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Prof. Luís Nodari

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

INDUSTRIAIS

1

Prof.: Luís M. Nodari

[email protected]

http://www.joinville.ifsc.edu.br/~luis.nodari/

Prof. Luís Nodari 2

1- Revisão e Conceitos

2- Métodos de Fornecimento de Energia

3- Condutores Elétricos

4- Revisão de Fator de Potência

5- Cálculo de condutores Elétricos

6- Cálculos de Demanda

7- Projeto de Quadros de Distribuição

8- Aterramento Elétrico

9- SPDA

10- Bibliografia


Revisão

•O átomo é composto pelo seu núcleo e a eletrosfera.

•O núcleo é formado por prótons e elétrons

•A eletrosfera é o espaço de vácuo que compreende o núcleo e

possui elétrons vibrando.

•Os elétrons estão distantes do núcleo de acordo com o nível

de energia que possuem.).


Revisão

•Núcleo é 10000 vezes menor que a menor

camada da eletrosfera.

•O volume do núcleo equivale a

aproximadamente 0,01% do volume total do

átomo.

•99,95 % da massa atômica esta no núcleo.

•Toda a eletrosfera e formada por vácuo e

elétrons (muito pequenos).

O micro e o macro se repetem?


Revisão

•Materiais podem ser classificados como bons ou maus

condutores de corrente elétrica de acordo com sua

estrutura química.

•A diferença está na chamada camada de valência, bons

condutores elétricos possuem 1 a 2 elétrons em sua

camada de valência, que é a última camada a receber

elétrons em um átomo

•Quanto maior no número de camadas e por

consequência de elétrons melhor será o condutor,

desde que possuam 1 elétron na camada de valência.

•Corrente elétrica :

Fluxo ordenado de elétrons.

Precisa um caminho fechado

e uma DDP para que ocorra.


Revisão

•Todos os materiais isolantes elétricos apresentam um máximo de valor

de campo elétrico que podem suportar.

•Se esse valor máximo for ultrapassado, o material, mesmo sendo isolante,

passará a se comportar como condutor.

•Quando isso ocorre, dizemos que a rigidez dielétrica do material foi rompida.

ISOLANTES:

•Não conduzem corrente elétrica.

Exemplo: PVC


Fios e Cabos Condutores Elétricos



DEFINIÇÕES:

Condutor Isolado: Condutor dotado apenas de isolação.

Cabo Unipolar: cabo constituído por um único condutor isolado e provido de cobertura sobre a isolação.

Cabo Multipolar: Cabo constituído por vários condutores isolados e provido de cobertura sobre o conjunto dos condutores isolados.


•Qual condutor é melhor?

•O rígido ou o flexível ?

•Qual oferece mais perdas?

•Qual tem a maior

resistividade por metro?

•Qual sofre mais com o

eleito pelicular?

•Efeito pelicular?...???



Efeito Skin

•Efeito Skin ou pelicular é o efeito que ocorre em condutores elétricos

quando percorridos por Corrente Alternada.

•Fenômeno baseado nos efeitos descobertos por Faraday e Lenz.

•Quanto maior a frequência elétrica, maiores serão os esforços resultantes e

portanto, maior será o efeito pelicular.


•Variação da área de condução de corrente de um condutor em função da

variação da frequência da corrente que circula sobre o mesmo.

Efeito Skin

•Em função destes efeitos surgiram várias características e

tecnologias de cabos.

•Cabos ocos, com guia de onda, em aço com camada externa em

cobre, em alumínio com alma de aço...


Conectores Elétricos


Conectores e Emendas

Em Condutores Elétricos


Sistemas de Fornecimento de Energia

Extra Baixa Tensão: Tensão Inferior à 50 V (CA) e 120 V (CC) Baixa tensão: Tensão superior a Extra Baixa Tensão e inferior a 1000 V (CA) e 1500V (CC) – Exemplo: 127 V, 220 V, 380V. Média tensão: Tensão superior a Baixa tensão e Inferior a Alta Tensão – Exemplo: 13.8 kV, 23kV e 34.5kV. Alta tensão: Tensão superior a Média Tensão – Exemplo: 69kV, 138kV, 250kV, 750kV.

Faixa de Tensão Elétrica (IEC)

Corrente Alternada - CA

Corrente Contínua- CC

Risco

Alta Tensão > 1000 VRMS > 1500 Arco elétrico

Baixa Tensão 50 - 1000VRMS 120 – 1500V Choque elétrico

Extra Baixa Tensão < 50 VRMS < 120 Baixo risco



CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE FORNECIMENTO EM

TENSÃO – CELESC

Tensão primária de distribuição: tensão disponibilizada

no sistema elétrico da Celesc com valores padronizados

iguais ou superiores a 2,3 kV. Na Celesc as tensões

nominais são: 13,8 kV, 23 kV, 34,5 kV, 69 kV e 138 kV.

Tensão secundária de distribuição: tensão

disponibilizada no sistema elétrico da Celesc com valores

padronizados inferiores a 2,3 kV. Na Celesc as tensões

nominais são: 380/220V (urbana) e 440/220V (rural);




TENSÃO PRIMÁRIA

a) Subgrupo A1 - ≥ 230 kV;

b) Subgrupo A2 - tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV;

c) Subgrupo A3 - tensão de fornecimento de 69 kV;

d) Subgrupo A3a - tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV;

e) Subgrupo A4 - tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV;

f) Subgrupo AS - tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV

atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição e

enquadradas neste Grupo em caráter opcional.




TENSÃO SECUNDÁRIA

Limites de fornecimento: Unidades consumidoras com

potência instalada < 75kW;

Tensão padronizada: Nas redes de distribuição secundária

da CELESC, as tensões padronizadas são de 380/220V

(urbana) e 440/220V (rural);

Classificação dos tipos de fornecimento: Em função da

potência instalada declarada, o fornecimento de energia elétrica

à unidade consumidora será feita de acordo com a classificação

a seguir:


Tipo A (monofásico):

• Alimentação em 2 fios (fase e neutro): 220V;

• Potência instalada menor que 15kW;

• Não é permitido motor monofásico maior que 3CV (HP);

• Não é permitido máquina de solda a transformador.



Tipo B (bifásico):

• Alimentação em 3 fios (2 fases e neutro) 380/220V

urbana e 440/220V rural;

• Potência instalada entre 15 e 22kW urbana e até

25kW rural;

• Não é permitido motor monofásico maior que 3CV (HP)

em 220V ou maior que 7.5 CV em 440V;

• Não é permitido máquina de solda a transformador



Tipo C (trifásico):

• Fornecimento a 4 fios (3 fases e neutro) 380/220V

•potência instalada entre 22 e 75kW;

• Não é permitido motor monofásico maior que 3CV

(HP) em 220V ou motor trifásico maior que 25CV (HP) em

380V;

• Não é permitido máquina de solda a transformador

Observação: As unidades consumidoras que não se

enquadrarem nos tipos A, B, ou C serão atendidas em

tensão primária de distribuição.



Tipos de Instalações

INSTALAÇÕES AO AR LIVRE

São consideradas instalações ao ar livre, comumente instaladas em bandejas, leitos entre outros.

Para este tipo somente é permitida a instalação de cabos

unipolares ou multipolares.

ELETRODUTOS

Podem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou multipolares. Somente é admitido o uso de condutor nu em eletrodutos não metálicos e com finalidade de aterramento.

ELETROCALHAS e BANDEJAS

Em eletrocalhas E bandejas podem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou multipolares.


CABOS DIRETAMENTE ENTERRADOS

Os cabos diretamente enterrados somente podem ser unipolares ou multipolares e devem ser tomadas medidas para protegê-los contra deteriorações causadas por movimentação de terra, choque de ferramentas provenientes de escavações e ataques químicos ou umidade.

CANALETAS NO SOLO

Os cabos instalados diretamente nas canaletas no solo somente podem ser unipolares ou multipolares ou admite-se o uso de condutores isolados desde que contidos em eletrodutos no interior da canaleta.

SOBRE ISOLADORES

Sobre isoladores podem ser utilizados condutores nus, isolados ou em feixes.



Leitos de cabos




Infraestrutura de eletrodutos

embutidos na alvenaria



Infraestrutura de

Eletrodutos e

Eletrocalhas

Sobrepostos



Infraestrutura de Canaletas no Piso



Quadros e eletrocalhas sobrepostos.



Eletrodutos envelopados no solo.



Inspira confiança?


CURTO CIRCUITO: Quando em um determinado circuito elétrico, existe DDP, existe um

caminho ou circuito fechado, com a resistência elétrica deste circuito

que tende a zero e, por tanto, corrente elétrica que tende ao infinito ou

até ao limite da fonte.

SOBRECARGA: Quando a corrente consumida pelas cargas aplicadas a um circuito

elétrico excede ou ultrapassa o limite de corrente pré-determinado

para o funcionamento correto e seguro do mesmo, ocasionando

principalmente perdas por aquecimento.

MAU CONTATO: Quando as conexões elétricas de um determinado circuito não estão

“adequadamente” ajustadas, a corrente que irá circular ou circula

pelo mesmo oferece queda de tensão e dissipação térmica.

Definições


Definições – Exemplos

Ambos os fenômenos, curto circuito, sobrecarga e mau contato, podem

causar sérios danos a instalação elétrica, danificando componentes,

condutores, podendo causar incêndios.

Estes fenômenos devem sempre ser evitados.


Revisão Corrente Alternada

A tensão alternada tem 3 dimensões ou variáveis; o tempo, a amplitude

e a fase.

Seno

Coseno

Polar


A representação gráfica em duas dimensões pode ser feita com uma

senoide ou com um diagrama polar.



Um gerador trifásico gera simultaneamente as 3 tensões de fase, Va,

Vb e Vc, que em função de sua construção física, são defasadas de

120º.



Cada tensão gerada pode ser descrita ou representada como:



Ligação em estrela:


A tensão no centro da

estrela do gerador pode

ser calculada da

seguinte forma:

Para cargas equilibradas a corrente na carga pode ser analisada da

mesma forma.


Ligação em triângulo:


Na ligação em triângulo

pode-se dizer que a

tensão de fase e linha

são iguais.

A corrente de cada fase

pode ser obtida da

seguinte forma:


Circuitos Trifásicos - Relação entre a tensão de fase e tensão de linha.


Tensão de Fase: tensão sobre uma das

bobinas do gerador tifásico ou tensão

entre fase e neutro em uma ligação em

estrela. (equivale ao raio no circulo

fasorial ao lado)

Tensão de Linha: diferença de potencial

entre duas fases.


Relação entre tensão de fase e linha:

Pode-se obter a relação entre as tensões de fase e linha considerando

que a diferença de potencial entre duas fases pode ser formada por

dois triângulos retângulos.

O cateto adjacente de cada um somados corresponde-rá a tensão de

linha, e daí pode-se obter a relação entre a tensão de linha e de fase.



Relação entre tensão de fase e linha:

Outra forma de obter a relação entre as tensões de fase e linha pode

ser a consideração do comprimento da corda de um circulo. Onde a

corda coresponde a diferença de potencial entre duas fases.


Sendo:

E por tanto,

arco

flecha

corda


Revisão de Fator de Potência

Considerando cargas lineares, o FP

pode ser interpretado como a

diferença de fase entre a tensão e a

corrente

FP Indutivo corrente atrasada em

relação a tensão

FP Capacitivo corrente adiantada

em relação a tensão



O Fator de Potência para cargas lineares pode ser calculado da

seguinte forma:

(



De uma forma mais simplificada, para cargas lineares, o FP pode

ser calculado como se apresenta:

(



O Fator de Potência também pode ser afetado pela forma de onda da

corrente consumida pela carga, quando comparada com a forma de

onda da tensão senoidal em sua frequência fundamental. A diferença

na forma de onda da corrente pode ser medida pela sua Taxa de

Distorção Harmônica ou THD.

A THD pode ser descrita como relação entre a forma de onda real da

corrente consumida e uma senoide na frequência fundamental.

(

Assim, Fator de Potência pode ser

obtido da seguinte forma:



Atualmente existem vários equipamentos disponíveis no

mercado para automatizar a correção de Fator de Potência.

Assim como equipamentos eletrônicos para corrigir ou ajustar a

THD do consumo de corrente.


Revisão de Rendimento Elétrico

O rendimento elétrico pode ser descrito como a relação entre a

potência elétrica consumida e a fornecida por um determinado

sistema.

Exemplo: para um motor elétrico o rendimento é a relação entre a

energia elétrica consumida e a potência mecânica, convertida em

elétrica, que é fornecida na ponta do eixo.


Potência em sistema monofásico (F+N):

Potência em sistema bifásicos (F+F):

Potência em sistema trifásicos(3F):

1

1

( ) * ( ) :

( ) * ( )

F L

F F

P W S Fp W onde S V I

P W V I Fp W

2 ( ) ( )L LP W V I Fp W

3 ( ) 3 ( )L LP W V I Fp W

Onde: •P1ϕ = Potência Monofásica •P2 ϕ= Potência Bifásica •P3 ϕ=Potência Trifásica •S = Potência Aparente (VA) •VF=Tensão de Fase •VL=Tensão de Linha •IL=Corrente de Linha •η = rendimento •Fp=Fator de Potência

3 ( ) 3* * * ( )F LP W V I Fp W 3*L FV V

3 L LS V I

Potência Elétrica Em CA


Corrente em sistema monofásico (F+N):

Corrente em sistema bifásicos (F+F):

Corrente em sistema trifásicos(3F):

1 ( )( )

* *F

P WI A

V Fp

2 ( )( )

* *L

P WI A

V Fp

3 ( )( )

3* * *L

P WI A

V Fp

• Para cargas resistivas puras (Lâmpadas incandescente, chuveiros elétricos, resistências elétricas, etc) o Fator de potência é unitário (Fp=1)

( )*736( )

3* * *L

P CVI A

V Fp

Para Motores:

3 ( )( )

3* * *F

P WI A

V Fp

3*L FV V

Potência Elétrica Em CA


Energia Elétrica Consumida Em CA

A energia elétrica consumida pode ser

representada pela potência consumida

durante um determinado intervalo de tempo.

Em Joules:

Em Watt-hora:

Considerando um chuveiro que possua 5500W de potência elétrica, a

energia consumida pode ser obtida de duas formas:

E = Pot . t

(1J = 1Ws)


Exercícios

Calcule:

Potência em CA

Corrente em CA

Cargas em Estrela

Cargas em Triângulo


BIBLIOGRAFIA

MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. 8ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2010.

CREDER, Hélio. Instalações Elétricas , 15ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2007.

COTRIM, Ademaro. Instalações Elétricas, 5ª Edição. Editora Pearson Prentice-Hall, São Paulo, 2009.

LIMA FILHO, Domingos Leite. Projeto de Instalações Elétricas Prediais, 11ª Edição , Editora Érica , São Paulo, 2007.

CAVALIN, Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas , 21ª Edição, Editora Érica , São Paulo, 2006.

NISKIER, Julio. Manual de Instalações Elétricas, 1ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005.

Norma Técnica ABNT NBR ISSO 8995-1.

Catálogos e sites das empresas: SYLVANIA, PHILIPS, PRYSMIAN.

Luz , Jeanine Marchiori da, Luminotécnica, Apostila de Disciplina.

Pereira, Fernando O. Ruttkay; Souza, Marcos Barros de. Iluminação - Apostila de conforto Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Florianópolis 2005.

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