZV

IcceqT

pupuB ===

][77,3137460.310.2500

.3

3

33 A

VS

Ib

bb === ( 2.6)

][6,342,3460477,3137.028277,11. 2322 kAIccIIccIcc BbpuBB ≅∴===

Com isso a potência de curto-circuito no Barramento B2 pode ser expressa de

acordo com a equação (2.1) como:

16

][69,570.27..3 222 kVAIccVPcc BLBB ==

Figura 1-Diagrama unifilar simplificado

O diagrama da Figura 1, mostra que a tensão nas barras são tensões do sistema

sem carga e são 5% maior que a tensão de carga das respectivas barras.

Aqui também pode-se verificar a necessidade de dimensionar o condutor C1 e

da especificação dos disjuntores D1 e D2. Sendo que primeiramente define-se D2 com

de acordo com as informações da carga e em seguida define-se D1, que está a sua

montante e em seguida o condutor C1 que deve se adequar ao disjuntor D1 para a sua

proteção.

17

2.3 Identificação e Caracterização do Sistema Elétrico

De acordo com a Figura 1, tem-se um sistema 3ø e um condutor de proteção

(PE) diretamente conectado à malha de terra em cada extremidade. Com tensão de

carga de 440V e freqüência de 60Hz.

2.4 Identificação da Carga e da Corrente Nominal de Carga

Nesta seção define-se a carga do CCM e com isso torna-se possível determinar

a corrente nominal de carga.

2.4.1 Carga

Para determinação da carga considera-se o somatório das potências de cada

categoria de motores definidas para este projeto de acordo com a Tabela 2[1]3. Todos

são de 4 pólos e com 15,1=sf . Assim a potência total nominal é de 500[kVA].

Características Tipo Motor

M1 M2 M3 M4 Quantidade 1 3 10 5

Potência 100cv

75[kW]

50cv

37[kW]

20cv

15[kW]

10cv

7,5[kW]

Ip/In 8,8 6,6 6,3 8,0

Cosø 0,87 0,83 0,83 0,83

Rendimento 93,5% 92,4% 90,2% 89,0%

In4 121[A] 66,8[A] 26,3[A] 13,3[A]

Iz[2]5 139,15[A] 76,82[A] 30,25[A] 15,3[A] Tabela 2– Dados dos motores do CCM

3 Para Motores IP55. 4 Calculada considerado fator de potência e rendimento com potência nominal de 100%. 5 Calculada considerando o fator de serviço, conforme seção 6.5.1.3.1 Nota 2.

18

2.4.2 Corrente Nominal de Carga

A corrente nominal de carga é definida como:

][656440.310.500

.3

3

AV

SI

LCCMLCCM ≅== ∑ .

2.5 Proteção

Para determinação da corrente nominal do disjuntor D2, considera-se que os

fatores de temperatura e altitude são iguais a um, ou seja, a temperatura ambiente é de

40ºC e o CCM é instalado no nível do mar.

2.5.1 Amper Tripper

Para determinação do AT do disjuntor D2 considera-se a equação (2.7) 6:

25,1)))...(25,0(( MaiorMotorPotIAT LCCMN += ( 2.7 )

Então ][8632 AATD ≅ . Mas, para atender a valores presentes no mercado7,

utilizar-se-á um valor de ][12502 AAFD = com Amper Tripper ajustado para 875[A], ou

seja, 0,7xIn.

Logo o Amper Frame dos disjuntores D1 e D2 são equivalentes, porém com

valores de Amper Tripper ajustáveis para atender às necessidades deste projeto. Para

efeito de proteção do condutor, este é dimensionado para o maior valor de ajuste do

1DAT , ou seja, 1250[A]. O valor de ][10001 AATD = , isto é, 0,8xIn.

2.5.2 Disjuntor Caixa Moldada

Os disjuntores D1 e D2 são do tipo caixa moldada com disparadores

microprocessados.

6 Equação que representa a demanda com acréscimo de 25%, segundo NEC 2005, para definição do cabo

alimentador. 7 Veja Figura 2.

19

Com isso o disjuntor D1, selecionado para a proteção do condutor C1 e tudo

que está a sua jusante é idêntico ao disjuntor D2, para proteção do CCM, cujo modelo

é: Siemens Setron 3VL77, cujas características técnicas estão representadas na Figura

2[3].

Figura 2-Características técnicas do disjuntor Siemens Setron 3VL77

2.6 Tipo de Condutor

A partir da consulta a valores padronizados define-se o tipo de condutor a ser

utilizado de acordo com a tensão de isolamento e o tipo de percurso desde o

transformador T2 até o CCM.

20

2.6.1 Condutor

Condutor de cobre nu, têmpera mole, encordoamento Classe 5, isolamento em

PVC, classe de tensão 0,6/1kV[4]8.

A isolação e cobertura de cloreto de polivinila – PVC pode atingir as

temperaturas definidas como: em serviço contínuo, em sobrecarga e em curto-circuito

respectivamente a 70, 100 e 160ºC, para condutores até #300mm²[2]9.

2.7 Critério da Ampacidade

O critério da ampacidade define a corrente que o condutor deve suportar

considerado os fatores relacionados nos itens subseqüentes, além de garantir que as

temperaturas no condutor não ultrapassem os valores definidos na seção 2.6.1. Neste

projeto não são admitidas sobrecorrentes que permitam a elevação da temperatura dos

condutores à 100ºC, o que acontece quando se admite uma sobrecorrente de 45%[2]10.

2.7.1 Fator de Temperatura

As tabelas consultadas estão referidas a uma temperatura de 30ºC para

condutores não-subterrâneos. Para uma temperatura ambiente de 40ºC, assim, o fator

de correção de temperatura é dado por 87,0=tf [2]11.

2.7.2 Fator de Agrupamento e Camadas

A partir do cubículo distribuidor da subestação do transformador T2 os cabos

passarão por rasgo na laje e por intermédio de galeria técnica alimentarão a três

CCMs, definidos como 85%[5]12 da capacidade de T2, por intermédio de leitos e

bandejas. Apenas um deles é objeto deste projeto. Então cada camada de leito ou

8 Características do cabo Sintenax Flex. 9 Conforme Tabela 35. 10 Conforme seção 5.3.4.1. 11 Conforme Tabela 40. 12 Conforme seção 3.3.4.

21

bandeja alimenta apenas um CCM, logo se tem um circuito. No entanto como os

circuitos são divididos em condutores em paralelo13, onde se considera quatro circuitos

por leito disposto em no máximo três camadas de leitos ou bandejas com distância

mínima entre eles de 30[cm] [6]. O que indica o método de instalação e o método de

referência como respectivamente 14/16 e F[2]14, para condutores unipolares e para

instalação dos trifólios com afastamento igual à pelo menos duas vezes o diâmetro

externo do condutor[7]15. Este, adotado, e que restringe a não instalação de futuros

condutores entre os espaços, desses leitos ou bandejas alimentadoras. Então tem-se

que 86,0=af [6],[7]16.

2.7.3 Condutores em Paralelo

O uso de condutores em paralelo, em vez de um único condutor, na mesma

fase, pode representar uma solução mais prática quando se trata de transportar

correntes elevadas[7]. Os cabos são reunidos eletricamente em ambas às extremidades,

sendo que cada trifólio contém os condutores das fases A, B e C que devem alternar

entre ABC, BAC e ABC[6][7][8], para garantir que as reatâncias indutivas dos cabos

em paralelo de uma mesma fase serão praticamente iguais, diferindo, no entanto, de

fase para fase. Essa diferença é menos crítica do que se fossem diferentes as reatâncias

de cabos da mesma fase[7].

13 Veja seção 2.7.3. 14 Conforme Tabela 33. 15 Conforme Tabela 9.14. O NEC 2005 sugere a distância de 2,15 diâmetro externo condutor fase entre os

trifólios. 16 Conforme Tabela 3.17 e Tabela 9.14 respectivamente.

22

2.7.3.1 Fator de Paralelismo

É o fator que considera que apesar de os condutores serem de mesmo material

circularão correntes diferentes nos mesmos. Com isso 92,0=pf 17.

2.7.4 Seção do Condutor

Para definir a seção dos condutores fase basta retornar ao critério da

ampacidade que pode ser escrito como: pat fff

ILAmpacidade..

= .

Com isso tem-se que: ][181692,0.86,0.87,0

1250 AAmpacidade == . O que equivale

a um condutor de 4x3Cx1#240mm²[2]18,19.

2.8 Sobrecorrente Temporizada do Disjuntor D1

Verifica-se se o condutor especificado na seção 2.7.4 atende, nas condições do

projeto, em regime, a função sobrecorrente temporizada do disjuntor. O condutor

4x3Cx1#240mm² suporta uma corrente de 485*4=1940[A][2]20. Então a capacidade de

condução dos condutores ( 'LI ) de #240mm² é obtida multiplicando-se sua capacidade

de corrente nominal pelo produto dos fatores das seções 2.7.1, 2.7.2 e 2.7.3.1 Com

isso: ][4,133592,0.86,0.87,0.1940' AI L == . Como ][1' AATI DL ≥ , em seu valor máximo

de ajuste, então atende à função sobrecorrente temporizada do disjuntor, ou seja,

depois que ultrapassado a corrente nominal o mesmo dispara sem comprometer o

condutor.

17 O IEEE considera pf =0,8. No entanto adotamos 0,92 por considerar aquele muito rigoroso.

18 Conforme Tabela 38. 19 Veja que de acordo com a Figura 2 pode ser instalado nos terminais do disjuntor no máximo quatro condutores

de #240mm² por pólo. 20 Conforme Tabela 38.

23

2.9 Sobrecorrente Instantânea do Disjuntor D1

Verifica-se para qual valor a função sobrecorrente ajustável do disjuntor

atende ao condutor. Para tanto é comparada a corrente de curto-circuito nos terminais

do disjuntor D1 com a corrente de curto-circuito que o condutor suporta e por quanto

tempo.

2.9.1 Corrente Máxima de Curto-Circuito no Condutor

Um condutor de #240mm² em 16 ciclos – 266,7[ms] suporta uma corrente de

curto-circuito equivalente a 50[kA][9]. Como a capacidade de ruptura exigida no

Barramento B2, segundo seção 2.2.2.3 é de 34,6[kA], ou seja, pode-se considerar que

o curto nos terminais do disjuntor D1 com esta mesma intensidade. Então o condutor

atende a função sobrecorrente ajustada do disjuntor para valores inferiores a

266,7[ms]. Este valor é posteriormente definido para atender a seletividade

cronológica do sistema21.

2.10 Corrente de Curto-Circuito na entrada do CCM

Nesta seção é definida a capacidade de ruptura do disjuntor D2 sem a

contribuição dos motores de indução.

2.10.1 Impedância do Cabo de Alimentação do CCM

As características do cabo C1 estão até agora definidas segundo itens

anteriores, equivalente a três condutores por fase, ou seja, 4x3Cx1#240mm².

Os valores de resistência e reatância indutiva médios, são respectivamente

0,09 e 0,10[Ω/km] [9]22.

Considera-se distância entre o cubículo distribuidor do trafo T2 e o CCM de

30[m]. Então:

21 Veja seção 2.12. 22 Conforme Tabela 22.

24

][000750,0000675,003,0.4

)10,009,0(1 Ω+=

+=Ω jjZ C

][011921,0][008861,0007975,0460

10.2500).0003,00008,0( 12

3

1 puZpujjZ CC =∴+=+=

2.10.2 Impedância Equivalente

A impedância equivalente até o condutor C1 é: 121 CeqTeqC ZZZ +=

][101134,0][097706,0026107,0 11 puZpujZ eqCeqC =∴+=

2.10.3 Corrente de Curto-Circuito

][887872,9101134,0

1

11 pu

ZV

IcceqC

pupuC ===

][31][9.31025. 1311 kAIccAIIccIcc CbpuCC ≅∴== .

2.11 Corrente de Curto-Circuito do CCM com a Contribuição dos Motores

No diagrama mostrado na Figura 01 pode-se verificar a possibilidade da

instalação de motores tanto de média quanto de baixa tensão, isso porque aqueles

devem ter suas reatâncias individualmente consideradas, já que a contribuição é maior,

enquanto estes podem ser considerados por uma reatância equivalente na base de soma

das potências em [hp].

Com isso necessita-se conhecer as impedâncias dos cabos de cada tipo de

motor para encontrar uma impedância que melhor represente a contribuição dos

motores na intensidade do curto-circuito na entrada do CCM.

2.11.1 Cabo de Alimentação do Motor Tipo M1

Para cálculo do condutor de alimentação considera-se os dados da Tabela 2 e

que o cabo é do tipo multipolar com arranjo dos cabos em trifólio, e os mesmos são

instalados em galeria subterrânea sobre leitos e/ou bandejas perfuradas com até 6

25

circuitos em até três camadas de bandejas e/ou leitos e com temperatura ambiente de

40ºC. Ou seja, tem-se que 87,0=tf [2]23 e 73,0=af [6]24.

Os mesmos são dimensionados com 125% da sua capacidade nominal[8]25.

Então:

][15,23825,1.73,0.87,0

121'1 AI M ≅=

Com isso adota-se um cabo de 1x1Cx3#95mm²[2], cujos valores de resistência

e reatância indutiva médios são, respectivamente, 0,23 e 0,09[Ω/km][9]. Considera-se

distância entre o CCM e o motor tipo M1 de 40[m]. Então:

][0036,00092,004,0).09,023,0(1 Ω+=+=Ω jZCM

][116721,0][042533,0108696,0460

10.2500).0036,00092,0( 12

3

1 puZpujjZ CMCM =∴+=+=

2.11.1.1 Impedância de Rotor Bloqueado

Como nos motores pode-se considerar 0≅R [6], então:

][238574,08,81213/440

1 Ω=∗

=Ω jZ RB

][818697,2460

10.2500.238574,0 2

3

1 pujZ RB ==

2.11.1.2 Tensão no Dispositivo de Partida

][194522,0][140239,0134803,0 11 puZpujZ eqCMeqCM =∴+=

][34,425460.924645,0956522,0.11

111 V

ZZZZ

VRBeqCM

RBCMpM =∴

++

= .

23 Conforme Tabela 40. 24 Conforme Tabela 3.16. 25 Conforme Artigo 430.122.

26

Visto que é desejável uma queda inferior a 10[%], ou seja, 396[V]. Então o

condutor atende.

2.11.1.3 Tensão nos Terminais de T2 na Partida

][7,426460.927605,0956522,0.11

1111 V

ZZZZZ

VRBeqCM

RBCMCM =∴

+++

= . É admissível uma

queda de 7[%], ou seja, 409,2[V]. Então a partida do motor M1 com todo o sistema

funcionando é atendida.

2.11.2 Cabo de Alimentação dos Motores Tipo M2

Considera-se o mesmo tipo de instalação definida na seção 2.11.1. Então:

][5,13125,1.73,0.87,0

8,66'2 AIM ≅=

Com isso tem-se um cabo de 1x1Cx3#50mm²[2], cujos valores de resistência e

reatância indutiva médios são, respectivamente, 0,46 e 0,09[Ω/km][9]. Além de

considerar a distância máxima entre o CCM e os motores tipo M2 de 90[m]. Então:

][0081,00414,009,0).09,046,0(2 Ω+=+=Ω jjZCM

][498404,0][095699,0489130,0460

10.2500).0081,00414,0( 22

3



][576198,06,68,663/440

2 Ω=∗

=Ω jZ RB

][807331,6460

10.2500.576198,0 2

3

2 pujZ RB ==



][77,433460.942986,0956522,0.22

222 V

ZZZZ

VRBeqCM

RBCMpM =∴

++

=

27


Considera-se o mesmo tipo de instalação definida na seção 2.11.1. O fator de

agrupamento é para nove circuitos. Então:

][5425,1.70,0.87,0

3,26'3 AI M ≅=


reatância indutiva médios são, respectivamente, 2,19 e 0,1[Ω/km][9]. Considera-se

distância máxima entre o CCM e os motores tipo M3 de 60[m]. Então:

][006,01314,006,0).1,019,2(3 Ω+=+=Ω jjZCM

][554075,1][070888,0552457,1460

10.2500.006,01314,0 32

3



][533189,13,63,26

3/4403 Ω=

∗=Ω jZ RB

][114239,18460

10.2500.533189,1 2

3

3 pujZ RB ==



][61,437460.951331,0956522,0.33

333 V

ZZZZ

VRBeqCM

RBCMpM =∴

++

=


Considera-se o mesmo tipo de instalação definida na seção 2.11.1. Então:

][3,2725,1.70,0.87,0

3,13'4 AIM ≅=

28


reatância indutiva médios são, respectivamente 5,52 e 0,12[Ω/km][9]. Considera-se

distância máxima entre o CCM e os motores tipo M4 de 80[m]. Então:

][0096,04416,008,0).12,052,5(4 Ω+=+=Ω jjZCM

][218624,5][113422,0217391,5460

10.2500.0096,04416,0 42

3



][387539,283,133/440

4 Ω=∗

=Ω jZ RB

][208164,28460

10.2500.387539,2 2

3

4 pujZ RB ==



][5,438460.953185,0956522,0.44

444 V

ZZZZ

VRBeqCM

RBCMpM =∴

++

=

2.11.5 Reatância dos Motores

Considera-se kVAHP 11 = [10]26 para motores de indução, então a reatância de

contribuição de todos os motores pode ser escrita como:

][25,0 puX Mpu = [6]27.


][143667,1460440.

5002500.25,0 2

2' pujX Mpu +== ][143667,1 pujZ M +=∴

26 Conforme Tabela 7-3. 27 Conforme seção 5.6.

29

2.11.6 Impedância Equivalente dos Condutores Terminais

Calcula-se uma impedância equivalente entre os condutores de acordo com a

equação (2.8).

)5

//10

//3

//( 4321

CMCMCMCMCMT

ZZZZZ = ( 2.8 )

][009697,0044918,0 pujZCMT +=

2.11.7 Impedância Equivalente

Logo pode-se escrever a impedância equivalente como:

)//()( 121 CMTMCeqTeqC ZZZZZ ++=

][093156,0][090412,0022443,0 11 puZpujZ eqCeqC =∴+=

2.11.8 Corrente de Curto-Circuito

][734682,10093156,0

1

11 pu

ZV

IcceqC

pupuC ===

][7,33][682,33. 1311 kAIccAIIccIcc CbpuCC ≅∴==

Ao comparar com a seção 2.10.3, verifica-se que a contribuição dos motores

representa um aumento da capacidade de ruptura do disjuntor D2 de aproximadamente

8%. Logo ambos têm suas capacidades selecionadas segundo Figura 2 para 35[kA].

2.12 Condutores de Terra

Para os condutores de terra terminais é considerado a metade da bitola do

condutor fase[2], já que o relé eletrônico inteligente28 possui função que garante a

proteção contra curto-circuito fase-terra

28 Veja Capítulo 4.

30

2.13 Seletividade Cronológica dos Disjuntores

Os disjuntores são ajustados conforme os parâmetros definidos na Tabela 3.

Características Disjuntores

D1 D2

Modelo AF 1250 – 35 [kA] AF 1250 – 35[kA]

Corrente de sobrecarga 0,8xIn AT=1000[A] 0,7xIn AT=875[A]

Curto-Circuito 2xIn 1,5xIn

Tempo de atuação 200[ms] 100[ms] Tabela 3-Dados de ajustes dos disjuntores D1 e D2 para que ocorra seletividade

2.14 Conclusões

O dados fornecidos na Tabela 1, apesar de a princípio ser considerada uma

resistência zero para os transformadores, mas com a utilização da equação (2.4)

verifica-se uma aproximação coerente com o resultado obtido de um gráfico de

tendência para perdas do transformador T2 para potências até 1500[kVA], classe

15[kV] [6]29. Isto é, para efeito de simplificação dos cálculos, não se considera as

perdas e somente depois se utiliza à equação (2.4) para expressar a sua contribuição,

na parcela real da impedância dos dois transformadores.

Com as oscilações de tensão no ponto de entrega entre -7,5 e +5%, num total

de 12%(valor oficialmente admitido pela legislação)[6]. Para os motores deve-se

observar a variação de tensão entre ±10%[5]30. Com isso adota-se a tensão secundária

do trafo T2 para 460[V], 5% superior a tensão de carga, para garantir a tensão de

440[V] frente ao valor inferior de queda de tensão no ponto de entrega (-7,5%), o que

é mais provável do que valores superiores diante da limitação do sistema elétrico

29 De acordo com a Tabela 9.11, onde o autor utiliza os dados para realizar cálculos de transformação em pu e

mudança de base das perdas para compor a impedância resultante. Veja Apêndice A. 30 Conforme seção 3.1.13.

31

brasileiro, além de uma queda de 1% nos condutores de média, ou seja, mesmo com

uma queda deste valor, tem-se valores próximos superiores a 440[V] nos terminais do

trafo T2.

A mudança de tap no primário do trafo T2 é mais uma estratégia para atender

a queda de tensão do sistema, visto que a distância entre a subestação do ponto de

entrega (138[kV]) e as de distribuição deve ser significante, mas não consideramos

como escopo deste projeto para cálculo de condutores de média tensão. Ou seja, tem-

se ao certo mais uma impedância significativa para o cálculo da corrente de curto-

circuito no CCM. Mas, apesar disso, pode-se considerar que quanto menos

impedância, maior a capacidade de ruptura dos dispositivos de proteção e com isso, o

deste projeto foi calculado para valores um pouco inferiores a 35[kA]. Como não

foram consideradas as impedâncias dos circuitos de média, ou seja, o curto tenderia a

diminuir mais. Então definiu-se que a capacidade de ruptura na entrada do CCM é de

35[kA].

A vida útil dos condutores em uma instalação é definida pela temperatura que

o mesmo está sendo submetido e por quanto tempo, não podendo superar 100h nos

doze primeiros meses e 500 horas em toda vida útil do condutor, ou seja, condutores

com constantes fases de sobrecarga que eleve sua temperatura a 100°C, têm sua

isolação comprometida em um menor intervalo de tempo. Como no ambiente

industrial existem vários processos a serem seguidos e repetidos continuamente, não é

viável que alguns condutores sejam mais exigidos que outros, para não correr o risco

de um determinado curto por deterioração ou fragilidade do isolamento interferir na

produção. Por isso os níveis de sobrecarga dos condutores desse projeto estão

definidos para níveis de funcionamento normal, ou seja, à temperatura de 70°C.

A temperatura é uma grande vilã na engenharia, ou seja, para empresas que

possuem a sua própria fonte de energia podem e devem manter a temperatura ambiente

em 25°C com a utilização de aparelhos de ar-condicionado em salas elétricas – o que

já é visível em grandes parques industriais, até mesmo para aumentar a ampacidade

dos condutores, ou garantir o resfriamento mais rápido em caso de curto-circuito, onde

32

a temperatura chega a 160°C, o que necessitaria de um tempo de aproximadamente 8

horas para resfriamento, o que na prática não acontece.

A determinação do fator de agrupamento foi uma das dificuldades

encontradas, visto que a necessidade de se deixar espaço entre os condutores para

aumentar af e com isso diminuir a bitola dos condutores ou o número de condutores

em paralelo, não é muito aconselhável, já que na área uma bandeja ou leito deste tipo

de circuito pode ser interpretado com uma bandeja com espaço e com isso

comprometer a vida útil dos condutores. Apesar disso, foi o modo como se

dimensionou tais condutores, considerando que bandejas e leitos alimentadores são

instalados em locais exclusivos e diferentes das bandejas e leitos terminais.

Em observação quanto ao número de camadas de bandejas ou leitos e não de

condutores em uma mesma bandeja, cujos valores de af são impraticáveis, verifica-se

que quando o número de camadas é superior a três af possui uma variação menor.

Logo utiliza-se mais camadas, como na realidade ocorre na indústria, ou seja,

considera-se que a distância mínima entre uma bandeja e outra é de 30[cm], para sete

camadas exigiria um pé direito de galeria de no mínimo 2,1[m].

Na prática a união dos condutores em paralelo, que têm o mesmo

comprimento, acontece por intermédio de barramentos para não forçar os terminais do

disjuntor.

Para cálculo das impedâncias dos condutores utilizaram-se os valores de

Z=R+jX e em seguida calculamos o módulo, ou seja, sem utilizar o fator de potência

como indica o catálogo do fabricante Prysmian31, o que simplificam os cálculos e

aumenta a queda de tensão, visto que o valor do módulo de Z é um pouco maior

daquele comparado com este, mas por outro lado, diminui a corrente de curto-circuito

presumida.

31 Na Tabela 22.

33

Para mudança de base, conforme equação (2.2) o valor da impedância, por

exemplo, deve estar em [pu], mas com a repetição dos cálculos nota-se que não é

necessário transformar de [Ω] para [pu] e depois fazer a mudança de base. Logo,

simplesmente dividir a impedância pelo valor de Impedância de Base desejada.

Sendo o curto-circuito trifásico o de maior intensidade, calculou-se para

definir a capacidade de ruptura dos disjuntores. Quanto ao curto bifásico, o de menor

intensidade pode ser definido como 0,87 do curto trifásico[11]32, além de multiplicar

pelo fator de 0,633. Logo de acordo com os valores ajustados de curto na Tabela 3,

pode-se concluir que os condutores e tudo a jusante dos disjuntores D1 e D2 também

estão protegidos contra curto-circuito bifásico e fase-terra.

Quanto à contribuição dos motores na corrente de curto-circuito, pode-se

definir que os motores contribuiriam com 100% e simplesmente diminuir a potência de

contribuição dos motores para desconsiderar as impedâncias dos condutores terminais.

No entanto, no próximo capítulo onde se define os elementos de proteção, é necessário

conhecer a impedância dos cabos terminais. Então se realizou os cálculos dos

condutores terminais, conforme seção 2.11.

Na seção 2.11.1.4, verifica-se a tensão nos terminais do trafo T2 admitindo

um sistema todo carregado e com queda de tensão equivalente a –5% no ponto de

entrega, e por alguma eventualidade o motor de maior potência do CCM tivesse que

partir com todos os outros funcionando. Então se verifica uma queda de tensão

superior, mas próximo de 7%, o que não exige nenhuma intervenção em termos de

projeto, visto que, apesar de considerar a demanda de 100% , isso na verdade não

acontece a todo instante. Ou seja, tem-se que verificar a probabilidade dessa

ocorrência ou implantar um sistema especialista que verifica tal condição e com isso

obter o melhor instante para o motor tipo M1 partir sem comprometer o sistema.

32 Conforme Capítulo III. 33 Que limita a intensidade do arco em um curto franco bifásico em 60%, segundo especialistas.

34

A seletividade dos disjuntores D1 e D2 tem abordagem apenas com caráter

cronológico. Deste modo considera-se que as concessionárias de energia elétrica

exigem que o dispositivo de proteção na entrada de determinada indústria acione com

no máximo 500[ms]. Então definiu-se um valor temporal de 100[ms] para o disjuntor

D2 e aumentando de 100 em 100[ms]34 para os instalados a montante, restringindo

apenas aos já dimensionados neste projeto.

No mais, este capítulo, torna-se útil no sentido de resumir vários conceitos das

instalações elétricas, enriquecendo o trabalho, visto que se pode apenas considerar

uma potência de curto-circuito na entrada do CCM e com isso dar continuidade e

adequação segundo o NEMA, este que é o objetivo do próximo capítulo. Onde se

aborda a adequação dos equipamentos e configurações pertinentes para adequação às

normas.

34 MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. Rio de Janeiro: LTC livros Técnicos e Científicos,

2002 na seção 10.2.4.2.4 propõe 150[ms].

35

3 CARACTERIZAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DO CCM

3.1 Introdução

Neste capítulo são dimensionados os equipamentos que são utilizados para

compor a instalação elétrica do CCM.

3.2 Sobre o NEMA

O National Electrical Manufacturers Association é uma comissão que visa à

padronização de produtos e equipamentos de produção industrial. É formada por

membros fabricantes destes produtos[13], onde são desenvolvidos originalmente como

os que são certificados pelo American National Standards Institute (ANSI) ou

International Electrotechnical Commission (IEC). Onde também se aplicam normas

do: Institute of Electrical and Eletronics Engineers (IEEE), Industrial Control Systens

(ICS), Underwriters Laboratories Standard (UL) e o próprio National Electrical Code

(NEC).

3.3 Características Gerais

O CCM é uma estrutura formada por barramento horizontal e barramentos

verticais, estes presentes em cada coluna que é composta por gavetas que alimentam e

onde são instalados os equipamentos de proteção do motor. Na Figura 3 tem-se uma

visualização geral, enquanto na Figura 4, pode-se perceber a facilidade que o CCM

promove quanto a manutenção.

O CCM é do tipo Classe II[12]35, cuja interligação dos comandos ocorre

dentro do próprio relé eletrônico inteligente36, podendo comutar entre remoto ou local

próximo ao motor e local por operação no painel de cada unidade.

O cabeamento é do tipo B[12]37, isto é, até NEMA 3 são instalados tanto

bornes nos cabos de força quanto nos de comando, este adjacentes à coluna. A partir

35 Conforme seção 3.2.2.

36

de NEMA 4 e unidades de distribuição, sem bornes no circuito de carga e com bornes

adjacentes no circuito de comando.

Para instalação dos cabos são deixados espaços tanto na parte superior quanto

inferior.

Figura 3-Vista frontal de um CCM

Figura 4-Vista frontal de um CCM em manutenção

3.4 Gavetas

O tamanho das gavetas é definido pela potência do motor e o tipo de partida.

Portanto utilizou-se quatro tamanhos de gavetas diferentes, atendendo às potências dos

motores de acordo com a Tabela 1 e com partida tipo direta, separadas conforme

Tabela 4[14]38.

36 Veja Capítulo 3. 37 Conforme seção 3.3.1.2. 38 Veja Apêndice B – Desenhos - Folhas 03/06, 04/06 e 06/06.

37

Col. 1 Col. 2 Col. 3 Col. 4 Col. 5 Col. 6

Gaveta Fixa

GW80

G01

G02

Gaveta Extraível

GNW 48

G03,G04,

G05

G06

Gaveta Extraível

GNW32

G07,

G08

G09,G10,

G11,G12,

G13

G14,G15,

G16

Gaveta Extraível

GNW16

G17,G18,

G19, G20

G21

Tabela 4-Disposição das gavetas em colunas

Em uma das gavetas fixas é instalado o disjuntor de entrada, enquanto a outra,

é destinada ao transformador de controle e todos os equipamentos de proteção a ele

associado.

As gavetas extraível permitem uma maior flexibilidade ao CCM no sentido de:

mesmo que CCM esteja energizado é possível a extração da gaveta para, por exemplo,

manutenção.

3.4.1 Intertravamento

O intertravamento mecânico das gavetas permite a execução em 3 posições:

Inserida, quando a entrada de força da gaveta está energizada e pronta para

funcionamento; Teste, quando a entrada de força da gaveta está desenergizada

possibilitando somente testes do circuito de comando e Extraída, quando circuitos de

força e comando estão desenergizados e possibilitam a retirada da gaveta[14]. Ou seja,

já existe estrutura mecânica, conforme Figura 5, que permite a comutação entre essas

38

três posições e quanto ao intertravamento elétrico é realizado utilizando uma lógica no

relé eletrônico inteligente39.

O detalhe da parte traseira de uma gaveta, cujos plugs são padronizados para

qualquer potência é mostrada na Figura 6, que representa da direita para esquerda os

contatos de força, comando e saída para alimentação do motor.

Figura 5-Posições da chave de intertravamento

mecânico

Figura 6-Detalhe da parte externa dos contatos de

força, comando e saída da gaveta.

3.4.2 Botoeira de Emergência

Considera-se que pode ocorrer falhas no sistema de comunicação (rede) e até

mesmo no relé eletrônico inteligente. Por isto, é adicionada uma botoeira de

emergência em série com o circuito de alimentação das bobinas dos contatores.

3.5 Barramentos

Os barramentos se dividem em vertical e horizontal. Sendo que é possível que

unidades possam ser diretamente conectadas ao barramento horizontal (para as gavetas

fixas). No entanto neste projeto as unidades são diretamente conectadas aos

barramentos verticais.

39 Veja Capítulo 4.

39

3.5.1 Horizontal

O barramento horizontal está instalado na parte superior da coluna, conforme

Figura 7, é único e atende a todos os barramentos verticais. A sua capacidade de

corrente é de 1250[A] [12]40, para atender a necessidade de ajuste máximo de

capacidade de corrente do disjuntor D2. Então a capacidade de ruptura do barramento

horizontal é de 35[kA] [12]41.

Figura 7-Barramento horizontal na parte superior do

CCM

Figura 8-Vista frontal de uma gaveta com a

visualização do barramento vertical

3.5.2 Vertical

O barramento vertical está localizado atrás de cada coluna, conforme Figura 8,

e é definido pelo somatório dos Amper Frames dos disjuntores presentes em cada

gaveta de cada coluna. Como para os disjuntores parciais serão utilizados o disjuntor

HMCP, onde todos têm Frame F de 150[A] 42. Então basta multiplicá-lo pelo número

de gavetas em cada coluna da Tabela 4. Os mesmos têm capacidade de corrente

mínima de 300[A][12]43. Portanto na coluna 2 tem-se barramento de 450[A], na coluna

40 Conforme seção 4.3. 41 Conforme Tabela 1-4-2. 42 Veja seção 3.7.2.4. 43 Conforme seção 4.3.

40

3 de 450[A], na coluna 4 de 750[A], na coluna de 1050[A] e na coluna 6 de 300[A].

Todos com capacidade de ruptura de 35[kA] [12]44.

3.6 Medição

Para medição do consumo de energia elétrica, como também visualização de

corrente, tensão e fator de potência é utilizado um Medidor Multifunção, modelo:

MULTI INDICADOR DIGITAL TIPO: MID 144-5-DP – Siemens[15]. Este medidor

possui interface PROFIBUS-DP e também é integrado no processo de supervisão. No

entanto não se entra em detalhes de sua programação e/ou parametrização.

3.6.1 Transformador de Corrente

Para uma carga máxima do Medidor Multifunção de 12,5[VA] e de acordo

com as especificações do disjuntor D2, na Tabela 3. O transformador de corrente (TC)

tem classe de exatidão 0,6%. Então tem-se um TC 0,6C12,5 de 1500:5 [11].

3.6.1.1 Chave de Aferição

A chave de aferição é utilizada para curto-circuitar os terminais do secundário

do TC, em períodos de manutenção e/ou inspeção, e com isso não promover a sua

explosão. Logo a chave utilizada é do tipo: sobrepor, de 600V, ou seja, deve ser

instalada dentro da gaveta e corrente de 20[A].

3.6.2 Transformador de Potencial

O transformador de potencial (TP) é do tipo 460/115V conectado em delta

aberto. Classe de exatidão de 0,6% e potência de 12,5[VA] [11].

44 Conforme Tabela 1-4-2.

41

3.7 Disjuntor

Os disjuntores de proteção são divididos em geral e parciais, estes para cada

tipo de motor, sendo portanto somente magnético, visto que a proteção contra

sobrecarga é realizada pelo relé eletrônico inteligente.

Para dimensionamento dos disjuntores parciais calcula-se a corrente de curto-

circuito nos terminais dos condutores que alimentam aos quatro tipos de motor.

Os disjuntores parciais têm suas capacidades de ruptura equivalentes a do

disjuntor D2, isto é, não se considera a impedância dos barramentos verticais. O que

faz com que um curto nos terminais dos disjuntores terminais seja equivalente ao da

entrada do CCM.

3.7.1 Entrada

Confirma-se a capacidade de ruptura definida no Capítulo anterior: o disjuntor

de entrada deve ser de 50[kA] [12]45.

3.7.2 Motor Tipo M1

Nesta seção é definido o modelo e os ajustes necessários do disjuntor do motor

tipo M1.

3.7.2.1 Corrente Máxima de Curto-Circuito no Condutor

Para o cabo de alimentação definido na seção 1.10.1.1, isto é, um condutor de

#95mm² em 2 ciclos – 33,3[ms] suporta uma corrente de curto-circuito de 60[kA][9].

3.7.2.2 Corrente de Curto-Circuito

][214553,5191771,0

1

11 pu

ZV

IcceqCM

pupuCM ===

][4,161 kAIccCM ≅

45 Conforme Tabela 1-4-1.

42

Compara-se o resultado obtido na seção 2.7.2.1 e verifica-se que o cabo atende

ao quesito.

3.7.2.3 Tensão nos Terminais do Motor durante a Partida

Com o valor de torque na partida nominal de 3,2[pu][1] e adotando um torque

na partida equivalente a 70% do nominal de partida. Então tem-se que calcular a

tensão que representa este torque, com isso: 2

)( . NNp VKT = ( 3.1)

2)( . RRp VKT = ( 3.2 )

Dividindo equação (2.1) pela equação (2.2) e realizando as simplificações

encontra-se que:

NR VV .836660,01 = ( 3.3)

Passa-se para a base de 460[V]. Tem-se que ][800284,01 puVR =

Desta forma, como trabalha-se com valor por unidade, esta tensão na verdade

é equivalente a dos outros tipo de motores, com torque nominal respectivamente de:

2,3; 2,2 e 2,3[1].

3.7.2.4 Ajuste da Corrente de Proteção de Curto-Circuito

Para definição desta corrente, deve-se conhecer a corrente de rotor bloqueado

e multiplicá-la pelo fator de assimétrica equivalente a 1,646,47, para ter o valor mínimo

de DMI , na qual o disjuntor deve ser ajustado. Utilizando a tensão calculada na seção

anterior, tem-se que:

][270662,0956761,2800284,0

111 pu

ZZV

IRBeqCM

pupuRB ==

+= .

46 Definido conforme experiência do Prof. Orientador. 47 GRAINGER, John J.; STEVENSON JUNIOR, Willian D. Power system analysis. New York, Mc Graw – Hill,

1994. Na seção 10.5 também utiliza esse valor de Fa para representar o valor assimétrico do curto em ½ ciclo

para disjuntores a óleo com tensão superior a 5kV.

43

][3,8491 AI RB = . Então: ][4,1358.11 AFII aRBDM ≥≥

Com isso pode-se definir o valor de 1DMI =1500[A], que representa o disjuntor

tipo HMCP do fabricante Cutler-Hammer modelo: HMCP 150T4[16].

3.7.3 Motor Tipo M2


tipo M2.



curto-circuito equivalente a 22[kA][9].


][818572,1549882,0

1

22 pu

ZV

IcceqCM

pupuCM ===

][7,52 kAIccCM ≅


ao quesito.


Utilizando a tensão calculada na seção 2.7.2.3, tem-se que:

][114085,0014776,7800284,0

222 pu

ZZV

IRBeqCM

puRB ==

+= .

][3582 AI RB ≅ . Então: ][8,572.22 AFII aRBDM ≥≥


tipo HMCP da Cutler-Hammer modelo: HMCP 100R3[16].

44

3.7.4 Motor Tipo M3


tipo M3.



curto-circuito superior a 6[kA] e inferior a 7[kA][9].


][629543,0588455,1

1

33 pu

ZV

IcceqCM

pupuCM ===

][23 kAIccCM ≅


ao quesito.


Utiliza-se a tensão calculada na seção 2.7.2.3, tem-se que:

][043622,0345684,18800284,0

333 pu

ZZV

IRBeqCM

pupuRB ==

+= .

][87,1363 AI RB = . Então: ][219.33 AFII aRBDM ≥≥


tipo HMCP da Cutler-Hammer modelo: HMCP030H1[16].

3.7.5 Motor Tipo M4


tipo M4.

45


Um condutor de #4mm² em 2 ciclos – 33,3[ms] suporta uma corrente de curto-

circuito superior equivalente a 2,5[kA][9].


][190512,0249011,5

1

44 pu

ZV

IcceqCM

pupuCM ===

][6,04 kAIccCM ≅


ao quesito.


Utilizando a tensão calculada na seção 2.7.2.3, tem-se que:

][027697,0894009,28

800284,0

444 pu

ZZV

IRBeqCM

pupuRB ==

+=

][9,864 AI RB = . Então: ][36,130.44 AFII aRBDM ≥≥


tipo HMCP da Cutler-Hammer modelo: HMCP015E0[16].

3.8 Contatores

São dimensionados para 1 milhão de manobras e de acordo com a categoria

AC-3, de acordo com a Tabela 5[17]48. Para seleção dos contatores são utilizadas as

Figuras: 9,10,11 e 12[17]. Como os motores tipo M2 são esteiras, utilizam-se dois

contatores, para atender à necessidade de partida direta com reversão49.

48 Conforme catálogo de Dados Técnicos Geral. 49 Veja Figura 14.

46

Figura 9-Seleção do contator do motor tipo M1




47

Características Tipo Motor

M1 M 2 M3 M4 Contator 3RT1055 3RT1045 3RT1034 3RT1025

Potência de Operação [VA] 5,8 21 12,6 7,5

Potência de Acionamento [VA] 300 300 166 69

Quantidade 1 6 10 5

Consumo em operação [VA] 5,8 126 126 37,5 Tabela 5-Contatores selecionados com suas potências de operação e acionamento

3.9 Transformador de Controle

Para definição da potência do transformador de controle é considerada a

potência de operação de todos os contatores, exceto o de maior potência. Neste

considera-se 50% da sua potência de acionamento e somado com a potência de

consumo de todos os relés inteligentes. Com isso tem-se uma potência equivalente a

750[VA] 460/115V 1ø, o que representa uma folga de aproximadamente 28%.

3.9.1 Disjuntor Primário

Para a corrente no primário de: ][4,3440/1500 AIL ≅= é utilizado um

disjuntor bipolar curva tipo D com AT=4[A]. Define-se a capacidade de ruptura,

considera-se um condutor de #2,5mm², com comprimento até a Gaveta 02 de 1[m].

Então calcula-se a corrente de curto de aproximadamente 20[kA]. No entanto,

verificando a corrente máxima de curto-circuito do condutor #2,5mm², verifica-se que

o mesmo suporta para 33[ms] uma corrente de aproximadamente 1,5[kA][9]. Então,

mesmo aumentando a bitola do condutor, aumenta-se a corrente de curto-circuito, o

que, para tanto não existe disjuntores monopolares com capacidade de ruptura tão

elevada. Com isso é utilizado um fusível para proteção de curto-circuito do condutor e

do transformador de controle. Com modelo: NH 100[kA] 6[A].

48

3.9.2 Disjuntor Secundário

Para a corrente no secundário de: ][04,13115/1500 AIL ≅= é utilizado um

disjuntor bipolar curva tipo C, ajustada para o valor superior da escala, com

capacidade de ruptura superior a 20[kA] para a tensão de 115[V]. Modelo Eletromar

WMN1C16[18].

3.9.3 Disjuntor do Circuito Funcional - Motor Tipo M1 e M2

De acordo com a Tabela 5 a potência máxima de acionamentos dos contatores

dos motores tipo M1 e M2 são de 300[VA], onde se tem uma corrente de 2,6 [A]. Em

operação normal a mesma equivale a 50[mA] para aquele e 182[mA] para este. Logo é

especificado um disjuntor bipolar com AT=1[A], o que já atende ao consumo do relé

inteligente.

Onde a corrente de curto do disjuntor, curva tipo C, deve ser ajustada para

valor inferior da escala. A sua capacidade de ruptura é superior a 15[kA] para tensão

de 115[V]. Modelo Eletromar WMM1C01[18].

3.9.4 Disjuntor do Circuito Funcional - Motor Tipo M3


dos motores tipo M3 é de 166[VA], onde se tem uma corrente de 1,4 [A]. Em

operação normal a mesma equivale a 109[mA]. Logo é especificado um disjuntor

bipolar com AT=1[A], o que já atende ao consumo do relé inteligente.




3.9.5 Disjuntor do Circuito Funcional - Motor Tipo M4


dos motores tipo M4 é de 69[VA], onde se tem uma corrente de 0,6 [A]. Em operação

49

normal a mesma equivale a 65,2[mA]. Logo é especificado um disjuntor bipolar com

AT=1[A], o que já atende ao consumo do relé inteligente.




3.10 Relé Eletrônico Inteligente

O relé eletrônico inteligente é o dispositivo responsável pela proteção e

monitoramento de falhas dos motores, com parametrização que garante uma

inteligência ao CCM. Na Figura 13, pode-se verificar a unidade básica, no centro, o

medidor de corrente à esquerda, e o painel de operação à direita.

Esse relé pode trabalhar sem estar interligando a uma rede de comunicação e

mesmo assim desenvolve suas funções, no entanto com intervenção apenas local. Mas

neste projeto os dados de campo são enviados ao CLP geral via rede industrial –

PROFIBUS-DP50 e em seguida a um sistema de supervisório instalado em um centro

de controle via ETHERNET51.

Figura 13-Configuração do relé eletrônico inteligente utilizada neste projeto

50 Veja seção 3.3.1. 51 Veja Figura 14.

50

3.11 Desenhos

Os desenhos[19]52 estão dispostos conforme Tabela 6. Esses que foram

realizados para montagem de caderno em papel formato A3.

Folha Título

01/06 Capa

02/06 Simbologia

03/06 Diagrama Unifilar CCM

04/06 Diagrama Unifilar CCM

05/06 Diagrama Funcional – Motor tipo M1

06/06 Interconexão dos dispositivos ao DP Tabela 6-Referência dos desenhos

3.12 Conclusão

Para realização de projetos de CCMs e quando este for especificado para

NEMA deve-se seguir normas aplicáveis tais como: NEC, UL e IEEE.

A gaveta GNW 32 atendia a potência e ao modo de partida do motor de

50[cv], este o maior da escala, mas já pensando em ampliações futuras, utiliza-se a

gaveta de tamanho subseqüente, ou seja, GNW 48, que suporta até 150[cv]. Com isso

também se aumenta a capacidade de corrente do barramento vertical para 600[A]

O modelo de medidor de energia elétrica possui a facilidade de entrada direta

de medição de tensão. Mas mesmo assim não se utiliza tal característica, limitando

com isso a tensão dos equipamentos nos painéis do CCM.

A queda de tensão máxima permitida na partida de 10% é na verdade para

garantir que os contatos dos contatores não desarmem. Mas mesmo que venha a

ocorrer os contatores selecionados funcionam com tensão até 80% da nominal, como

também os relés eletrônicos.

52 Veja Apêndice B – Desenhos.

51

Adotou-se o fusível para interrupção da corrente de curto-circuito do

transformador de controle, a manutenção deste circuito, por exemplo, troca de fusível,

somente pode ser realizado com o desligamento do disjuntor D2.

Na partida dos motores a corrente de partida não é o valor máximo definido

pelo fabricante, visto que a tensão nos terminais do motor não é a nominal. Então,

definidos valores de torque condizente com as expectativas de que a carga venha

solicitar, calcula-se a tensão necessária, medida nos terminais do motor na partida.

Essa tensão que é utilizada para determinação da corrente de rotor bloqueado.

Em uma especificação técnica não se pode diretamente favorecer a um

fabricante específico. Ou seja, os equipamentos com características semelhantes

também podem ser utilizados para confecção/montagem deste projeto. Mas para efeito

de apresentação de conhecimento na busca de catálogos, seleção, ajustes e até mesmo

parametrização de equipamentos citamos os respectivos fabricantes e os modelos de

equipamentos utilizados.

52

4 PARAMETRIZAÇÃO DO RELÉ ELETRÔNICO INTELIGENTE

4.1 Introdução

Neste capítulo é realizada a parametrização do relé eletrônico inteligente[20]

de apenas um dos motores do CCM, tomado como exemplo para entendimento do

processo de parametrização.

4.2 A Estrutura da Rede

Como estrutura de rede de comunicação é utilizada a configuração apresentada

na Figura 14[21]53, onde o relé inteligente se comunicará via PROFIBUS-DP com o

CLP que se comunicará via Ethernet com o Sistema de Supervisório.

Figura 14-Níveis Industriais para aplicação da engenharia

53 Reeditada.

53

4.3 O Relé Eletrônico Inteligente

É o relé do fabricante Siemens: O 3UF7 - System Motor Protetion and Control

Device (SIMOCODE). O mesmo não terá todas as suas características e

funcionalidades apresentadas, mas apenas as utilizadas para parametrização do relé do

motor tipo M1. Na Figura 15[22]54, tem-se um exemplo de utilização do relé na partida

direta, proteção de sobrecorrente e térmica. Além de envio dessas informações de

campo ao nível de automação.

Figura 15-Esquema elétrico com relé inteligente com intervenção local, via painel e remota

4.3.1 Parametrização

A parametrização utilizando o software Win-SIMOCODE-DP_Smart[21] 55 é

a que é apresentada nas etapas subseqüentes caracterizando a configuração necessária

para monitoramento e proteção dos motores, que são mostradas nas Figuras de 16 a

31[20] 56, com exceção da Figura 19[22].

54 Reeditada. 55 Realizado download a partir de endereço na Internet. 56 A partir da instalação do programa.

54

4.3.1.1 Lógica de Funcionamento

Como exemplo de parametrização do relé utiliza-se a seguinte lógica: o motor

1 tem como carga um ventilador central, cuja tubulação principal possui um dumper

que deve estar fechado no momento da partida.

4.3.1.2 Telas de Parametrização

A tela principal possui um menu para habilitar que dados possam ser

carregados do Personal Computer (PC) para o SIMOCODE e vice-versa, além de

monitoramento dos sinais de controle, do display de diagnósticos, abertura on-line do

arquivo parametrizado do relé, das estatísticas dos dados, como também testes de

comunicação.

A Figura 16 mostra os diversos itens a serem parametrizados, mas apenas os

pertinentes à parametrização do primeiro motor são apresentados.

Figura 16-Janela Principal

55

Na janela Order Number, dentro da janela General, define-se o tipo do

transformador de corrente que é utilizado. Se as saídas dos relés são moestáveis ou

biestáveis e que a entrada funcional é utilizada por um termistor, no caso um Positive

Temperature Coefficient (PTC) binário, conforme Figura 17.

Figura 17-Janela Order Number

Na janela General escreve-se as características relevantes para a manutenção,

operação e inspeção daquele relé, como também o endereço PROFIBUS-DP do

mesmo, no caso 1, e a taxa de transmissão.

O PROFIBUS-DP suporta até 125 endereços[23]57, e para mais dispositivos

tem-se que ter outro CLP com processador PROFIBUS-DP como mestre.

Para efeito da determinação da taxa de transmissão é considerado que o CLP

não está no mesmo CCM, na mesma sala elétrica e sim em uma sala de controle

próxima à sala elétrica, ou seja, foi configurado para o valor máximo de transmissão,

conforme Figura 18.

Na janela Overload, conforme Figura 20, define-se que, se houver uma

corrente superior a 125%, o motor deve ser desligado. Se a corrente for inferior a 20%

é enviado um warning. Quanto à classe de partida verifica-se na seção 3.7.2.5 que a

57 Para CPU modelo: 414-3.

56

corrente de rotor bloqueado é equivalente a 849,3[A] o que representa

aproximadamente sete vezes o valor da corrente nominal Is1 de 121[A], ou seja,

600%.

Figura 18-Janela General

Considera-se que o tempo de partida do ventilador é de 18[s] - este aplicado a

motores fabricados para suporta tal exigência. Então na interseção do eixo das

abscissas com o das ordenadas da Figura 19[22], a classe de partida é 25.

Figura 19-Classe de Partida

57

O Cooling time é o tempo em que o motor pode partir novamente, por

eventualidade de sobrecarga, para obrigatoriedade de verificação do estado do circuito

na sala elétrica e/ou campo. Foi estipulado de 5 minutos, conforme Figura 20.

Figura 20-Janela Overload

Na janela Sensor define-se que o tipo do termistor é PTC binário, ou seja,

quando a temperatura atingir ao valor desejado, o motor desliga. Além disso utiliza-se

a função interna de corrente de curto-circuito monofásico, isto é, se houver um

desbalanceamento de corrente entre as três fases ocorre o desligamento do motor,

conforme Figura 21.

O relé também realiza proteção contra assimetria maior que 40%, o que

garante a proteção contra curto-circuito bifásico, além de monitoramento de fuga a

terra, favorecendo a identificação de curto-circuito fase-terra.

58

Figura 21-Janela Sensor

Ao selecionar que a partida do motor é direta, conforme Figura 22, a saída

QE1 é automaticamente ligada a output 1, onde é conectado o circuito que alimenta a

bobina do contator K158.

Figura 22-Janela Motor

58 Veja Apêndice B – Desenhos– Folha 05/06.

59

O tempo de intertravamento é considerado somente no caso de, por exemplo,

partida com reversão.

Na janela Operator Enabling, conforme Figura 23, define-se a forma de

controle: se local, via painel de operação no painel de cada gaveta, e na área, por

intermédio de botoeiras próximas ao motor ou remoto via PLC. A comutação entre um

ou outro é modificada de acordo com a posição da chave Remoto/Local59, esta que

somente é acionada via supervisório.

Figura 23-Janela Operator Enabling

Com isso na janela Control Stations, define-se os endereços ligados a cada

elemento de intervenção: [LC], [OP] e [DP], além do endereço da chave S1 que é um

sinal de saída do [DP], conforme Figura 24.

59 Veja Figura 32, quando a chave está na posição remoto e a Figura 36, quando a mesma está na posição Local.

60

Figura 24-Janela Control Stations

Na janela Function Block Inputs, conforme Figura 25, o test 1 que representa

a saída da tabela verdade 260, tem como entrada o sinal de força da gaveta e a

indicação de barramento de dados funcionando, ou seja, se a chave mecânica de

intertravamento estiver na posição de teste. Assim o test 1 é realizado e o mesmo

consiste em fazer todo o teste dos leds indicadores do relé como também testar os

contatos de saída, desligando-os. Também é possível realizar o test 2, que é remoto e

com a gaveta inserida, não desligando os relés de saída e que é realizado a partir do

supervisório61. Quanto ao reset 1, é acionado remotamente quando , por exemplo,

ocorre uma sobrecarga.

Portanto o test 2 e o reset 1 são também saídas do CLP.

60 Veja Figura 21. 61 Veja Capítulo 4.

61

Figura 25-Janela Function Block Inputs

Na janela Basic Unit, Figura 26, define-se qual sinal aciona a saída do relé.

Como o motor só parte se o dumper estiver fechado. Então utilizou-se a tabela

Figura 26-Janela Basic Unit

62

verdade 162, que tem como entrada o sinal do dumper e o sinal do QE1 habilitado.

Na janela do Operator Panel, conforme Figura 27, já está definido que o botão

1 é para ligar o motor no sentido horário e que o botão 2 para desligar. Então apenas

definiram-se algumas sinalizações para os LEDs. O LED 1 identifica se o dumper estar

aberto ou não, o LED 2 se os contatos de força da gaveta estão desconectados ou não,

o LED 3 se o barramento do PROFIBUS-DP está ativo ou não, ou seja, se a gaveta

está na posição de teste ou de extraída.

Figura 27-Janela Operator Panel

Quanto ao botão de test/reset este é automaticamente bloqueado quando os

blocos de test 1, test 2 e reset 1 são utilizados.

Na janela Truth Tables 3I/1O, conforme Figura 28, pode-se verificar as

lógicas para as tabelas verdade, já citadas anteriormente.

62 Veja Figura 21.

63

Figura 28-Janela Truth Tables 3I/1O

Na janela Faul Response, conforme Figura 29, define-se o endereço que

informa que o PLC-CPU falhou. Quanto ao SIMOCODE, a resposta de tensão está

configurada como off, visto que não se utilizou o módulo de leitura de tensão.

Figura 29-Janela Fault Response

64

Para que a configuração do tamanho dos dados ciclicamente enviados do slave

para o master e vice-versa seja automática, é necessário escolher o tipo básico da

estrutura. Então conforme, Figura 30, escolhe-se o tipo básico 2, este possui 4 bytes

para sinais que saem do SIMOCODE para o DP. Os bytes 2 e 3 são exclusivos para

medição da corrente. E 2 bytes para os dados que entram no SIMOCODE.

Figura 30-Janela Bus PROFIBUS-DP

Os dados que são enviados do SIMOCODE para o DP estão descritos na

janela Basic Type 2, conforme Figura 31 . Esses sinais são as entradas do PLC e são

chamados de dados de sinalização. Os dados que são enviados do DP para o

SIMOCODE são os de saída do CLP e são chamados de sinais de controle, esses que

se definiu nas janelas anteriores de acordo com a descrição de DPBitxxReceive.

65

Figura 31-Janela Basic Type 2

4.4 O CLP

O Controlador Lógico Programável SIMATIC 400 STEP 7[23] com CPU

PROFIBUS-DP proporciona uma interface profissional com o SIMOCODE pro se este

for conectado como STEP7 slave via Object Manager SIMOCODE pro[24]. O que

não é realizado neste projeto, frente à não disponibilidade de software como também

de hardware.

Para que seja possível a parametrização do SIMOCODE pro via CLP com a

configuração mostrada na Figura 7, é necessária uma melhor integração do sistema, ou

seja, não se resume ao Win SIMOCODE-DP_Smart, utilizado apenas como ferramenta

de demonstração disponível pelo fabricante, no caso de uma programação com a

conexão do PC ao relé via RS 23263.

Após essa integração é possível transitar pela rede dados cíclicos, diagnósticos

básicos, diagnósticos e alarmes de falhas, ou seja, dados acíclicos64 das inúmeras

variáveis vistas nas telas de parametrização.

63 Observe na Figura 16 do lado direito inferior. 64 Exigem PROFIBUS-DPV1.

66

4.4.1 Entradas e Saídas

Os bits de entrada e saída cíclicos do CLP estão listados nas Tabelas 7 e 8.

Bit0.1 Status Off

Bit0.2 Status On

Bit0.3 Evento de pré-sobrecarga com 115%Is1 (Warning Overload)

Bit 0.4 Fault Thermistor

Bit0.5 Status de Modo Remoto (Automatic)

Bit0.6 Status de Falta Generalizada

Bit0.7 Warning de Falta Generalizada

Bit1.0 Desligamento por Sobrecarga

Bit1.1 Desligamento por Sobrecarga + Assimetria >40%

Bit1.2 Desligamento por Motor Rotor Bloqueado

Bit1.4 Saída Tabela Verdade 2

Bit1.5 Entrada 3 da Unidade Básica

Bit1.6 Entrada 4 da Unidade Básica Tabela 7-Dados ciclicamente enviados do SIMOCODE para o DP do motor tipo M1

Bit0.1 PLC/DCS[DP] em Off

Bit0.2 PLC/DCS[DP] em On

Bit0.3 Entrada do bloco test 2

Bit0.5 Modo de seleção de S1

Bit0.6 Entrada do bloco reset 1

Bit0.7 Sinal de Falha da CPL-CPU Tabela 8-Dados ciclicamente enviados do DP para o SIMOCODE do motor tipo M1

Apesar de existirem outros relés, não listar-se-á as suas entradas e saídas,

tendo apenas este como exemplo.

67

Para cada elemento ou variável que o relé pode identificar como uma falha ou

diagnóstico é atualizada em um display de diagnósticos, cuja atualização está ligado ao

envio de informações de forma acíclica, que é formada por 20 bytes – que transitam do

SIMOCODE para o [DP][21]. Lembrando, também existe uma janela de atualização

de todos os sinais de controle.

4.5 Conclusões

O relé inteligente substituiu o relé de sobrecarga, bimetálico, com muito mais

funções incorporadas, com a substituição de contatos físicos por lógicos, além da

possibilidade de integração com a rede industrial.

A sobrecarga de 125% é relevante para a proteção do motor, mas se a

temperatura ambiente é capaz de garantir a troca de calor e possível resfriamento

dentro da faixa limite dos enrolamentos, está opção pode ser reparametrizada para

apenas indicar um warning. Ou seja, a reparametrização é algo simples, que pode ser

feita inclusive via supervisório, desde que as configurações necessárias sejam

atendidas.

As janelas, saídas ou entradas não utilizadas nesta parametrização são

selecionadas com a opção: not connected. Inclusive nas Tabela 7 e 8, onde tais bits

nem foram citados.

Caso após a partida do ventilador o dumper não abrir, o relé envia um warning

de I<, visto que a corrente que circula é inferior a nominal, o que representa que o

dumper deve ser aberto para que, por exemplo, tenha-se economia de energia elétrica.

Não há necessidade de, por exemplo, um fluxímetro na área para

realimentação, já que se definiu a corrente de rotor bloqueado, ou seja, o relé nesta

eventualidade, atua protegendo o motor.

Com o relé eletrônico inteligente pode-se utilizar módulo de entradas e saídas

digitais, entradas analógicas, medidor de temperatura analógica para até três

termistores, sendo que o sinal enviado é o de maior intensidade, medidores analógicos

de fuga a terra, contadores, timers entre outros. Com isso, estando conectado a rede

68

industrial pode favorecer a administração das variáveis pertinentes no chão de fábrica

e com isso promover, por exemplo, o aumento da produção.

Uma outra facilidade que o relé proporciona é que o mesmo possui uma

memória disponível que facilita a troca, por exemplo, de um relé defeituoso, visto que

o novo relé é automaticamente parametrizado ao se inserir a memória do anterior.

Pode-se instalar dispositivos tal como o relé eletrônico inteligente em outros

pontos do sistema, tal como para monitorar o próprio disjuntor D2, visto que o mesmo

possui a função Molded-Case Circuit Breaker (MCCB), que permite aos disjuntores,

do modelo equivalente ao 3WL e 3VL65 integram a rede PROFIBUS-DP através do

SIMOCODE pro, podendo com isso ligar e desligar o disjuntor principal, por exemplo.

Para evitar a queima das saídas dos relés é conveniente a instalação de um

circuito snubber, que não calculamos, junto à bobina de cada contator.

No próximo capítulo é abordado o sistema de supervisório, que apesar de ser

uma demonstração de funcionamento, evidencia a necessidade de equipes de operação

e salas de controle para registro das variáveis de todo o processo.

65 Este modelo foi utilizado para os disjuntores D1 e D2.

69

5 SISTEMA SUPERVISÓRIO DO CCM INTELIGENTE

5.1 Introdução

Neste capítulo é realizada uma demonstração de funcionamento do sistema de

supervisão[25]. Principalmente quando houver uma sobrecarga no motor tipo M1,

além de evidenciar as variáveis definidas como entrada e saída do CLP.

5.2 O Sistema Supervisório

Utilizaram-se funções do próprio supervisório para demonstrar sinais de

campo e ações nas telas diante das mudanças dos valores das variáveis. Isto é, a tela

principal está dividida em duas partes, a da esquerda representando as variáveis que

são modificadas ao longo da demonstração, enquanto a da direita mostra o resultado

dessas variáveis com sinalizações para devida operação. Ainda pequenas telas para

sinalização de falhas generalizadas e características técnicas dos motores, além de uma

tela exclusiva para o histórico de alarmes definidos por prioridade como também

histórico de medição de potência ativa, reativa e energia elétrica.

Não realizou-se a tela de todos os motores alimentados pelo CCM, já que além

de ter-se a questão da repetição a versão do software de demonstração, também é

limitada quanto ao número de tags.

Apesar do sistema de supervisório ter um grande potencial no quesito

utilização de scripts – lógica de programação, com até mesmo inserção de modelos e

plantas de controle, não utilizou-se essa lógica neste projeto, cujo objetivo principal é

mostrar a integração dos equipamentos de campo com o sistema de aquisição

evidenciando por meio da demonstração o que acontece na tela do supervisório de um

operador no ambiente industrial.

5.3 Tela Básica de Supervisão

A tela básica é de acordo com a Figura 32, onde se têm painéis com

características conforme Tabelas de 9 a 12.

70

Painel Itens Característica

Botões

Liga e Desliga Ligar e Desligar o motor remotamente, quando o

botão Remoto/Local estiver na posição Remoto.

Partida Geral Executa a partida geral dos motores do CCM, sendo

que o intervalo de tempo entre uma e outra

corresponde ao tempo estipulado de, por exemplo 5[s]

Parametrização Abre tela de configuração/parametrização do relé no

CLP, onde se pode parametrizar e monitorar variáveis

de diagnóstico, por exemplo.

Reset 1 Acionado quando ocorre uma sobrecorrente, por

exemplo, e é necessário reinicializar o relé.

Test 2 Acionado para executar o teste dos LEDs e

funcionamento geral sem desligar os contatos do relé,

ou seja, a carga pode estar funcionando normalmente.

Histórico

Medição

Abre tela de visualização do gráfico de tendência

histórica , que mostra potência ativa e reativa naquele

momento, além do consumo de energia elétrica.

Remoto/Local Comuta entre a operação remota(via supervisório) ou

local (via painel de operação no CCM e botoeiras

próximas ao motor)

Next Abre a tela do próximo motor, no caso M2.

Alarmes Mostra tela dos alarmes configurados com os recursos

do supervisório. Tabela 9-Painel Botões

71


Motor

On Sinaliza que o motor está ligado.

Off Sinaliza que o motor está desligado.

Test 1 Sinaliza que a gaveta está na posição de teste .

Corrente Sinaliza por intermédio de lâmpada se o motor está

desligado (preto), corrente nominal (verde), corrente

considera-se que fator de serviço(amarelo) e corrente

de sobrecarga superior a fs (vermelho) e corrente de

rotor bloqueado (piscando vermelho e amarelo).

Temperatura Sinaliza que a temperatura de subida é de a 140°C,

para motor classe H, ou seja, o motor irá desarmar.

RB Sinaliza que o motor desarmou por rotor bloqueado,

piscando lentamente a borda entre vermelho e preto.

Bus Sinaliza que o barramento do DP está funcionando

normalmente quando a lâmpada está verde

Dumper Sinaliza que o dumper está fechado quando a lâmpada

está verde, ou seja, o motor pode partir.

Gaveta Sinaliza quando verde que a gaveta está inserida

Test 2 Sinaliza quando verde que está sendo executado o

Test 2.

Tensão Sinaliza o valor da tensão entre vermelho (se menor

que 400 e se maior que 481V), se maior que 400 até

423V e se maior que 460 até 480(amarelo), se maior

que 423 até 460V(verde).

Terra Sinaliza com vermelho quando ocorre um curto-

circuito fase terra.

Assy Sinaliza com vermelho quando ocorre uma assimetria

maior que 40%.

72

Reset 1 Sinaliza verde quando o botão reset 1 é executado

após uma falha de, por exemplo, uma sobrecorrente.

Mensagem de

falha

generalizada

Quando o motor é desligado pelo relé pelo

acontecimento de uma falha, sinaliza piscando a

mensagem de que o CCM1-G03-M1 Falhou!

Botão M1 Abre janela que mostra os dados nominais do motor Tabela 10-Painel Motor


Mensagens

Partindo Mensagem que sinaliza piscando quando o motor

estiver partindo.

Normal Mensagem que sinaliza que o motor está funcionando

com corrente nominal até o limite de fs.

Sobrecorrente Mensagem que sinaliza quando o motor estiver

funcionando com corrente superior a nominal, mas

dentro da faixa de fs. Mas pisca quando o valor de

corrente é superior a fs.

Subtensão Mensagem que sinaliza piscando quando a tensão está

abaixo de 10% do nominal. Tabela 11-Painel Mensagens

No painel de variáveis é que são simulados alguns dos sinais que são lidos a

partir do PROFIBUS-DP, conforme Tabela 12.

73


Variáveis

Corrente Slider para modificação do valor de corrente.

Tempo Slider para modificação do valor do tempo de partida.

Tensão Slider para modificação do valor da tensão nominal

do barramento.

PTC Sinal que representa o aumento de temperatura dos

enrolamentos do motor a 140º.

FTerra Sinal que representa uma falta fase terra

Dump Sinal que representa o estado do dumper principal

WGen Sinal que representa um warning Geral

Ass Sinal que representa uma assimetria maior que 40%

Gav Sinal que representa se os contatos de força da gaveta

estão inseridos ou não.

Bus Sinal que mostra a situação da rede PROFIBUS-DP.

Falha Sinal que representa uma falha no motor 2, ou seja, é

aberta uma janela informando tal evento na tela do

motor 1. Tabela 12-Painel Variáveis

A Figura 32, mostra a tela básica de supervisório para o motor 1, onde o

estado inicial das variáveis pertinentes ao processo são verificadas. Inclusive, a janela

de características técnicas do motor.

A Figura 33, demonstra a partida do motor, onde se verifica uma queda de

tensão, cujo sinal é o mesmo que é lido pelo TP do medidor de energia, a corrente

com valores próximos a de rotor bloqueado e que o dumper está fechado.

Na Figura 34, verifica-se que dumper está aberto e que a corrente está

74

Figura 32-Tela básica do motor tipo M1

acima da nominal, então aparece a mensagem: Normal e Sobrecorrente no painel de

Mensagens, além da sinalização do sinal de corrente ficar amarelo.

Figura 33-Simulação de partida do motor tipo M1

75

Figura 34-Final da partida

Na Figura 35, quando a corrente atinge o valor de aproximadamente 139[A],

conforme Tabela 2, a mensagem de sobrecorrente fica piscando entre amarelo e preto.

Para valores superiores a fs e até 125% de Is1 o motor continua funcionando,

Figura 35-Com sobrecarga dentro do limite de fs

76

Figura 36-Com sobrecarga superior ao fs

conforme Figura 36. No entanto a sua temperatura interna começa a aumentar e

quando chegar no limite de 140ºC, de acordo com a Figura 37, o motor é desligado e

Figura 37-Com sobrecarga elevada e temperatura no limite

77

Figura 38-Desligamento do motor pelo relé

um sinal de falha geral é emitido, como mostra a Figura 38.

A Figura 39, mostra o motor 1 em funcionamento e ocorre uma falha no motor

2, ou seja, é aberta uma janela que sobrepõe qualquer outra.

Figura 39-Tela do motor M1 com mensagem de alarme de falha no motor M2

78

Figura 40-Falha de Rotor Bloqueado

A Figura 40 mostra uma falha de rotor bloqueado, ou seja, se o tempo de

partida for superado o motor é desligado e a borda da lâmpada RB piscará lentamente

identificando a falha.

Na Figura 41, foi representado um medidor de potência ativa e reativa, tal

como o consumo em um determinado período. Esses que estão dispostos em um

mesmo gráfico, lógico com escalas diferentes, para verificar-se a escala basta comutar

entre as legendas correspondentes.

O gráfico histórico de tendência pode mostrar os dados on-line em um

determinado período de tempo pré-definido em: segundos, minutos, dias até o limite

de um ano.

Com os scooter de precisão abaixo do gráfico pode-se definir valores de um

certo intervalo, ou seja, na legenda mostra-se o valor que o scooter da esquerda está

lendo para as três variáveis, e o scooter da direita também, naquele instante de tempo.

Com isso pode-se obter informações precisas a qualquer momento, visto que o gráfico

é salvo no computador onde o supervisório está instalado.

79

Figura 41-Gráfico Histórico de potência ativa, reativa e consumo de energia

Como exemplo representou-se a partida de todos os motores, que

permaneceram em funcionamento em um pequeno intervalo de tempo e logo em

seguida foram desligados.

Figura 42-Alarmes

80

Na Figura 42, verificam-se os eventos, alarmes definidos no supervisório, tal

como a sua prioridade para ocorrer. Onde o sinal do PTC possui prioridade 2, o

warning de corrente de 115% tem prioridade 1 e do tipo HI, e quando o valor de

corrente é equivalente a 125% do tipo HIHI.

5.4 Conclusões

O supervisório é uma ambiente de aquisição de dados importante no ambiente

industrial, por facilitar a operação e fortalecer as equipes de manutenção e inspeção na

solução de problemas na área.

Não se tem um jeito melhor de confecção das telas, mas uma regra deve ser

seguida: quanto mais fiel ao que realmente acontece no campo for a tela, mais

informações poderão facilmente ser extraídas dela. Isto é, a criatividade ajuda na

construção das telas, tal como o conhecimento do ferramental de demonstração

existente no ambiente de supervisão. Apesar de que quanto mais detalhada for a tela,

maior é o seu custo. Então devemos trabalhar em uma margem cuja relação

custo/benefício é satisfatória.

Os alarmes do supervisório são importantes para a operação. No entanto não

deve ser rotineiro para não favorecer ao ato de se acostumar com o alarme. Isto é, por

exemplo, não é necessário a instalação de termistor analógico, alarmes em diversos

pontos e sim apenas um termistor binário com apenas um alarme no ponto crítico.

Para facilitar ainda mais a operação em ambientes perigosos e/ou explosivos

são instalados sistemas de Circuito Fechado de TV (CFTV), na qual o operador pode

verificar a partida e o funcionamento do motor selecionado, por exemplo.

A comunicação entre o CLP e o supervisório não foi abordada neste projeto,

mas como princípio básico significa representar o valor das variáveis na memória do

PLC na tela de supervisório, sendo portanto os botões de controle e os sinais de

sinalização definidos do tipo I/O.

Uma janela de legendas nas telas de supervisão seria necessária apenas em um

primeiro momento, na fase de treinamento do operador. Depois poderia até ser

81

desconsiderada evitando com isso que estranhos possam manipular as variáveis. Além

disso existe comando de password, inclusive com alarmes identificando qual operador

e o horário que os recursos foram utilizados.

No gráfico de tendência do consumo de energia elétrica para melhor

visualização de uma das três variáveis pode-se isolá-las on-line e verificar, por

exemplo, o consumo de energia elétrica em um dia, bastando para isso modificar a

escala de tempo para 24 horas e posicionar os scooters nas extremidades da janela e

verificar o sinal lido na legenda de consumo. Para finalizar, basta subtrair a leitura da

direita pela da esquerda e se obtém o consumo.

82

6 CONCLUSÕES

No sistema alimentador proposto pode-se dimensionar e automatizar as duas

subestações propostas, dimensionar os condutores de média, realizar a proteção e

coordenação dos dispositivos. Além de detalhar cubículos distribuidores de média e

baixa tensão.

Quanto aos condutores definir método de instalação diferente, como por

exemplo subterrâneos em eletrodutos ou simplesmente enterrados. Atualizando com

isso desenhos de alimentadores para favorecer a análise de interferências futuras.

Além de uma integração a partir de dispositivos com PROFIBUS-DP,

monitorando variáveis como corrente, tensão e temperatura, proporcionando com isso

a leitura em tempo real das principais variáveis de campo e com isso uma melhor

administração do ambiente industrial no sentido de aumentar produção e diminuir

gastos.

O relé eletrônico inteligente poderia ser instalado na entrada do CCM em

substituição ao medidor de energia elétrica, podendo com isso desconsiderar o TP.

Mas deveríamos manter o TC, visto que o maior TC disponível para o relé e de

630[A].

A implantação de sistemas especialistas no ambiente industrial é crescente e

necessita, para tomada de decisão, do valor das variáveis pertinentes no campo. Ou

seja, um CCM Inteligente já é o primeiro passo para monitoramentos dessas variáveis.

A partida direta dos motores coordenada pelo relé inteligente integrado à rede

PROFIBUS-DP é uma solução que muitas empresas já vem adotando, apesar do custo

das instalações não ser barato. Desta forma a realização de uma planilha de custo seria

um item condizente em uma especificação técnica para viabilizar ou não a construção

de determinado CCM com tais características.

Além da instalação exclusiva de relés inteligente o CCM pode ter outros

dispositivos de partida , como Inversores de Freqüência e Chaves Soft Starters, o que

83

ao certo aumentaria o tamanho da gaveta e poderia proporcionar uma partida

simultânea de grandes motores.

Os detalhes de construção, os espaços necessários mínimos exigidos pelo

NEMA, não foram abordados neste projeto. O que de certa forma deve conter em uma

especificação técnica para melhor padronização do produto.

84

APÊNDICE A

Inserindo as perdas dos transformadores de 15[kVA] a 1500[kVA] classe

15[kV], em planilha eletrônica[26], pode-se estimar as perdas do transformador de

2500[kVA], conforme Figura 43 e com isso validar equação (2.4), no sentido de

resumir cálculos e obtermos o mesmo resultado.

Figura 43-Gráfico de tendência das perdas do transformador T2

85

APÊNDICE B

DESENHOS

86

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]Catálogo de Motores do fabricante WEG. Disponível em:

<catalogo.weg.com.br/FILES/Artigos/4-339.pdf >. Acessado em:5 out 2006.

[2]ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Referências

bibliográficas: NBR 5410. Rio de Janeiro, 2004.

[3]Catálogo de Disjuntores 3VL77 da Siemens. Disponível em:

<www.siemens.com.br/templates/produto.aspx?channel=250&produto=5504>

Acessado em: 3 out 2006.

[4]Catálogo de Cabos do fabricante Prysmian. Disponível em:

<www.br.prysmian.com/pt_BR/cables_systems/energy/product_families/pdf/Sinte

naxFlex.pdf>. Acessado em:28 set 2006.

[5]THE INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELETRONICS ENGINEERS, INC. Referências bibliográficas: IEEE Std 277, IEEE Recommended Practice for Cement Plant Power Distribution. New York, 1994.

[6]MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. Rio de Janeiro: LTC

livros Técnicos e Científicos, 2002.

[7]COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações elétricas. São Paulo: Prentice Hall, 2003.

[8]NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION 70. Referências

bibliográficas: NEC 2005.

[9]Tabela de Dimensionamento de Condutores de Baixa Tensão do fabricante

Prysmian. Disponível em:

<www.br.prysmian.com/pt_BR/cables_systems/energy/product_families/pdf/Dimen

sionamento.pdf>. Acessado em: 28 set 2006.

[10]THE INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELETRONICS ENGINEERS, INC. Referências bibliográficas: IEEE Std 399, IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis. New York, 1998.

[11]KINDERNANN, Geraldo. Proteção de sistemas elétricos de potência.

Florianópolis, do autor, 1999.

87

[12]NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION. Referências

bibliográficas: NEMA Standards Publication ICS 18, Motor Control Centers.

Virginia, 2001.

[13]NEMA – National Electrical Manufacturers Association. Disponível em:

<www.nema.org/about/>. Acessado em: 08 ago 2006.

[14]Catálogo de CCM do fabricante WEG. Disponível em:

<catalogo.weg.com.br/FILES/Artigos/4-345.pdf>. Acessado em: 18 ago 2006.

[15]Catálogo do Medidor de Energia Elétrica do fabricante Siemens. Disponível em:

<www.siemens.com.br/templates/produto.aspx?channel=250&produto=11112>.

Acessado em: 1 nov 2006.

[16]Catálogo de disjuntores para proteção de Motores do fabricante Cutler Hammer.

Disponível em : <www.eatonelectrical.com/unsecure/cms1/IL17288.PDF>.

Acessado em: 03 fev 2007.

[17]Catálogo de contatores fabricante Siemens.

<www.siemens.com.br/templates/produto.aspx?channel=250&produto=17216>.

Acessado em: 30 out 2006.

[18]Catálogo de disjuntores do fabricante Eletromar. Disponível em: <www.eaton-

eletromar.com.br/produtos/pdf/Catalogo%20completo%20%20PROTEÇAO.pdf>

Acessado em: 04 jan 2007.

[19]AUTOCAD.EXE: AutoCad 2006 for Windows application. Versão Z.54.10,

Student Version. AutoCad Autodesk, Inc., 2006.

[20]SETUP.EXE: Win-SIMOCODE-DP is a 32-bit for Windows application.

Requeres Microsoft Windows 95/98 or Microsoft Windows NT 4.x as its

operating system. It cannot run under Microsoft Windows 3.1, Microsoft Windows

for Workgroups 3.11 or Microsoft Windows NT 3.x..Versão V 1.1.0. Trial Model.

Order number: 3UF5711-0AA00-0: Win-SIMOCODE-DP/Smart Sirius Net

Siemens AG .

88

[21]Catálogo do Relé Eletrônico Inteligente – SIMOCODE DP e software de

demonstração do Win SIMOCODE DP/Smart do fabricante Siemens. Disponível

em:<www.siemens.com.br/templates/coluna1.aspx?channel=6996>.

Acessado em: 14 jul 2006.

[22]Manual do Relé Eletrônico Inteligente – SIMOCODE pro da Siemens. Disponível

em: <www.siemens.com.br/templates/coluna1.aspx?channel=6981>.

Acessado em: 07 dez 2006.

[23]Catálogo do SIMATIC S7-400. Disponível em:

<mediaibox.siemens.com.br/templates/produto.aspx?channel=6454&produto=591

3>. Acessado em: 03 out 2006.

[24]Integração SIMOCODE pro com STEP 7 da Siemens. Disponível em:

<www.siemens.com.br/templates/coluna1.aspx?channel=6995&channel_ter_nivel

=6984>. Acessado em: 03 fev 2007.

[25]INTOUCH.EXE: In Touch for Application Manager. Versão Demo

9.0.00757.0084.0000.000. Resolução 1024x768: Wonderware Factory Suite

InTouch, 2004 Invensys Systems, Inc.

[26]WINEXCEL.EXE: Microsoft Excel for Windows application file. Versão XP

10.2614.2625: Microsoft Excel 2002.

[27]GRAINGER, John J.; STEVENSON JUNIOR, Willian D. Power system

analysis. New York, Mc Graw – Hill, 1994.

[28]CARNEIRO, Sebastião Alves. Supervisórios. Serra: MEC, 2004.





[31]WINWORD.EXE: Microsoft Word for Windows application file. Versão XP

10.0.2627.0. Microsoft Word 2002.

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