sistemas elÉtricos de potÊncia

Sistemas Elétricos de Potência

Departamento Regional de Rondônia

Medidas Elétricas

Centro de Formação Profissional SENAI - RO 1

Federação das Indústrias do Estado de Rondônia Presidente do Sistema FIERO/SESI/SENAI/IEL Euzébio André Guareschi Diretor Superintendente do SESI/RO Valdemar Camata Junior Diretor Regional do SENAI/RO Vivaldo Matos Filho Superintendente do Instituto Euvaldo Lodi - IEL/RO Valdemar Camata Junior Diretora da Escola Centro de Formação Profissional “Marechal Rondon” Elsa Ronsoni Mendes Pereira

Fevereiro

2007

UTILIZAÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO.

O SENAI deseja, por meio dos diversos materiais didáticos nivelados em um

contexto nacional, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de

informações e construir links entre os diversos conhecimentos e competências, tão

importantes para sua formação profissional.

Além dos esforços e dedicação de todo o grupo do SENAI DR/RO na confecção

de material didático estamos também utilizando as obras divulgadas no site

www.senai.br/recursosdidaticos desenvolvidas por outros Departamentos Regionais,

reservados os direitos patrimoniais e intelectuais de seus autores nos termos da Lei nº.

9610, de 19/02/1998.

Tal utilização se deve ao fato de que tais obras vêm de encontro as nossas

necessidades, bem como têm a função de enriquecer a qualidade dos recursos didáticos

fornecidos aos nossos alunos como forma de aprimorar seus conhecimentos e

competências.

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Departamento Regional - SENAI - RO1


* “ Material sujeito a alterações sem prévio aviso!”



Índice

1 Introdução....................................................................................................................9

1.1 Definição de energia e potência............................................................................. 101.1.1 Energia _____________________________________________________________101.1.2 Potência_____________________________________________________________10

1.2 O que é geração e cogeração? ............................................................................... 121.2.1 Geração _____________________________________________________________121.2.2 Cogeração ___________________________________________________________12

1.3 O sistema de geração ............................................................................................ 151.3.1 Máquina primária______________________________________________________151.3.2 Geradores ___________________________________________________________151.3.3 Transformadores ______________________________________________________151.3.4 Controle, comando e proteção_____________________________________________15

2 Máquinas Primárias ..................................................................................................17

2.1 Hidráulicas ........................................................................................................... 17

2.2 Diesel .................................................................................................................... 21

2.3 Termelétricas........................................................................................................ 24

2.4 Termonucleares .................................................................................................... 26

2.5 Turbina a Gás....................................................................................................... 302.5.1 Turbinas a gás em circuito aberto __________________________________________312.5.2 Turbinas a gás em circuito fechado._________________________________________33

2.6 Turbinas Eólicas ................................................................................................... 36

3 GERADORES.............................................................................................................42

3.1 Introdução ............................................................................................................ 423.1.1 Histórico ____________________________________________________________423.1.2 Noções de aplicações ___________________________________________________42

3.1.2.1Tipos de acionamentos ..........................................................................................................43

3.2 NOÇÕES FUNDAMENTAIS ............................................................................... 443.2.1 Princípio de funcionamento ______________________________________________443.2.2 Geração de corrente trifásica______________________________________________47

3.2.2.1Ligações no sistema trifásico ................................................................................................473.2.2.2Tensão nominal múltipla .......................................................................................................49

3.2.3 Comportamento do gerador em vazio e sob carga_______________________________523.2.4 Máquinas de pólos lisos e salientes _________________________________________553.2.5 Reatâncias ___________________________________________________________563.2.6 Potência em máquinas de pólos salientes_____________________________________593.2.7 Definições ___________________________________________________________61

3.2.7.1Distorção harmônica..............................................................................................................613.2.7.2Fator de desvio .......................................................................................................................613.2.7.3Modulação de tensão .............................................................................................................633.2.7.4Desequilíbrio angular .............................................................................................................633.2.7.5Desbalanceamento de tensão.................................................................................................633.2.7.6Transiente de tensão...............................................................................................................633.2.7.7Tolerância de tensão ..............................................................................................................64

3.3 GERADORES WEG............................................................................................. 653.3.1 Normas aplicáveis _____________________________________________________65



3.3.2 Geradores com excitação por escovas _______________________________________653.3.2.1Tipo SL (antigo DL) ..............................................................................................................65

3.3.3 Geradores com excitação sem escovas (Brushless)______________________________663.3.4 Geradores com excitação sem escovas para aplicações especiais____________________693.3.5 Motores síncronos _____________________________________________________703.3.6 Regulador de tensão ____________________________________________________723.3.7 Tempo de regulagem da tensão (tempo de resposta)_____________________________723.3.8 NOMENCLATURA DAS MÁQUINAS SÍNCRONAS WEG _____________________73

3.4 CARACTERÍSTICAS DO AMBIENTE............................................................... 763.4.1 Altitude _____________________________________________________________763.4.2 Temperatura ambiente.__________________________________________________763.4.3 Determinação da potência útil do gerador nas diversas condições de temperatura e altitude 763.4.4 Atmosfera Ambiente ___________________________________________________77

3.4.4.1Ambientes Agressivos ...........................................................................................................773.4.5 Graus de proteção _____________________________________________________78

3.4.5.1Código de identificação .........................................................................................................783.4.5.2Tipos usuais ............................................................................................................................80

3.4.6 Limites de ruído_______________________________________________________803.4.7 Vibração ____________________________________________________________813.4.8 Ventilação ___________________________________________________________82

3.4.8.1Gerador aberto ........................................................................................................................823.4.8.2Gerador totalmente fechado ..................................................................................................83

3.4.9 Acessórios/especialidades________________________________________________853.4.9.1Resistência de aquecimento...................................................................................................853.4.9.2Proteção térmica de geradores elétricos ...............................................................................85

3.5 CARACTERÍSTICAS DE DESEMPENHO ......................................................... 883.5.1 Potência nominal ______________________________________________________883.5.2 Elevação de temperatura-classe de isolamento _________________________________91

3.5.2.1Aquecimento do enrolamento ...............................................................................................913.5.2.2Classes de isolamento ............................................................................................................923.5.2.3Medida da temperatura do enrolamento ...............................................................................923.5.2.4Aplicação à máquinas elétricas .............................................................................................93

3.5.3 Queda de tensão_______________________________________________________943.5.3.1Cálculo da queda de tensão ...................................................................................................943.5.3.2Influência do fator de potência..............................................................................................963.5.3.3Influência da carga inicial......................................................................................................96

3.5.4 Limitações na partida de motores __________________________________________983.5.5 Sobrecarga__________________________________________________________1033.5.6 Sobrevelocidade______________________________________________________1043.5.7 Corrente de curto-circuito_______________________________________________1043.5.8 Conversão de reatâncias ________________________________________________1053.5.9 Proteção do gerador ___________________________________________________1063.5.10Regime de serviço ____________________________________________________106

3.5.10.1 .............................................................................................................Regimes Padronizados106

3.5.11Diagrama de carga ____________________________________________________1083.5.12Operação em paralelo de geradores________________________________________1103.5.13Cálculo da bobina de aterramento do ponto estrela de geradores ___________________113

3.6 CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS .......................................................... 1143.6.1 Componentes Principais ________________________________________________114

3.6.1.1Estator da máquina principal ...............................................................................................1143.6.1.2Rotor da máquina principal .................................................................................................1143.6.1.3Estator da excitatriz principal ..............................................................................................1143.6.1.4Rotor da excitatriz principal e diodos retificadores girantes.............................................1143.6.1.5Excitatriz auxiliar .................................................................................................................115



3.6.1.6Enrolamento auxiliar (ou bobina auxiliar)..........................................................................1153.6.2 Placa de identificação__________________________________________________1153.6.3 Normas ____________________________________________________________1163.6.4 Pintura - Geradores para aplicação geral ____________________________________1163.6.5 Terminais de aterramento _______________________________________________1163.6.6 Forma construtiva_____________________________________________________1163.6.7 Condições usuais de serviço _____________________________________________120

3.7 SELEÇÃO DE GERADORES ............................................................................ 1213.7.1 Características necessárias para a correta seleção ______________________________1213.7.2 Principais aplicações de geradores ________________________________________121

3.7.2.1Conversão de freqüência......................................................................................................1223.7.2.2Conversão de Corrente ........................................................................................................1233.7.2.3NO-BREAK..........................................................................................................................1243.7.2.4Short-Break Diesel ...............................................................................................................1253.7.2.5Geradores para CPD.............................................................................................................1253.7.2.6Geradores linha Industrial ...................................................................................................1263.7.2.7Geradores para Telecomunicações (padrão TELEBRÁS).................................................1263.7.2.8Geradores alimentando cargas deformantes .......................................................................127

3.8 ENSAIOS............................................................................................................ 1283.8.1 ENSAIOS DE ROTINA________________________________________________1283.8.2 ENSAIOS DE TIPO___________________________________________________1283.8.3 ENSAIOS ESPECIAIS_________________________________________________128

3.9 COLETÂNEA DE FÓRMULAS ........................................................................ 1295.1.1.4Características gerais dos equipamentos de proteção ........................................................1325.1.1.5Características Funcionais do Releamento .........................................................................135

5.1.2 Aspectos específicos __________________________________________________1365.1.2.1Equipamentos de manobra...................................................................................................1365.1.2.2Proteção de motores .............................................................................................................1385.1.2.3Proteção de Geradores .........................................................................................................138



5.1.2.4Proteção de transformadores ...............................................................................................1395.1.2.5Proteção de barramentos......................................................................................................139

5.1.3 Coordenação ________________________________________________________1405.1.3.1Proteção de linhas ................................................................................................................141

5.1.4 Princípios de coordenação ______________________________________________142

5.2 Diagramas elétricos ............................................................................................1435.2.1 Diagrama Unifilar ____________________________________________________1435.2.2 Diagrama Trifilar _____________________________________________________1445.2.3 Diagrama Funcional ___________________________________________________1455.2.4 Diagramas Construtivos ________________________________________________146

5.2.4.1Diagrama Sinóptico .............................................................................................................147

5.3 Consideração a respeito de quadros elétricos......................................................1485.3.1 Classificações _______________________________________________________148

5.3.1.1Quanto a função ...................................................................................................................1485.3.1.2Quanto ao local de instalação ..............................................................................................1515.3.1.3Quanto ao grau de proteção .................................................................................................1515.3.1.4Quanto ao tipo de construção ..............................................................................................152

5.3.2 Comportamento dos metais (estrutura e barramento) ___________________________1525.3.3 Características dos metais_______________________________________________152

5.3.3.1Densidade .............................................................................................................................1525.3.3.2Propriedades térmicas ..........................................................................................................1535.3.3.3Propriedades elétricas ..........................................................................................................1535.3.3.4Propriedades químicas .........................................................................................................1545.3.3.5Propriedades Mecanicas ......................................................................................................154

5.4 Graus de Proteção ..............................................................................................155

5.5 Condições Normais de Serviço ............................................................................159

5.6 Considerações de Normalização..........................................................................1615.6.1 Definições (Segundo IEEE C 37.20.2 - 1993) ________________________________161

5.6.1.1Painéis Metal Clad ...............................................................................................................1615.6.1.2Painéis Cubicle .....................................................................................................................1625.6.1.3Painéis Interrupter................................................................................................................1625.6.1.4Painéis Baixa Tensão ...........................................................................................................163

6 Produção Independente de Energia Elétrica no Brasil..........................................164

6.1 Introdução ..........................................................................................................164

6.2 Ligação em Autoprodutores em paralelo com o sistema de distribuição .............1666.2.1 Paralelismo _________________________________________________________166

6.2.1.1Condições para o Paralelismo .............................................................................................1676.2.1.2Métodos para o Sincronismo ...............................................................................................167

6.2.2 Proteção Contra Faltas _________________________________________________1686.2.2.1 Nomenclatura para Relés (NBR 5175 - Maio 1988).........................................................168

6.2.3 Projeto Elétrico ______________________________________________________177

7 Dimensionamento de Fios e Cabos de Baixa Tensão.............................................178

7.1 Os Seis Critérios Técnicos de Dimensionamento de Condutores Elétricos ..........178

7.2 Seção do Condutor Neutro ..................................................................................179

7.3 O Condutor de Proteção .....................................................................................180

7.4 Cores dos Condutores Neutro e de Proteção .......................................................181

7.5 Tabelas ...............................................................................................................1827.5.1 Grupos Contendo Cabos de Dimensões Diferentes_____________________________193



7.5.2 Correntes Máximas de Curto-Circuito ______________________________________2047.5.3 Correntes Máximas de Curto-Circuito ______________________________________2057.5.4 Correntes Máximas de Curto-Circuito ______________________________________2067.5.5 Determinação da Integral de Joule (l2t) de Condutores Elétricos ___________________207REFERÊNCIAS__________________________________________________________209



1 INTRODUÇÃO

A eletricidade é a forma mais fácil de se transportar energia para a sua utilização nosprocessos de manufatura. Ela surgiu como forma de substituir a energia da máquina a vapor,pilastra mestra da atual revolução industrial.

Com o crescimento do setor industrial no Brasil a partir do inicio dos anos 90, oaumento da demanda de energia elétrica superou a capacidade de crescimento do sistema degeração das concessionárias de energia levando o governo a considerar possibilidade deprodução de energia elétrica por empresas do setor privado, com o objetivo de atrairinvestimentos no setor e assim “desafogar” o sistema elétrico Brasileiro.

A economia e a produção de energia elétrica passaram a ser prioridade para o Ministériodas Minas e Energia e o DNAEE (hoje ANEEL), que através de campanhas informativasincentivavam o uso racional de energia elétrica visando diminuir o desperdício e, através damodificação da legislação regulamentar a geração e a cogeração de energia por grupos eempresas privadas.



1.1 DEFINIÇÃO DE ENERGIA E POTÊNCIA

1.1.1 ENERGIA

Os físicos definem a palavra energia como a quantidade de trabalho que um sistema écapaz de fornecer. Energia, de acordo com os físicos, não pode ser criada, consumida oudestruída. No entanto a energia pode ser transformada ou transmitida de diferentes formas: aenergia cinética do movimento das moléculas de ar podem ser convertidas em energia cinética derotação pelo rotor de uma turbina eólica, que por sua vez pode ser convertida em energia elétricaatravés de um gerador acoplado ao rotor da turbina.

Em cada processo de conversão de energia, parte da energia da fonte é dissipada emforma de calor (energia térmica) em função do atrito entre as engrenagens, moléculas de ar eesforços mecânicos da máquina conversora. A relação entre a energia que entra no sistema deconversão e a energia que sai desse sistema chama-se rendimento.

Costuma-se medir a capacidade de produção de energia em quilowatt hora ou megawatthora durante um certo período de tempo. Note que a unidade de energia é quilowatt hora [kW.h],e não apenas quilowatt [kW]. Confundir estas unidades é um erro bem comum.

Unidades de Energia

1 J [joule] = 1 [W.s] = 4.1868 [cal]1 GJ [gigajoule] = 109 J1 TJ [terajoule] = 1012 J1 PJ [petajoule] = 1015 J1 kWh [quilowatt hora] = 3,600,000 [joules]1 toe [tonelada de óleo equivalente]

= 7.4 barris de óleo cru na máquina primária= 7.8 barris no total de consumo final= 1270 m3 de gás natural

1 Mtoe [milhão de toneladas de óleo equivalente] = 41.868 PJ

1.1.2 POTÊNCIA

A potência elétrica é normalmente medida em watt [W], quilowatt [kW], megawatt[MW], etc. Ou seja, potência é a quantidade de energia transferida por unidade de tempo. Apotência pode ser medida em qualquer instante de tempo, enquanto a energia precisa ser medidaem um intervalo de tempo, como um segundo, uma hora, um ano, etc. Por exemplo, se umaturbina ou gerador possuem uma potência nominal de 600 quilowatts [kW], significa que aquelaturbina pode produzir 600 quilowatts hora [kW.h] de energia por hora de operação, trabalhandono ponto máximo de eficiência.

Dizer, por exemplo, que um país como a Dinamarca possui 1.000MW de potênciaeólica instalada, não quer dizer quanta energia as turbinas produzem. As turbinas eólicasfuncionam cerca de 75% das horas do ano, mas funciona com capacidade máxima apenasdurante um numero limitado de horas no ano.

Para calcular a quantidade de energia produzida por uma turbina eólica é necessárioconhecer a distribuição da velocidade do vento por cada turbina. No caso acima citado, as



turbinas retornam, na média, 2.300 horas de funcionamento a plena carga por ano. Para calculara energia total produzida multiplica-se os 1.000MW de potência instalada pelas 2.300 horas defuncionamento a plena carga, que é igual a 2.300.000 [MWh] ou 2,3 [TW.h] de energia.

Em outras áreas, tais como a Escócia, ou o oeste da Irlanda, encontramos turbinasque trabalham, na média, 3.000 horas a plena carga, e até mais. No entanto na Alemanha não sãoencontradas turbinas que trabalham mais que 2.000 horas por ano a plena carga.

A potência dos motores de automóveis são geralmente medidas em cavalos e não emkW. A unidade “cavalo vapor” da uma idéia intuitiva de quanto “músculo” o gerador ou motorpossui, enquanto a energia da uma idéia de quanto um motor ou gerador “trabalhou” durante umperíodo de tempo.

Unidades de potência.

1 kW = 1.359 CV



1.2 O QUE É GERAÇÃO E COGERAÇÃO?

1.2.1 GERAÇÃO

A geração de energia elétrica é a transformação de qualquer tipo de energia em energiaelétrica. Esse processo ocorre em duas etapas. Na 1a etapa uma máquina primária transformaqualquer tipo de energia, normalmente hidráulica ou térmica, em energia cinética de rotação. Emuma 2a etapa um gerador elétrico acoplado à máquina primária transforma a energia cinética derotação em energia elétrica.

Como exemplo podemos tomar uma hidroelétrica onde uma turbina hidráulicatransforma a energia potencial da água em desnível, em energia cinética de rotação que étransferida a um eixo acoplado a um gerador, tal como mostrado na figura 1.

1.2.2 COGERAÇÃO

De acordo com a ANEEL (Agencia Nacional de Energia Elétrica), “Cogeração deenergia é definida como o processo de produção combinada de calor e energia elétrica (oumecânica), a partir de um mesmo combustível, capaz de produzir benefícios sociais, econômicose ambientais. A atividade de cogeração contribui efetivamente para a racionalização energética,uma vez que possibilita maior produção de energia elétrica e térmica a partir da mesmaquantidade de combustível.”

Diferentemente da geração, na cogeração a energia térmica, ou outro tipo de energia, éutilizado diretamente nos processos de manufatura, tais como fornos, caldeiras, entre outros. Acogeração é o reaproveitamento dos “resíduos” de energia dessas fontes para a geração deenergia elétrica diminuindo, assim, as perdas e, conseqüentemente, aumentando o rendimento eo aproveitamento das fontes de energia.



Figura 1 – Central hidráulica em circuito aberto a céu aberto, Rio Paraná, Itapu, Brasil.1- Barragem, 2- grades, 3- tomada de águas, 4- conduto forçado, 5- turbina, 6- alternador, 7- casa

de máquinas, 8- pórtico-ponte, 9- sistema de descarga 10- transformadores, 11- sistema detransmissão.

A cogeração é a forma mais eficiente de gerar calor e energia elétrica a partir de umamesma fonte de energia. Comparando a utilização de combustível fóssil com a quantidade decalor que é normalmente gasta no processo de geração de energia, a cogeração alcança níveis deeficiência 3 vezes maior, podendo chegar a 4 vezes, do que no processo convencional degeração. No entanto a cogeração passou a ser utilizada a muito pouco tempo. No meio da décadade 80, com o preço do gás natural relativamente baixo, a cogeração tornou-se uma alternativaatrativa como uma nova forma de geração de energia elétrica. De fato, a cogeração é um dosmaiores responsáveis pela grande diminuição da construção de usinas hidrelétricas etermonucleares ocorrida na década de 80. Hoje a cogeração corresponde a mais da metade dacapacidade das novas usinas instaladas na América do Norte na ultima década.

Os equipamentos de cogeração podem utilizar outros combustíveis além do gás natural.Existem instalações em operação que utilizam madeira, bagaço de cana-de-açúcar, e outroscombustíveis dependendo do local e disponibilidade.

As implicações ambientais da cogeração são bem menores quando comparadas às doprocesso convencional de geração, não apenas pela sua inerente eficiência, mas também pelo seucaráter descentralizador. Isto se deve ao fato de ser impraticável o transporte de calor (energiatérmica) a grandes distâncias, e os equipamentos de cogeração são localizados fisicamentepróximos aos processos que utilizam calor. Desta forma a energia elétrica tende a ser gerada



próxima aos centros consumidores, reduzindo as perdas pela transmissão e a necessidade deequipamentos para a distribuição. Um número significativo de conseqüências positivas para omeio ambiente decorrem deste fato. As plantas de cogeração tendem a ser pequenas por issopodem pertencer e serem operadas por companhias menores e afastadas de um centro industrial.Como regra geral, elas também são construídas próximas a áreas populacionais, o que significaque devem ser mantidas no mais alto padrão ambiental. Como por exemplo, na Europa e ,cadavez mais, na América do Norte, a cogeração é o coração do sistema de calefação da cidade.Calefação distrital e cogeração combinados podem reduzir as emissões de gases poluentes maisdo que qualquer outra tecnologia.

Figura 2 – Esquema geral de cogeração em uma industria

Para entender cogeração, é necessário saber que a forma mais convencional de se gerarenergia é baseada na queima de um combustível para produzir vapor. É a pressão do vapor quegira a turbina e gera energia, em um processo inerentemente ineficiente. Por causa de umprincipio básico da física, pouco mais que um terço da energia liberada pela queima docombustível pode ser convertida em pressão de vapor para gerar energia elétrica. A cogeração,no entanto, utiliza esse excesso de calor, normalmente na forma de vapor, a uma temperaturarelativamente baixa, liberada pelas turbinas. Esse vapor é utilizado em uma gama de aplicaçõesdas mais variadas, e efetivamente diminui a combustão de combustíveis a base de carbono,juntamente com todas as implicações ambientais que a queima desses combustíveis possui.

Além da cogeração, há um grande número de tecnologias que fazem uso do vaporliberado pelas turbinas a baixas temperatura e pressão. Essas tecnologias são conhecidas comosistemas de “ciclo combinado”. Elas são mais eficientes que a geração convencional de energia,mas não tão eficiente quanto a cogeração.



1.3 O SISTEMA DE GERAÇÃO

O sistema de geração é formado pelos seguintes componentes: Máquina primária,geradores, transformador e sistema de controle, comando e proteção.

1.3.1 MÁQUINA PRIMÁRIA

É a maquina primária que faz a transformação de qualquer tipo de energia em energiacinética de rotação para ser aproveitada pelo gerador. Por exemplo, a máquina que transforma aenergia liberada pela combustão do gás em energia cinética é a turbina a gás.

As principais máquinas primárias utilizadas hoje são motores Diesel, turbinashidráulicas, turbinas a vapor, turbinas a gás e eólicas. Normalmente as centrais elétricas onde asmáquinas primárias são turbinas a vapor, as centrais são classificadas em relação ao combustívelutilizado para aquecer o vapor. Onde ocorre o processo de combustão as centrais são chamadasde termelétricas e onde ocorre o processo de fissão nuclear são chamadas de termonucleares.

1.3.2 GERADORES

São os geradores que transformam a energia cinética de rotação das máquinas primáriasem energia elétrica.

Os geradores são dimensionados de acordo com a potência que a máquina primáriapode fornecer. Além da potência, o tipo de máquina primária ( eólica, hídrica, térmica, etc...)define também a velocidade de rotação que irá ser transmitida ao gerador e, em função dessavelocidade é definido o número de pólos do gerador. O funcionamento, especificação e detalhesdo projeto serão estudados mais profundamente no capitulo 3.

1.3.3 TRANSFORMADORES

Uma vez gerada a energia elétrica, existe a necessidade de se compatibilizar o nível datensão de saída com a tensão do sistema ao qual o grupo gerador será ligado. O equipamentoutilizado para elevar ou rebaixar o nível de tensão é o transformador. Desta forma um grupogerador que gera energia a uma tensão de 13.8 kV pode ser ligado a uma linha de transmissão de69kV desde que um transformador de 13,8/69 kV faça o ajuste da tensão. O funcionamento dostransformadores será estudado com mais detalhes no capitulo 5.

1.3.4 CONTROLE, COMANDO E PROTEÇÃO

Para interligar um grupo gerador a uma rede de transmissão ou distribuição sãonecessários vários requisitos. Em primeiro lugar, a tensão de saída do gerador não pode variarmais que 10% para cima ou para baixo. O controle da tensão é feito através da excitatriz dopróprio gerador e será estudada no capitulo 3. No entanto, não basta apenas compatibilizar atensão. É necessário que se faça o sincronismo com a rede antes de comandar o fechamento dalinha. Para que estas medidas sejam tomadas, são necessários vários equipamentos de manobra e



proteção, tais como TC’s, TP’s, relés e disjuntores. O quadro de comando e proteção reúne todosestes equipamentos, e permite ao operador supervisionar o funcionamento do sistema e atuarimediatamente caso se faça necessário.

A freqüência do sistema elétrico é a variável mais importante e a mais difícil de sercontrolada. Para que o sistema de geração funcione corretamente, é necessário que a freqüênciade tensão de saída do gerador seja constante e de acordo com o sistema elétrico da região em quese encontra. Por exemplo, no Brasil a freqüência de operação do sistema elétrico é de 60 Hz, e osistema de geração de energia elétrica do Paraguai é de 50 Hz. Esta freqüência é função darotação do gerador, portanto o gerador deve funcionar sempre em uma rotação fixa, que éaplicada pela máquina primária. Portanto ela depende da velocidade de rotação da máquinaprimária. Cabe ao sistema de controle atuar nos reguladores de velocidade das máquinasprimárias e assim garantir uma freqüência fixa da tensão na saída do gerador.

A potência elétrica de saída do gerador é diretamente proporcional a potência mecânicatransmitida pela máquina primária através do eixo. Sabemos que a potência mecânica na pontado eixo de uma máquina girante é diretamente proporcional ao produto da velocidade de rotaçãoe o torque na ponta de eixo:

nCkP ⋅⋅=onde k é uma constante de proporcionalidade.

Portanto, se o gerador precisar entregar mais potência para o sistema devido a umaumento súbito de carga, a máquina primária precisa aumentar o torque transferido ao gerador,uma vez que a rotação deve-se manter constante.

Algumas das principais diferenças entre os turbogeradores e os hidrogeradores é avelocidade de rotação e o momento de inércia da parte girante. Nos hidrogeradores a velocidadede rotação é normalmente bem mais baixa e o momento de inércia bem maior do que nosturbogeradores, uma das conseqüências desta diferença é a de que os turbogeradores necessitamde sistemas de controle de corrente de campo e controle da velocidade de rotação da máquinaprimária mais confiáveis e mais rápidos do que os hidrogeradores, pois uma perturbação na cargarequer uma adaptação rápida e precisa do sistema de geração.



2 MÁQUINAS PRIMÁRIAS

2.1 HIDRÁULICAS

Toda eletricidade é proveniente de uma fonte de energia encontrada na natureza, comoos combustíveis fósseis, os ventos, entre outros. Nas hidrelétricas este princípio não é diferente.A fonte de energia é a energia potencial de um volume de água, em função da diferença dealtitude entre o montante e a juzante.

Para iniciar o processo de conversão da energia potencial da água em energia elétrica, aágua dos reservatórios é captada, através de um sistema de adução onde a água é transportadaatravés de condutos de baixa pressão. Os condutos de baixa pressão possuem uma declividademuito baixa, pois a sua finalidade é apenas o transporte da água até a entrada dos condutosforçados, que conduzem a água até a casa de máquinas onde se encontram as turbinas.

Figura 2.1.1 – Exemplo de turbinas em barragens

A turbina hidráulica é uma máquina com a finalidade de transformar a energia cinéticado escoamento contínuo da água que a atravessa em trabalho mecânico. Para isso elas sãoequipadas com uma série de pás (ou conchas, no caso das turbinas Pelton). Quando a águaatravessa essas pás, as turbinas giram com uma grande força. A força com que gira essa turbinadepende inicialmente da altura da queda de água, que corresponde, aproximadamente, adiferença de altitude entre a adução e a entrada da turbina.

Existem várias formas de conseguir um desnível aproveitável: Por represamento, ondeuma barragem acumula as águas dos rios em alturas necessárias para obtenção dessa energia.Neste caso as casas de máquinas são localizadas nos pés das barragens. Por Desvio, onde umaparte do rio é desviada de seu curso normal para aproveitar-se um desnível de terreno. Ou por



derivação, onde parte da água de um rio é desviada e jogada em outro rio aproveitando-se odesnível entre os dois rios. Nestes últimos as casas de máquinas são localizadas o mais próximopossível da jusante dos desníveis.

Figura 2.1.2 – Corte longitudinal em uma turbina tipo francis, eixo vertical. 1- rotor, 2- pá,3- labirinto interno, 4- labirinto externo, 5- Orifícios de equilíbrio de pressão, 6- tubo de

equilíbrio de pressão, 7- palheta diretriz, 8- tampa, 9- caixa espiral, 10- palheta fixa, 11- tubo desucção, 12- eixo, 13- flange de acoplamento, 14- servomotor das aletas ajustáveis.

Basicamente existem 2 tipos de turbinas hídricas: as turbinas de reação ou propulsão, eturbinas de ação ou impulso.



Figura 2.1.3 - Corte longitudinal em uma turbina tipo hélice, kaplan, de eixo vertical. 1- rotor,2- pá, 3- palheta diretriz, 4- tampa intermediaria, 5- tampa externa, 6- tampa interna, 7- anelperiférico, 8- caixa, 9- palheta fixa, 10- tubo de sucção, 11- eixo, 12- flange de acoplamento.

a) Turbinas de Reação (ou propulsão): São turbinas em que o trabalho mecânico éobtido pela transformação das energias cinéticas e de pressão da água emescoamento através do rotor. As turbinas de reação são as do tipo Francis eKaplan.

b) Turbinas de Ação (ou impulso): Aquela em que o trabalho mecânico é obtidopela obtenção da energia cinética da água em escoamento através do rotor. Asturbinas de ação são as do tipo Pelton.



Figura 2.1.4 – Corte transversal em uma turbina pelton de dois injetores, de eixo horizontal ecoroa em uma única peça. 1- rotor, 2- pá, 3- coroa de pás, 4- tampa, 5- desviador frontal,6- poço, 7- blindagem, 8- canal de fuga, 9-eixo de turbina, 10- injetor, 11- freio de jato,

12- agulha, 13- cruzeta pelton, 14- defletor.

A turbina hidráulica utiliza a energia cinética de rotação de seu rotor para girar ogerador ao qual está conectado. Um dispositivo elétrico chamado transformador converte atensão de saída do gerador em tensões aproveitáveis pelas concessionárias.

Estima-se que o Brasil tenha um potencial de geração de energia hidrelétrica da ordemde 200.000MW, capaz de fornecer 1 milhão de GWh de eletricidade anualmente, dos quaissomente 25% estão sendo utilizados.

A capacidade nominal instalada de geração de energia elétrica no Brasil é de57.232MW, dos quais 92% são derivados de hidrelétricas. A ELETROBRÁS participa com27.052MW da capacidade nominal instalada. Em 1996, o sistema teve energia disponível daordem de 311.379GWh, para um consumo de 260.908GWh, empregava 157.063 trabalhadores etinha aproximadamente 39,8 milhões de consumidores.

O Brasil, juntamente com o Paraguai, possui uma das maiores usinas hidrelétricas domundo, a Itaipú Binacional, com capacidade instalada de 12.600MW, localizada no rio Paraná,fronteira dos dois países.



2.2 DIESEL

O motor Diesel é uma maquina térmica, ou seja, transforma energia térmica em energiamecânica através do mesmo principio de funcionamento dos motores a explosão, como osconhecidos motores de automóveis. Esses motores são chamados de máquinas térmicas a pistãoou motores de combustão interna. Seu objetivo é a obtenção de trabalho através da liberação daenergia química do combustível.

Figura 2.2.1 – Grupo gerador com motor Diesel 1- Máquina térmica motora, motor Diesel.2- Máquina elétrica geradora. 3- Árvore, através da qual o motor Diesel fornece a potência para

o gerador. 4- Saída dos produtos da combustão. 5 - Entrada ou saída do fluido refrigerante.

A figura 2.2.1 mostra um grupo gerador onde um motor Diesel é a máquina térmicamotora que está acoplada a um alternador, máquina elétrica geradora ou operadora. Observa-seque o motor Diesel fornece na árvore um trabalho em uma unidade de tempo, potência,entregando ao meio externo, através de seus sistemas de refrigeração e nos produtos decombustão, calor. Tal potência e calores são resultado da liberação de uma energia químicaliberada através de reações exotérmicas entre um combustível, no caso o óleo Diesel, e umcomburente, no caso o oxigênio do ar.

Os motores a pistão de combustão interna podem ser classificadas de várias maneiras,entre as quais algumas merecem destaque:

• Quanto ás propriedades do gás na fase de compressão: motores Otto e motoresDiesel;

• Quanto ao ciclo de trabalho: Motores de 2 e 4 tempos. Nos motores de 2 temposocorre um processo de trabalho a cada giro da árvore, e no motor 4 tempos sãonecessários 2 giros para completar um ciclo do processo;

• Quanto ao movimento do pistão: motores a pistão rotativos ou alternativos;• Quanto ao número de cilindros.



Figura 2.2.2 – Corte no cabeçote de um motor de combustão interna PM1- Ponto mortosuperior. PM2- Ponto morto inferior. 1- Cilindro. 2- Pistão ou êmbolo. 3- Vela. 4- Válvulas.

• Quanto a disposição dos cilindros: motores a pistão com cilindros em linha, V. L,H, W, em estrela e com cilindros opostos.

Os motores a pistão de combustão interna mais utilizados em grupos geradores são osmotores Diesel. Diferentemente do motores Otto, em que a mistura combustível e comburente épreparada fora do motor pelo carburador e injetada no cilindro, nos motores Diesel o ar éadmitido no cilindro, comprimido, e o combustível é injetado na massa de ar comprimido atravésde um circuito independente ocasionando assim a inflamação espontânea.

O ciclo de funcionamento de um motor Diesel é a 4 tempos onde a combustão ocorrecom pequena variação de pressão a volume constante sendo sua maior parte desenvolvida apressão constante. Tal fato é uma característica única nos motores a diesel.

No caso dos motores diesel, a regulação de velocidade é feita a partir da injeção decombustível no motor, tal como é feita nos motores diesel convencionais. Esta regulação develocidade é fundamental para que a freqüência do grupo gerador seja constante, em 60 ou 50 Hzdependendo do sistema, independentemente da variação da carga.

As centrais Diesel, apesar de sua limitação de potência, ruído e vibração, constituem umtipo de central muito utilizado até potências de 40 MW. Isto porque são bastante compactas,entram em carga em um tempo muito pequeno, são de fácil operação e apresentam um plano demanutenção de fácil execução, entre outros motivos.



Figura 2.2.3 – Ciclo de trabalhe de motor Diesel a 4 tempos.PM1 e PM2 – Pontos mortos superior e inferior. VA – Válvula de admissão. VE – Válvula de

escape. D – diâmetro do pistão. E – curso. R – Raio da árvore de manivelas. Vm – volumemorto. Vc – Volume da cilindrada. I – Pistão ou êmbolo. II – Biela. III – Árvore de manivelas.

IV – Camisa. V – Cavernas, para refrigeração. VI – Injetor. Estado 2 – Início da injeção.Estado 3 – final da combustão.

1o tempo, 0-1, admissão2o tempo, 1-2, compressão3o tempo, 2-3-4, injeção, combustão e expansão4o tempo, 4-0, escape.



2.3 TERMELÉTRICAS

As máquinas a vapor foram as primeiras máquinas a produzirem energia mecânicaaproveitável para processos industriais. Por isto essas máquinas foram fundamentais para oacontecimento da revolução industrial. Com o aparecimento da eletricidade, as máquinas a vaporse tornaram peças fundamentais para a geração de energia elétrica, uma vez que já existia odomínio dessa tecnologia.

As instalações de potência com turbinas a vapor podem visar apenas a obtenção deenergia elétrica ou mecânica ou simultaneamente elétrica ou mecânica e vapor para o processo.Essas centrais podem trabalhar em circuito aberto ou fechado, sendo o circuito aberto muitoutilizado quando se pretende utilizar calor para o processo.

Figura 2.3.1 – Funcionamento de uma instalação de potência a vapor.

O aquecimento da água é feito através da queima de algum combustível. De um modogeral denomina-se combustível, qualquer corpo cuja combinação química com outro sejaexotérmica. Entretanto, condições de baixo preço, existência na natureza ou processo defabricação em grande quantidade limitam o número de combustíveis usados tecnicamente. Tendoem vista seu estado físico, os combustíveis podem ser classificados em sólidos, líquidos ougasosos. Os combustíveis sólidos são formados de C, H2, O2, S, H2O e cinzas. Sendocombustíveis apenas os 4 primeiros elementos. Entre os combustíveis sólidos temos os minerais



como turfas linhitos e carvão, e os não-minerais como lenha, serragem, bagaço de cana, de pinhoetc. Os combustíveis líquidos também podem ser minerais ou não minerais. Os minerais sãoobtidos pela refinação do petróleo, destilação do xisto betuminoso ou hidrogenação do carvão.Os mais usados são a gasolina, o óleo diesel e o óleo combustível. Os combustíveis líquidos não-minerais são os álcoois e os óleos vegetais. Os combustíveis gasosos são divididos em naturais eartificiais. Entre os naturais destacam-se o gás dos pântanos CH4 e os gases de petróleo. Entre osartificiais temos o gasogênio, gás de alto-forno e gás de esgoto.

Basicamente, uma instalação a vapor é composta de bomba, caldeira, turbina econdensador. Tendo em vista a pressão na saída da turbina, temos as instalações a vapor decondensação e de contrapressão. Nas primeiras, a pressão do vapor na saída da turbina é menorque a atmosférica, nas segundas maior.

A combustão ocorre na caldeira, dentro da câmara de combustão onde são injetados ocombustível e o comburente (ar). Após a combustão são retirados, como produto do processo,gases e cinzas constituídos de produtos não queimados. A liberação de energia térmica devido aoprocesso de combustão aquece a água na caldeira até evaporar. Uma vez na tubulação umsuperaquecedor eleva a temperatura do vapor aumentando assim a pressão para entrar na turbina.Ao passar pela turbina o vapor perde pressão e vai para o condensador onde volta ao estadolíquido e é bombeado de volta para a caldeira.

A turbina é a máquina que transforma a energia da pressão do vapor em energia cinéticade rotação e, através de um eixo de acoplamento, transmite essa energia para o gerador.



2.4 TERMONUCLEARES

A usinas termonucleares funcionam utilizando o mesmo princípio de funcionamento dasusinas térmicas, ou seja, as máquinas que entregam energia para o gerador são as turbinas avapor (ver figura 2.4.1). O que torna essas usinas especiais é o combustível utilizado. Ao invésde uma reação química de combustão, o que acontece é uma liberação de energia a nívelatômico.

Figura 2.4.1 – Funcionamento de uma usina nuclear

O núcleo do átomo foi descoberto em 1911 por Rutherford ao analisar as partículasliberadas pelos átomos, mas somente após a descoberta do nêutron por Chadwick e as reaçõesfeitas pelo casal Joliot-Curie em 1932 é que o núcleo começou a adquirir a sua real importância.

O tamanho do núcleo é muito pequeno. Ele ocupa o centro do átomo, e a carga totalpositiva, bem como quase toda a massa do átomo está no núcleo. Ele é formado basicamente porprótons e nêutrons. Os prótons possuem uma carga positiva numericamente igual a carga doelétron (1.602 x 10-19 C). Os nêutrons são eletricamente neutros. As partículas do núcleo sãochamadas de nucleons. As forças que mantém as partículas do núcleo unidas entre si sãoprovenientes da repulsão eletrostática entre os prótons e de forças pequenas da natureza queaparecem dentro do núcleo que são chamadas de forças nucleares.

A energia acumulada por essas forças nucleares são chamadas de energia de coesão e écalculada pela equação de Einstein: E=MC2.



Ao se determinar a massa do núcleo, descobrimos que ela é menor que a soma dasmassas dos seus componentes. A diferença entre as duas é chamada de erro de massa (∆m) e aenergia de coesão fica E=∆m.C2

Uma parte da massa do núcleo é transformada em energia de coesão para manter aspartículas do núcleo unidas. Essa energia é liberada durante a reação nuclear. Dividindo aenergia de coesão pelo número de componentes do núcleo obtemos a energia média do núcleo,um valor que indica a estabilidade do núcleo. Se o valor da energia de coesão média é alto, entãoeste núcleo é estável. Se esse valor é baixo, então ele é instável e tende a emitir alguns de seuscomponentes para tornar-se mais estável. Neste caso o núcleo é radioativo.

O elemento natural mais pesado que se encontra na Natureza é o urânio . A maior partedele constitui-se de átomos estáveis , dotados de 92 prótons e 146 nêutrons . A soma dessasquantidades determina o número atômico 238 . Aproximadamente 1 % do urânio , porém , éconstituído de átomos com apenas 143 nêutrons , o que resulta no número atômico 235 : estessão instáveis .

Os termos energia atômica e energia nuclear são sinônimos e definem o mesmoconceito. A razão para esse nome duplo é histórica.

A fissão nuclear é a reação na qual um núcleo pesado, quando bombardeado pornêutrons, dividem-se em dois núcleos, um com aproximadamente metade da massa do outro.Esta reação libera uma grande quantidade de energia e emite dois ou três nêutrons. Estes por suavez podem causar outras fissões interagindo com outros núcleos que vão emitir novos nêutrons, eassim por diante, proporcionando uma liberação de energia em progressão geométrica. Esteefeito é conhecido como reação em cadeia. Em uma fração de segundos o numero de núcleos queforam divididos liberam 106 vezes mais energia do que a obtida na explosão de um bloco dedinamite de mesma massa. Em vista da velocidade com que a reação nuclear ocorre, a energia éliberada muito mais rapidamente do que em uma reação química. Este é o princípio no qual abomba nuclear é baseado. As condições sob as quais a bomba atômica foi descoberta econstruída fazem parte da historia da humanidade e é familiar a todo mundo.

Se, por outro lado, apenas um desses nêutrons liberados produzir apenas uma fissão, onumero de fissões por segundo passa a ser constante e a reação é controlada. Este é o principiode operação no qual os reatores nucleares são baseados, os quais são fontes controláveis deenergia proveniente de fissões nucleares.

A maioria dos reatores usa como combustível o urânio enriquecido, em que aporcentagem de U-235 é elevada de 1 para 3. O urânio, normalmente em forma de óxido,encontra-se acondicionado no interior de longas hastes. Estas são arranjadas paralelamente,formando elementos cilíndricos. Inicia-se a reação em cadeia bombardeando com nêutrons esseselementos de combustível. Ao se fissionarem, os núcleos de U-235 liberam nêutrons animadosde alta energia para que estes possam ser usados na fissão de novos núcleos, sua velocidade dedeslocamento precisa ser reduzida.

Nesse momento, entra em cena um moderador, substância que envolve os elementos decombustível no núcleo do reator. Os moderador mais comuns são a água pesada e o grafite.

Regula-se a taxa com que se dá a reação em cadeia por meio de hastes de controle, quepodem ser introduzidas entre tubos de combustível. As hastes são feitas de materiais capazes deabsorver nêutrons: quanto mais nêutrons forem absorvidos, menos núcleos experimentam afissão e menor a energia produzida. O calor gerado na reação nuclear é absorvido no circuito derefrigeração. Na ausência deste, o núcleo do reator aqueceria de tal forma que acabaria porderreter.



Há dois tipos básicos de reatores nucleares modernos. O primeiro deles emprega grafitecomo moderador e um gás no circuito de refrigeração. O segundo utiliza água pesada comomoderador e água comum pressurizada como refrigerante. A água é mantida sob uma pressão tãoalta que, mesmo em temperaturas na faixa de 300 graus centígrados, mantém seu estado liquido.

Figura 2.4.2 – Partes componentes de uma usina nuclear

Em ambos os tipos de reator, o fluido refrigerante passa através de um trocador de calorque contém água comum com o intuito de se transformar em vapor. Este vapor é usado paramover uma turbina, que por sua vez gera eletricidade.

Depois de alguns anos o U-235 presente no urânio esgota-se. As hastes que contém ocombustível são então retiradas e em seguida enviadas a uma usina de reprocessamento, onde serealiza a separação de componentes aproveitáveis. Os principais são o próprio urânio e oplutônio, bastante utilizado na confecção de artefatos nucleares.

O plutônio é formado nos reatores pela absorção de nêutrons pelos núcleos de U-238.Um novo tipo de reator, chamado de enriquecimento rápido, produz quantidades bem maiselevadas de plutônio.

Para que possam funcionar, esses reatores de enriquecimento rápido exigem adisponibilidade de uma enorme quantidade de nêutrons, uma vez que grande parcela deles éabsorvida pelos núcleos de U-238.

Como deve restar um fluxo de nêutrons suficiente para manter a reação em cadeia do U-235, os reatores de enriquecimento rápido trabalham apenas com nêutrons rápidos. Em outraspalavras, não contam com um moderador. Em compensação, exigem que o circuito derefrigeração seja preenchido por uma substância capaz de absorver as altas quantidades de calorresultantes - por exemplo sódio liqüefeito.

Além de alimentar a indústria de armamentos nucleares, o plutônio produzido nosreatores é armazenado, para uso no futuro em reatores que o utilizem como combustível .

Em muitos países a utilização da energia nuclear é tão grande que ultrapassa 60% detoda a energia gerada. A tabela a seguir mostra o quanto alguns países produzem de energianuclear em relação ao total de energia gerada.



País Eletricidade de origem nuclear

França 70%

Bélgica 67%

Suécia 50%

Suíça 39%

Alemanha 30%

Espanha 29%

Japão 25%

Tabela 2.1 – Percentual de eletricidade de origem nuclear



2.5 TURBINA A GÁS

As primeiras turbinas a gás foram idealizadas a mais de 150 anos. No entanto odesenvolvimento e a implementação dessa tecnologia foi dificultada por uma série de motivos.Destacamos entre eles:

• A máquina a vapor era o grande avanço da engenharia na época, e todo odesenvolvimento industrial estava fundamentado neste tipo de máquina. Portanto,para que houvesse concorrência, um novo tipo de máquina teria que possuir níveisde rendimento muito altos, o que só era possível a temperaturas próximas de 500oC.Essas temperaturas só foram alcançadas nos últimos 50 anos com o avanço dametalurgia que passou a fornecer materiais que suportassem esses níveis detemperatura por longos períodos de tempo.

• Em função do número excessivo de estágios do turbocompressor, a potência parainstalações estacionárias era limitada. Apesar dos avanços consideráveis naresolução deste problema, ele ainda ocupa a cabeça de muitos engenheirosencarregados de desenvolver esta tecnologia.

• baixo rendimento dos compressores resultavam em um baixo rendimento para ainstalação, problemas estes que só foram resolvidos nas últimas décadas através dodesenvolvimento da mecânica dos fluidos, das técnicas construtivas, da teoria dosmodelos e dos respectivos ensaios, que permitiram a fabricação deturbocompressores com rendimentos superiores a 85%.

Não há duvidas que os grandes avanços tecnológicos que viabilizaram odesenvolvimento das turbinas a gás são mérito da indústria aeronáutica que, necessitandoaumentar a velocidade dos aviões, abandonaram os motores a pistão para se dedicarem aodesenvolvimento de motores a reação. Desta forma surgiram o primeiro turboélices e turbojatosna Segunda guerra mundial.

Figura 2.5.1 – Grupo gerador a gás com turbina em circuito aberto

De uma forma bem geral podemos classificar as instalações de turbinas a gás em doisgrandes grupos: Turbinas a gás em circuito aberto e Turbinas a gás em circuito fechado.



2.5.1 TURBINAS A GÁS EM CIRCUITO ABERTO

As instalações das turbinas a gás em circuito aberto, estacionárias, podem ser com ousem recuperação. Neste tipo de instalação encontram-se os motores a reação turboélice eturbojato.

O princípio de funcionamento dos motores a reação é simples. No item 2.2 vimos ofuncionamento dos motores a pistão. Esses motores utilizam a força exercida nos pistões devidaa rápida expansão dos gases em função da explosão. Como já sabemos, a toda força que exerceuma ação corresponde uma força de reação de mesma intensidade, mas com o sentido oposto aoda força atuante. Na figura 2.5.2 estão representadas, de forma simplificada, as forças que atuamem um cilindro quando ocorre a combustão no seu interior.

Figura 2.5.2 - forças atuantes em um cilindro com pistão

Em função do princípio da ação e reação, as forças que agem nas laterais do cilindro seanulam, uma vez que a superfície é cilíndrica. A força que provoca o deslocamento do pistão éequilibrada por outra de mesma intensidade no fundo do cilindro, provocando também o seudeslocamento se nenhum vínculo existir para impedir. Dizemos que o pistão sofre umdeslocamento pela “ação” de uma força, enquanto o cilindro é deslocado pela “reação” de umaforça de igual modulo e direção, porem no sentido contrário. Normalmente utilizamos a ação eprocuramos eliminar a reação através de vínculos. Isto ocorre, por exemplo, em todos osmotores a pistão, em fuzis, metralhadoras , canhões, etc. Nos motores a reação, a idéia é usar aforça de reação. No entanto essa força é de curta duração, como a força do recuo de um tiro.Contudo, se usarmos uma metralhadora que dispara milhares de tiros por minuto, essa força terámaior duração, mas com grandes oscilações. A amplitude das oscilações pode ser reduzidadiminuindo-se os tamanhos dos projéteis. Se essas dimensões tenderem a zero, também essasamplitudes o farão. O escoamento contínuo de um gás corresponde a realização prática desseprincípio. Uma vez que as moléculas do gás representarão os elementos expelidos em dimensõesdiminutas, logo teremos uma força de reação constante. Como em um balão de borracha cheioonde o ar é expulso através de uma abertura.

A figura acima representa uma esfera oca, com uma abertura por onde escoacontinuamente uma massa m de fluido a uma velocidade c. Consequentemente ela sofrerá umareação ou impulsão com uma força F de módulo igual a:

cmF ⋅=



Desta forma, quanto maior a massa de gás que sai da esfera por unidade de tempo,maior a velocidade para a mesma seção, logo, maior a reação.

Figura 2.5.3 – Força de reação

Este é o princípio de funcionamento dos motores a reação, dos quais fazem parte oTurboélice, motojato, turbojato, pulsojato, estatorreator ou impactorreator e o foguete.

Se fixarmos essas máquinas e colocarmos na saída uma hélice, podemos transformar aenergia cinética do gás de escape, que sai por causa da diferença de pressão entre o interior e oexterior, em energia cinética de rotação. Essa energia cinética de rotação pode ser transmitida aum gerador através de um eixo acoplado as hélices.

Figura 2.5.4 – Principio de funcionamento do rotor

Este é o princípio de funcionamento da turbina a gás em circuito aberto. Este tipo deinstalação possui um rendimento médio em torno de 30%. O combustível utilizado é o gásnatural. Em seguida é mostrado, de uma forma simplificada, o ciclo teórico para ofuncionamento da turbina.

Figura 2.5.5 – Turbina



Em um ciclo simples da turbina, o ar a baixa pressão entra em um compressor (estado 1)onde tem sua pressão elevada (estado 2). O combustível é adicionado ao ar comprimido eenviado à câmara de combustão onde ocorre o processo de combustão. O produto destacombustão entra na turbina (estado 3) e se expande para o estado 4. Uma parte do trabalhoproduzido é utilizado para fazer o compressor funcionar e o restante é utilizado para fazerfuncionar o equipamento auxiliar e produzir energia elétrica.

O ciclo de Bryton descreve um ciclo simplificado de uma turbina a gás. As quatroetapas do ciclo são:

(1-2) Compressão adiabática(2-3) Aquecimento isobárico, isto é, a pressão constante(3-4) Expansão adiabática(4-1) Resfriamento isobárico.

Os diagramas p x v (pressão x volume) e T x s (temperatura x entropia) são mostrados aseguir.

Figura 2.5.6 – Ciclo de Bryton

2.5.2 TURBINAS A GÁS EM CIRCUITO FECHADO.

Instalações com turbinas a gás em circuito fechado, onde a combustão ocorre fora docircuito e o funcionamento é semelhante ao das turbinas a vapor, com a diferença que o fluidoutilizado é um gás, podendo ser o próprio ar ou outro gás como o hélio por exemplo.

Nas turbinas a gás com circuito fechado o fluido a baixas temperaturas (ambiente) passapor um estágio de compressão onde 2 ou mais turbocompressores elevam a pressão do gás emtorno de 5 vezes. Após o estágio de compressão o gás é aquecido, aproveitando-se o calor dasaída da turbina e passando por uma caldeira, até atingir temperaturas superiores a 700oC deonde vai para a entrada das turbinas.

As turbinas funcionam por diferença de pressão, ou seja, aproveitam a energia cinéticado gás que passa de um lugar de da alta para um lugar de baixa pressão. Após passar por algunsestágios de turbinas o gás volta a pressão inicial e passa por um trocador de calor onde pré-aquece o gás que entra no aquecedor, abaixando a sua temperatura para perto de 100oC. O gásentão é resfriado e retorna a sua condição inicial recomeçando o ciclo.

O esquema mostrado a seguir proporciona uma visão de como ocorre o processo a partirda compressão do gás, até a sua expansão após a passagem pela turbina de baixa pressão. Paraentender o funcionamento basta acompanhar os valores de temperatura e pressão em cada etapado processo.



Figura 2.5.7 – Esquema geral de uma central térmica a gás em circuito fechado.1 – Turbocompressor de baixa pressão. 2 – Turbocompressor de alta pressão.

3 – Turbina de alta pressão. 4 – Redutor. 5 – Turbina de baixa pressão. 6 – Pré-refrigerador.7 – Refrigerador intermediário. 8 – Trocador de calor. 9 – Aquecedor de ar.

Note que a turbina a gás em circuito fechado não usa o gás como combustível. Acombustão é feita com qualquer produto combustível com a intenção de fornecer energia térmicaao sistema. O gás é utilizado apenas como o fluido que transforma a energia térmica em energiacinética para tocar as turbinas. Por exemplo existem usinas nucleares que utilizam o sistema deturbinas a gás em circuito fechado para geração de energia elétrica, onde a energia térmica égerada a partir de combustível nuclear.

Figura 2.5.8 – Ciclos teóricos da turbina a gás com circuito fechado (Carnot, Ericsson)

Esse tipo de turbina utiliza o ciclo básico teórico de Carnot com duas isotérmicas e duasadiabáticas tal como mostrado na figura 2.5.8, que é aproximado na prática pelo ciclo de Ackerete Keller onde a compressão isotérmica 1,2 é substituída por compressões adiabáticas e



refrigeração isobárica enquanto a expansão isotérmica 3,4 é substituída por expansõesadiabáticas e aquecimentos isobáricos.

Figura 2.5.9 – Ciclo de trabalho da turbina a gás com circuitofechado (Ackeret e Keller)



2.6 TURBINAS EÓLICAS

Para se entender o funcionamento da turbina eólica faz-se necessário conhecer umpouco da origem da energia transformada em eletricidade por esses equipamentos que, apesar deseu princípio de funcionamento aparentemente simples, são hoje o que existe de mais modernona área de geração de energia elétrica para fins comerciais.

Toda a energia renovável (exceto a geotérmica e a das marés), bem como a energia doscombustíveis fósseis, são provenientes do Sol. O sol irradia 1014 kwh por hora de energia para aterra. Cerca de 1 a 2% dessa energia proveniente do Sol é convertida em energia eólica. Istocorresponde a cerca de 50 a 100 vezes mais do que a energia convertida em biomassa por todasas plantas do planeta.

Diferenças de temperatura fazem com que o ar circule. As regiões em volta do equador,na latitude 0o, são mais atingidas pelo calor do sol do que o restante do globo. Se não houvesse arotação da terra o ar simplesmente circularia na direção dos pólos a 10 Km de altitude, desceriae retornaria ao equador.

Uma vez que o globo está rodando, todo o movimento do hemisfério norte é dirigidopara a direita, se observarmos este fenômeno em uma posição fixa olhando para o equador (nohemisfério sul ela tende para a esquerda). Essa força aparente de curvatura é conhecida comoforça de Coriolis (nome do matemático francês Gustave Gaspard Coriolis 1792 – 1843).

A força de Coriolis é um fenômeno visível. Por exemplo, os trilhos das estradas de ferrodesgastam mais de um lado que do outro, os rios são mais profundos em uma margem que naoutra (O lado depende de em qual hemisfério você está). Isto também funciona para os ventos.No hemisfério norte, por exemplo, o vento tende a rodar no sentido anti-horário, enquanto nohemisfério sul, é no sentido horário.

Estes dois fatores (as diferenças de temperatura e a força de Coriolis) aliados àgeografia, que impõe obstáculos à passagem dos ventos e considera as costas dos continentes,definem o movimento dos ventos.

Uma turbina eólica obtém potência convertendo a força dos ventos em um torqueatuando nas pás do rotor. A quantidade de energia que o vento transfere para o rotor depende dadensidade do ar, da área do rotor, e da velocidade do vento.

Figura 2.6.1 – Um cilindro de ar de1500m2 e 1m de larguraatravessa o rotor de uma turbina eólica.



A figura mostra como uma fatia de ar de 1 metro de espessura se move através de umrotor de área de 1500m2 de uma típica turbina eólica de 600kW. Com 43m de diâmetro do rotor,cada cilindro de ar pesa 1,9 toneladas, isto é, 1500 vezes 1,25kg que é o peso de 1m3 de ar.

A energia cinética de um corpo em movimento é proporcional a sua massa. A energiacinética do vento também depende da densidade do ar, ou seja, de sua massa por unidade devolume. Em outras palavras, quanto mais pesado for o ar, mais energia é recebida pela turbina.

Sob pressão atmosférica normal e a 15oC a massa do ar é de 1,25 kg por metro cúbico,mas a densidade aumenta com o aumento da umidade. De forma análoga, quanto mais frio o ar,mais denso. Em altas altitudes (em montanhas por exemplo) a pressão do ar é menor e portantoa densidade é menor.

Uma turbina eólica típica de 600kW possui um rotor com 43 a 44 metros de diâmetro, oque significa que cobre uma área de 1500m2. A área do rotor determina quanta energia o rotorestá apto a retirar do vento. Como a área do rotor aumenta com o quadrado do diâmetro, umaturbina que possua um rotor 2 vezes maior recebe 22 = 4 vezes mais energia.

Figura 2.6.2 – Visão geral de uma turbina eólica

A velocidade do vento é extremamente importante para a quantidade de energia queuma turbina pode converter para energia elétrica. A energia contida no vento varia com o cuboda velocidade média do vento. Por exemplo, se a velocidade do vento aumenta 2 vezes, a energiaconvertida aumenta 23 = 2 x 2 x 2 = 8 vezes. Mas por que a energia eólica varia com o cubo davelocidade média do vento? Observando o nosso dia-a-dia sabemos que se dobrarmos a



velocidade do carro, será necessário 4 vezes mais energia para movimentá-lo (essencialmenteisto é conseqüência da Segunda lei de Newton para o movimento dos corpos). No caso da turbinaeólica utiliza-se a energia de frenagem do vento, e se a velocidade do vento for o dobro, tem-seduas vezes mais volume de ar por segundo movendo-se através do rotor, e cada unidade devolume possui 4 vezes mais energia, como no exemplo do carro. O gráfico mostra que a umavelocidade de 8 m/s tem-se uma potência (quantidade de energia por segundo) de 314 Watts pormetro quadrado exposto ao vento (o vento que chega perpendicular a área coberta pelo rotor). A16 m/s tem-se 8 vezes mais potência, isto é, 2509 W/m2.

Figura 2.6.3 – Gráfico da potência por unidade de áreaem função da velocidade do vento.

A tabela mostra a potência por metro quadrado exposto ao vento para diferentesvelocidades.

m/s W/m2 m/s W/m2 m/s W/m2

0 0 8 314 16 2509

1 1 9 447 17 3009

2 5 10 613 18 3572

3 17 11 815 19 4201

4 39 12 1058 20 4900

5 77 13 1346 21 5672

6 132 14 1681 22 6522

7 210 15 2067 23 7452

Tabela 2.6.1 – Valores discretos de potência por unidade de área.



Para “captar” a energia cinética do vento e transferir para a flange do rotortransformando em energia cinética de rotação, as pás do rotor e são desenhadas conforme as asasde um avião. Ou seja, o desenho aerodinâmico cria regiões de diferentes pressões em torno daspás fazendo com que elas se movam. Em uma turbina de 600kW moderna, as pás do rotormedem cerca de 20 metros.

Figura 2.6.4 – Princípio de funcionamento da asa

O corpo da turbina eólica faz o encapsulamento dos componentes principais, incluindoo redutor e o gerador elétrico. O pessoal da manutenção pode entrar dentro do corpo a partir datorre da turbina quando houver necessidade. Em uma das extremidades do corpo fica o rotor, istoé, as pás interligadas pela flange, na outra o namômetro e o cata-vento.

Figura 2.6.5 – Corpo da turbina

À flange do rotor está ligado um eixo de baixa rotação que é acoplada a um ampliador.Uma turbina de 600kW possui uma rotação relativamente baixa, cerca de 19 a 30 rpm. No eixode baixa rotação estão localizadas bombas para o sistema hidráulico que opera o freioaerodinâmico como veremos mais adiante.

O ampliador é um dispositivo mecânico que transmite potência através de dois eixosgirando em velocidades diferentes. Em uma turbina de 600kW, por exemplo, o ampliadortransmite uma potência recebida da turbina através do eixo de baixa rotação a uma velocidade de19 a 30 rpm para um gerador através do eixo de alta rotação a uma velocidade deaproximadamente 1500 rpm, isto é, 50 vezes mais rápido. Por causa das perdas em função doatrito mecânico das engrenagens, a temperatura do ampliador aumenta e um sistema derefrigeração a óleo é responsável pela manutenção da temperatura dentro de faixas aceitáveis.

O eixo de alta rotação interliga o ampliador e o gerador. Ele esta equipado com um freioa disco mecânico de emergência que é usado no caso do freio aerodinâmico falhar ou quando aturbina está em manutenção.

O gerador usado nas turbinas eólicas é um gerador de indução ou gerador assíncrono,que utiliza o mesmo princípio de funcionamento do motor assíncrono. Esta característica torna



os geradores de turbinas eólicas mais baratos e com um menor custo de manutenção. No entantoisso só é possível porque a potência máxima das turbinas eólicas fica compreendida em umafaixa que vai de 500 a 1500kW.

O controlador eletrônico é um computador que monitora continuamente as condições dovento na turbina e controla o mecanismo de direcionamento da turbina, que tem a função demanter a turbina sempre perpendicular à incidência do vento. No caso de algum defeito, como osobreaquecimento do gerador ou do ampliador, o controlador comanda a parada da turbina eavisa o computador do operador via linha telefônica através de um modem.

O mecanismo de direcionamento utiliza um motor elétrico para virar o corpo da turbinade forma que ela fique totalmente contra o vento. Ele é operado por um controlador eletrônicoque monitora a direção do vento utilizando o cata-vento.

O sistema hidráulico é utilizado para operar o freio aerodinâmico da turbina. Mudando-se o angulo de ataque das pás, pode-se variar a velocidade da turbina. Desta forma o controladoratua no sistema hidráulico com o objetivo de manter a velocidade da turbina constante.

A unidade de refrigeração é responsável por manter a temperatura do gerador e doampliador dentro de uma faixa aceitável para que não se diminua a vida útil destesequipamentos. Por isso o sistema de refrigeração possui um ventilador elétrico independente quetem a função de resfriar o gerador, bem como o óleo que é utilizado pelo ampliador.

Figura 2.6.6 – partes componentes da turbina

O papel da torre da turbina eólica é sustentar o corpo e o rotor da turbina. Geralmente éuma vantagem a utilização de torres altas uma vez que a velocidade do vento cresce conforme adistância do solo. Uma turbina de 600kW, hoje, fica suspensa a uma altura que varia entre 40 e60 metros, o que corresponde aproximadamente a uma altura de um prédio de 13 a 20 andares.As torres podem ser tubulares (como mostrado na figura) ou em treliça. Torres tubulares sãomais seguras para as pessoas que trabalham na manutenção, uma vez que é utilizado o interior datorre para se alcançar o topo. A vantagem da torre em treliça é que ela é bem mais barata.



O anemômetro é usado para medir a velocidade enquanto o cata-vento mede a direçãodo vento. Os sinais eletrônicos enviados pelo transdutor de velocidade do anemômetro éutilizado pelo sistema de controle da turbina para aciona-la quando a velocidade do vento chegara 5 metros por segundo. O computador também para a turbina automaticamente se a velocidadedo vento chegar a 25 metros por segundo com a finalidade de proteger a turbina e seus arredores.Os sinais eletrônicos utilizados pelo transdutor de direção do cata-vento são utilizados pelosistema de controle para acionar o mecanismo de direcionamento.



3 GERADORES

3.1 INTRODUÇÃO

3.1.1 HISTÓRICO

O gerador elementar foi inventado na Inglaterra em 1831 por MICHAEL FARADAY, enos Estados Unidos, mais ou menos na mesma época, por JOSEPH HENRY.

Este gerador consistia basicamente de um ímã que se movimentava dentro de umaespira, ou vice-versa, provocando o aparecimento de uma f.e.m. registrado num galvanômetro.

Figura 3.1 - O galvanômetro "G" indica a passagem de umacorrente quando o ímã se move em relação a bobina.

A WEG INDÚSTRIAS LTDA, DIVISÃO MÁQUINAS iniciou sua fabricação em1980, tendo adquirido ao longo destes anos uma larga experiência e tecnologia na fabricação degeradores de pequeno e grande porte.

3.1.2 NOÇÕES DE APLICAÇÕES

Geradores síncronos são máquinas destinadas a transformar energia mecânica emenergia elétrica.

Praticamente toda a energia consumida nas indústrias, residências, cidades, etc...,sãoproveniente destes geradores.

A WEG INDÚSTRIAS LTDA, DIVISÃO MÁQUINAS fabrica geradores para asseguintes aplicações:

• Geração Eólica;• Alimentação de Fazendas, Sítios, Garimpos, Carros de Som;• Pequenos Centros de Geração de Energia para uso Geral;• Grupos Diesel de Emergência;• Centro de Processamento de Dados;



• Telecomunicações;• Usinas Hidroelétricas PCH’s;• Cogeração / Turbo Geradores;• Aplicações Específicas para uso Naval, Usinas de Açúcar e Álcool, Madeireiras,

Arrozeiras, Petroquímica, etc.

3.1.2.1 TIPOS DE ACIONAMENTOS

A - Grupo Diesel

São geradores acionados por Motores Diesel;

Potência: 50 a 1500 kVA

Rotação: 1800 rpm (IV pólos)

Tensão: 220, 380 ou 440 V - 50 ou 60 Hz.

B - Hidrogeradores

São geradores acionados por Turbinas Hidráulicas;

Potência: até 20.000 kVA

Rotação: 360 a 1800 rpm (XX a IV pólos)

Tensão: 220 a 13.800 V

C - Turbogeradores

São geradores acionados por Turbinas a Vapor;

Potência: até 20.000 kVA

Rotação: 1800 rpm ( IV pólos )

Tensão: 220 a 13.800 V



3.2 NOÇÕES FUNDAMENTAIS

3.2.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

A característica principal de um gerador elétrico é transformar energia mecânica emelétrica. Para facilitar o estudo do princípio de funcionamento, vamos considerar inicialmenteuma espira imersa em um campo magnético produzido por um ímã permanente (Figura 3.2). Oprincípio básico de funcionamento está baseado no movimento relativo entre uma espira e umcampo magnético. Os terminais da espira são conectados a dois anéis, que estão ligados aocircuito externo através de escovas. Este tipo de gerador é denominado de armadura giratória.

Figura 3.2 - Esquema de funcionamento de umgerador elementar (armadura girante)

Admitamos que a bobina gira com velocidade uniforme no sentido da flecha dentro docampo magnético "B" também uniforme (Figura 3.2).

Se "v" é a velocidade linear do condutor em relação ao campo magnético, segundo a leida indução (FARADAY), o valor instantâneo da f.e.m. induzida no condutor em movimento derotação é determinada por:

)sen(vlBe θ⋅⋅⋅=

Onde: e = força eletromotriz;B = indução do campo magnético;l = comprimento de cada condutor;v = velocidade linear;θ = ângulo formado entre B e v.



Para N espiras teremos então:

N)sen(vlBe ⋅θ⋅⋅⋅=

A variação da f.e.m. no condutor, em função do tempo, é determinada pela lei dadistribuição da indução magnética sob um pólo. Esta distribuição tem um caráter complexo edepende da forma da sapata polar. Com um desenho conveniente da sapata poderemos obter umadistribuição senoidal de induções. Neste caso, a f.e.m. induzida no condutor também varia com otempo sob uma lei senoidal.

A Figura 3.4a. mostra somente um lado da bobina no campo magnético, em 12 posiçõesdiferentes, estando cada posição separada uma da outra de 30o.

A Figura 3.4b nos mostra as tensões correspondentes a cada uma das posições.Já nos geradores de campo giratório (Figura 3.3) a tensão de armadura é retirada

diretamente do enrolamento de armadura (neste caso o estator) sem passar pelas escovas. Apotência de excitação destes geradores normalmente é inferior a 5% da potência nominal, poreste motivo, o tipo de armadura fixa (ou campo girante) é o mais utilizado.

Figura 3.3 - Esquema de funcionamento de umgerador elementar (armadura fixa).



Figura 3.4 - Distribuição da Indução Magnética sob um Pólo

A cada giro das espiras teremos um ciclo completo da tensão gerada, para uma máquinade um par de pólos. Os enrolamentos podem ser construídos com um número maior de pares depólos, que se distribuirão alternadamente (um norte e um sul).

Neste caso, teremos um ciclo a cada par de pólos. Sendo "n" a rotação da máquina em"rpm" e "f" a freqüência em ciclos por segundo (HERTZ) teremos:

]Hz[np

f120

⋅=

Onde: f = frequência (Hz)p = número de pólosn = rotação síncrona (rpm)

Note que o número de pólos da máquina terá que ser sempre par, para formar os paresde pólos. Na tabela 3.1 são mostradas, para as freqüências e polaridades usuais, as velocidadessíncronas correspondentes.

Número de pólos 60 Hz 50 Hz

2 3600 3000

4 1800 1500

6 1200 1000

8 900 750

10 720 600Tabela 3.1 - Velocidades Síncronas



3.2.2 GERAÇÃO DE CORRENTE TRIFÁSICA

O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensõesU1 , U2 e U3 tais que a defasagem entre elas seja de 120o (Figura 3.5).

O enrolamento desse tipo de gerador é constituído por três conjuntos de bobinasdispostas simetricamente no espaço, formando entre si também um ângulo de 120o.

Para que o sistema seja equilibrado isto é, U1 = U2 = U3 o número de espiras de cadabobina também deverá ser igual.

Figura 3.5 - Sistema Trifásico

A ligação dos três sistemas monofásicos para se obter o sistema trifásico é feitausualmente de duas maneiras, representadas nos esquemas seguintes. Nestes esquemas (Figuras2.2.2 e 2.2.3) costuma-se representar as tensões com setas inclinadas, ou vetores girantesmantendo entre si o ângulo correspondente à defasagem (120o).

3.2.2.1 LIGAÇÕES NO SISTEMA TRIFÁSICO

a) Ligação triângulo:

Chamamos "tensões/correntes de fase" as tensões e correntes de cada um dos trêssistemas monofásicos considerados, indicados por Vf e If. Se ligarmos os três sistemasmonofásicos entre si, como indica a figura 2.2.2.a, podemos eliminar três fios, deixando apenasum em cada ponto de ligação, e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios U, V e W.

A tensão entre dois quaisquer destes três fios chama-se "tensão de linha" (Vl), que é atensão nominal do sistema trifásico. A corrente em qualquer um dos fios chama-se "corrente delinha" (Il).



Figura 3.6 - Ligação Triângulo

Examinando o esquema da figura 3.6b, vê-se que:

1) A cada carga é aplicada a tensão de linha "Vl", que é a própria tensão do sistemamonofásico correspondente, ou seja, VL = VF.

2) A corrente em cada fio de linha, ou corrente de linha "IL", é a soma das correntesdas duas fases ligadas a este fio, ou seja, IL = IF1 + IF3.

Como as correntes estão defasadas entre si, a soma deverá ser feita graficamente, como

mostra a figura 3.6c. Pode-se mostrar que FFL I,II ⋅=⋅= 73213

Exemplo: Temos um sistema trifásico equilibrado de tensão nominal 220 V.A corrente de linha (Il) medida é 10 A. Ligando a este sistema uma carga trifásica

composta de três cargas iguais ligadas em triângulo, qual a tensão e a corrente em cada uma dascargas?

Temos VF = V1 = 220V em cada uma das cargas.

Se IL = 1,732 x IF, IF = 0,577 x IL = 0,577 x 10 = 5,77 A em cada uma das cargas.

b) Ligação estrela:

Ligando um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três, os trêsfios restantes formam um sistema trifásico em estrela como na figura 6.7a.

Às vezes, o sistema trifásico em estrela é "a quatro fios" ou "com neutro".O quarto fio é ligado ao ponto comum às três fases. A tensão de linha, ou tensão

nominal do sistema trifásico, e a corrente de linha são definidos do mesmo modo que na ligaçãotriângulo.



Figura 3.7 - Ligação Estrela

Examinando o esquema da figura 3.7b vê-se que:

1) A corrente em cada fio da linha, ou corrente de linha (IL), é a mesma corrente dafase à qual o fio está ligado, ou seja, IL = IF.

2) A tensão entre dois fios quaisquer do sistema trifásico é a soma gráfica figura 3.7cdas tensões das duas fases as quais estão ligados os fios considerados, ou seja,

FFL V,VV ⋅=⋅= 73213

Exemplo: Temos uma carga trifásica composta de três cargas iguais, cada carga é feitapara ser ligada a uma tensão de 220V, absorvendo, 5,77A. Qual a tensão nominal do sistematrifásico que alimenta esta carga em suas condições normais (220V e 5,77A) Qual a corrente delinha (IL)?

Temos VF = 220V (nominal de cada carga)

VL = 1,732 x 220V = 380VIL = IF = 5,77 A.

3.2.2.2 TENSÃO NOMINAL MÚLTIPLA

A grande maioria dos geradores são fornecidos com terminais do enrolamentoreligáveis, de modo a poderem pelo menos fornecer duas tensões diferentes. Os principais tiposde religação de terminais de geradores ou motores assíncronos para funcionamento em mais deuma tensão são:

a) Ligação série-paralela:

O enrolamento de cada fase é dividido em duas partes (lembrar que o número de pólos ésempre par, de modo que este tipo de ligação é sempre possível).



Ligando as duas metades em série, cada metade ficará com a metade da tensão de fasenominal da máquina. Ligando as duas metades em paralelo, a máquina poderá ser alimentadacom uma tensão igual à metade da tensão anterior, sem que se altere a tensão aplicada a cadabobina. Veja os exemplos numéricos da figura 3.8.

Figura 3.8 - Tensão Nominal Múltipla

É comum em geradores o fornecimento em três tensões 220/380/440.O procedimento nestes casos para se obter 380 V é ligar o gerador em 440 V, e alterar a

referência no regulador de tensão, de modo a se obter a redução de tensão (redução da induçãomagnética). Deste modo, poderemos obter três tensões na ligação Y, que é a mais comum emgeradores.



LIGAÇÃO TENSÃO DE LINHA CORRENTE DE LINHA POTÊNCIA (VA)

Y 3⋅= FL VV IL = IF

∆ VL = VF 3⋅= FL II

FF IVP ⋅⋅= 3

LL IVP ⋅⋅= 3

Tabela 3.2 - Relação entre tensões(linha/fase) correntes (linha/fase)e potência em um sistema trifásico.

b) Ligação estrela-triângulo:

É comum para partida de motores assíncronos a ligação estrela-triângulo.Nesta ligação, o enrolamento de cada fase tem as duas pontas trazidas para fora do

motor. Se ligarmos as três fases em triângulo cada fase receberá a tensão da linha, por exemplo(figura 3.9b) 220 Volts. Se ligarmos as três fases em estrela (figura 3.9a), o motor pode ser

ligado a uma linha com tensão igual a 220 x 3 = 380 V sem alterar a tensão no enrolamentoque continua igual a 220 Volts por fase.

Este tipo de ligação exige 6 terminais acessíveis no motor e serve para quaisquer

tensões nominais duplas, desde que a segunda seja igual a primeira multiplicada por 3 .

Exemplos:220/380V - 380/660V - 440/760V.

Note que uma tensão acima de 600 Volts não é considerada baixa tensão, mas entra nafaixa da alta tensão, em que as normas são outras, nos exemplos 380/660 e 440/760V, a maiortensão declarada serve somente para indicar que o motor pode ser religado em estrela-triângulo,pois não existem linhas dessas tensões.

Figura 3.9 - Ligação Estrela-Triângulo

WEG Departamento Regional - SENAI - RO52


3.2.3 COMPORTAMENTO DO GERADOR EM VAZIO E SOB CARGA

Em vazio (em rotação constante), a tensão de armadura depende do fluxo magnéticogerado pelos pólos de excitação, ou ainda da corrente que circula pelo enrolamento de campo.Isto porque o estator não é percorrido por corrente, portanto é nula a reação da armadura cujoefeito é alterar o fluxo total.

A relação entre tensão gerada e a corrente de excitação chamamos de característica avazio (figura 3.10) onde podemos observar o estado de saturação da máquina.

Figura 3.10 Característica a Vazio.

Em carga, a corrente que atravessa os condutores da armadura cria um campomagnético, causando alterações na intensidade e distribuição do campo magnético principal. Estaalteração depende da corrente, do cosϕ e da carga, como descrito a seguir:

a) Carga puramente resistiva:

Se o gerador alimenta um circuito puramente resistivo, é gerado pela corrente de cargaum campo magnético próprio.

Campo magnético induzido produz dois pólos (gerador bipolar figura 3.11a) defasadosde 90o em atraso em relação aos pólos principais, e estes exercem sobre os pólos induzidos umaforça contrária ao movimento, gastando-se potência mecânica para se manter o rotor girando.

O diagrama da fig. 3.11b mostra a alteração do fluxo principal em vazio Φ0 em relaçãoao fluxo de reação da armadura ΦR. A alteração de Φ0 é pequena, não produzindo uma variaçãomuito grande em relação ao fluxo resultante. Devido a perda de tensão nos enrolamentos daarmadura será necessário aumentar a corrente de excitação para manter a tensão nominal (figura3.14)



Figura 3.11 - Carga Puramente Resistiva

b) Carga puramente indutiva:

Neste caso, a corrente de carga está defasada em 90o em atraso com relação a tensão, e ocampo de reação da armadura estará conseqüentemente na mesma direção do campo principal,mas em polaridade oposta. O efeito da carga indutiva é desmagnetizante (figura 3.12a e b).

As cargas indutivas armazenam energia no seu campo indutor e a devolvem totalmenteao gerador, não exercendo nenhum conjugado frenante sobre o induzido. Neste caso, só seránecessário energia mecânica para compensar as perdas.

Devido ao efeito desmagnetizante será necessário um grande aumento da corrente deexcitação para se manter a tensão nominal (figura 3.14).

Figura 3.12 - Carga Puramente Indutiva



c) Carga puramente capacitiva:

A corrente de armadura para uma carga capacitiva está defasada de 90o emadiantamento em relação a tensão. O campo de reação da armadura conseqüentemente estará namesma direção do campo principal e com a mesma polaridade.

O campo induzido, neste caso, tem um efeito magnetizante (figura 3.13a e b).As cargas capacitivas armazenam energia em seu campo elétrico e a devolvem

totalmente ao gerador, não exercendo também, como no caso anterior, nenhum conjugado defrenagem sobre o induzido. Devido ao efeito magnetizante será necessário reduzir a corrente deexcitação para manter a tensão nominal (figura3.14)

Figura 3.13 - Carga Puramente Capacitiva

Figura 3.14 - Variação da corrente de excitaçãopara manter a tensão de armadura constante.



d) Cargas intermediárias:

Na prática, o que encontramos são cargas com defasagem intermediária entretotalmente indutiva ou capacitiva e resistiva. Nestes casos o campo induzido pode serdecomposto em dois campos, um transversal e outro desmagnetizante (indutiva) ou magnetizante(capacitiva). Somente o campo transversal tem um efeito frenante consumindo, desta forma,potência mecânica da máquina acionante. O efeito magnetizante ou desmagnetizante deverá sercompensado alterando-se a corrente de excitação.

3.2.4 MÁQUINAS DE PÓLOS LISOS E SALIENTES

Os geradores síncronos são construídos com rotores de pólos lisos ou salientes.

PÓLOS LISOS: São rotores nos quais o entreferro é constante ao longo de toda aperiferia do núcleo de ferro.

Figura 3.15 - Rotor de pólos lisos

PÓLOS SALIENTES: São rotores que apresentam uma descontinuidade no entreferroao longo da periferia do núcleo de ferro. Nestes casos, existem as chamadas regiões interpolaresonde o entreferro é muito grande, tornando visível a saliência dos pólos.



Figura 3.16 - Rotor de pólos salientes

3.2.5 REATÂNCIAS

A análise básica do desempenho transitório de máquinas síncronas é muito facilitadapor uma transformação linear de variáveis, na qual as três correntes de fase do estator IA, IB, e IC,são substituídas por três componentes, a componente de eixo direto, Id, a componente de eixo emquadratura, Iq, e uma componente monofásica I0, conhecida como componente de seqüência zero(eixo zero).

Para operação equilibrada em regime permanente (figura 3.17), I0 é nula (não sendodiscutida, portanto).

O significado físico das componentes de eixo direto e em quadratura é o seguinte: Amáquina de pólos salientes tem uma direção preferencial de magnetização determinada pelasaliência dos pólos de campo. A permanência ao longo do eixo polar ou direto, éapreciavelmente maior do que ao longo do eixo interpolar ou quadratura.

WEG – Transformando Energia em Soluções57


Figura 3.17 - Diagrama Esquemático para uma Máquina Síncrona

Um circuito efetivo de rotor, no eixo direto, além do enrolamento de campo principal, éformado pelas barras amortecedoras. Considere-se uma máquina operando inicialmente emvazio, e um curto-circuito trifásico súbito aparece em seus terminais. No desenho abaixo, podeser observada uma onda de corrente de estator em curto- circuito, tal como pode ser obtida numosciloscópio (figura 3.18).

Figura 3.18 - Corrente de Armadura Simétrica emCurto-Circuito em uma máquina síncrona



Reatância subtransitória

É o valor de reatância da máquina correspondente a corrente que circula na armaduradurante os primeiros ciclos, conforme pode ser visto na figura 3.18 (Período Subtransitório). Seuvalor pode ser obtido dividindo o valor da tensão da armadura antes da falta, pela corrente noinício da falta, para carga aplicada repentinamente e à freqüência nominal.

I

E=dx

′′′′

Onde:E = Valor eficaz da tensão fase a neutro nos terminais do gerador síncrono,

antes do curto-circuitoI'' = Valor eficaz da corrente de curto-circuito do período sub-transitório em

regime permanente. Seu valor é dado por:

2I=I max′′

Reatância transitória

É o valor de reatância da máquina correspondente a corrente que circula na armaduraapós o período sub-transitório, perdurando por um número maior de ciclos (maior tempo). Seuvalor pode ser obtido dividindo a tensão na armadura correspondente ao início do períodotransitório pela respectiva corrente, nas mesmas condições de carga.

I

E=dx

′′

I' = valor eficaz da corrente de curto-circuito do período transitório considerado emregime permanenteSeu valor é:

2

xI=I m′

Reatância síncrona

É o valor da reatância da máquina correspondente à corrente do regime permanente, ouseja, após o término do período transitório, seu valor pode ser obtido pela tensão nos terminaisda armadura ao final do período transitório dividido pela respectiva corrente.

A importância do conhecimento destas reatâncias está no fato de que a corrente noestator (armadura) após a ocorrência de uma falta (curto-circuito) nos terminais da máquina terávalores que dependem destas reatâncias.

Assim, pode ser conhecido o desempenho da máquina diante de uma falta e asconseqüências daí originadas.

I

E=xd



Onde: I = valor eficaz da corrente de curto-circuito em regime permanente.

2I=I RPxm

O gerador síncrono é o único componente do sistema elétrico que apresenta trêsreatâncias distintas, cujos valores obedecem a inequação:

Xd"< Xd' < Xd

3.2.6 POTÊNCIA EM MÁQUINAS DE PÓLOS SALIENTES

A potência de uma máquina síncrona é expressa por:

P = m . UF . IF . cosϕ

m = Número de fasesUF = Tensão de faseIF = Corrente de fase

A potência elétrica desenvolvida em máquinas de pólos salientes também pode serexpressa em função do ângulo de carga, que surge entre os fasores Uf (tensão de fase) e E0 (forçaeletromotriz induzida) determinado pela posição angular do rotor em relação ao fluxo girante deestator (figura 3.19a)

Figura 3.19a - Ângulo de Carga em Máquinas de Pólos Salientes



Figura 3.19b - Diagrama de Tensão - Gerador Síncrono de Pólos Salientes

Onde: xd e xq reatância de eixo direto e em quadratura respectivamente

P = Pd + Pq

Pd = UF . Id . senϕPq = UF . Iq . cosϕ

Figura 3.20 - Curva de potência em máquinas síncronas

A potência eletromagnética que é a potência transmitida pelo rotor de um gerador aoestator pode ser expressa por:

)2( senxd

1-

xq

1

2

U.m+)( sen

xd

U.E.m=P FF0 δ⋅

δ2

O primeiro termo da expressão anterior: )( senxd

U.E.m=P F0

e δ , é a potência que

depende da tensão da rede UF e da excitação da máquina (figura 3.20).

O segundo termo da expressão: )2( senxd

1-

xq

1

2

U.m F δ⋅

2

, é adicional devido a

diferença de relutância do entreferro, a qual não depende da excitação da máquina (figura 3.20).



3.2.7 DEFINIÇÕES

3.2.7.1 DISTORÇÃO HARMÔNICA

O formato ideal da onda de tensão de uma fonte de energia CA é senoidal.Qualquer onda de tensão que contenha certa distorção harmônica (figura 3.21) pode ser

apresentada como sendo equivalente a soma da fundamental mais uma série de tensões CArelacionadas harmonicamente de amplitudes específicas. A distorção pode ser definida para cadaharmônica em relação a sua amplitude como uma percentagem da fundamental. A distorçãoharmônica pode ser calculada utilizando-se a fórmula:

E

)(E=Distorção

1

2m

m

∑2

Onde:Em = Tensão harmônica de ordem "m";E1 = Fundamental;

Na figura 3.21 está representada a forma de onda tomada entre fase-fase em gerador. Adistorção calculada foi de 2,04%. Na figura 3.22 temos a forma de onda tomada entre fase-neutro. A distorção calculada foi de 15,71%

(a) (b)Figura 3.21 (a) - Forma de onda com 2,04% de distorção harmônica;

(b) - Forma de onda com 15,71% de distorção harmônica

3.2.7.2 FATOR DE DESVIO

Desvios ou variações do formato senoidal da onda podem ocorrer durante qualquerparte da onda: positivo, negativo ou durante o cruzamento por zero (figura 3.22)



Figura 3.22 - Fator de Desvio

A amplitude da variação (figura 3.23) expressa como uma percentagem do valor de picode uma onda senoidal de referência é o fator de desvio.

Figura 3.23 - Amplitude de Desvio

O fator de desvio pode ser calculado como:

picodesv V

Desvio=F



3.2.7.3 MODULAÇÃO DE TENSÃO

É a cíclica variação da amplitude de tensão, causada pela oscilação do regulador ou pelacíclica variação da carga.

3.2.7.4 DESEQUILÍBRIO ANGULAR

As tensões de um sistema trifásico são defasadas de 120o . Se esta defasagem fordiferente de 120o , o referido valor será o desequilíbrio.

3.2.7.5 DESBALANCEAMENTO DE TENSÃO

Desbalanceamento de tensão é a diferença entre as tensões de linha mais alta e maisbaixa e pode ser expresso em percentagem da tensão média de fase.

Exemplo:Fase U a V 208 V (1.6% acima da média)V a W 204 V (0.33% abaixo da média)W a U 202 V (1.3% abaixo da média)

Média: 204.67 VVariação: 6V (2.9%)

3.2.7.6 TRANSIENTE DE TENSÃO

São picos de tensão de curta duração que aparecem esporadicamente e podem atingircentenas de Volts (figura 3.24).

Figura 3.24 - Transiente de Tensão



3.2.7.7 TOLERÂNCIA DE TENSÃO

Desvios máximos aceitáveis na tensão geralmente são expressos como percentagens datensão nominal, por exemplo:

+ 5% 105% continuamente– 7,5% 92,5% continuamente



3.3 GERADORES WEG

Atualmente a WEG MÁQUINAS produz duas linhas básicas de máquinas síncronas:linha S e linha GTA.

A linha S foi criada para atender aplicações mais específicas e é composta de produtosengenheirados (motores e geradores) com carcaças a partir da 355 até 2000 em baixa ou altatensão. São fabricados em chapas de aço soldadas, abertos ou fechados com trocador de calor aar ou água, formas construtivas B3, D5, D6 ou V1. Acionadas geralmente por turbinashidráulicas ou a vapor.

A linha GTA é uma evolução das extintas linhas DK e BTA, composta somente demáquinas seriadas (geradores) normais, telecomunicações e navais , com carcaças a partir da 200até 500, somente em baixa tensão. São fabricadas em chapas de aço calandradas, abertas, e nasformas construtivas B15T ou B5/B3T. Acionadas geralmente por motores diesel.

Esta linha tem como principais vantagens, em relação à linha BTA anterior, as seguintescaracterísticas:

• Passo de bobinagem 2/3, baixa distorção harmônica e baixa reatância subtransitória,sendo apto a alimentar cargas deformantes com componentes de 3a harmônica altas;

• Excitatriz com imãs permanentes, facilitando assim o escorvamento sob qualquercondição;

• Facilidade de manutenção, proporcionada pela robustez das máquinas, acessofacilitado aos diodos e regulador de tensão;

• Facilidade de manutenção da corrente de curto-circuito devido a presença de bobinaauxiliar para alimentação do regulador de tensão.

3.3.1 NORMAS APLICÁVEIS

As máquinas são projetadas, fabricadas e testadas segundo as normas ABNT, IEC eDIN, onde aplicáveis. Especificamente podemos citar:

• VDE 0530-Máquinas Elétricas Girantes (Especificação e Características de Ensaio);• NBR 5117-Máquinas Síncronas (Especificação);• NBR 5052-Máquinas Síncronas (Método de Ensaio).

3.3.2 GERADORES COM EXCITAÇÃO POR ESCOVAS

3.3.2.1 TIPO SL (ANTIGO DL)

No gerador SL, o campo é alimentado em corrente contínua por escovas e anéiscoletores, e a tensão alternada é retirada do estator (fig.3.2.1), neste sistema normalmente ocampo é alimentado por uma excitatriz chamada de excitatriz estática. A tensão de saída dogerador é mantida constante para qualquer carga e fator de potência, pois esta verificaconstantemente a tensão de saída. Quando acionado na rotação nominal o processo deescorvamento se inicia pela pequena tensão residual do gerador.



VANTAGENS:

• Menor tempo de resposta na recuperação de tensão;• Menor queda de tensão na partida de motores de indução.

DESVANTAGENS:

• Exige manutenção periódica no conjunto escovas e porta escovas;• Não é aconselhável a utilização em centro de processamento de dados,

telecomunicações, devido a possibilidade de gerar rádio interferência em função demau contato das escovas.

3.3.3 GERADORES COM EXCITAÇÃO SEM ESCOVAS (BRUSHLESS)

Para aplicação industrial temos os seguintes tipos:

a) SP (antigos DKBH e DKBP) - O gerador tipo SP possui uma excitatriz auxiliar aoregulador de tensão, formada por ímãs permanentes. No regulador, a tensãoproveniente da excitatriz auxiliar é retificada, enviada a um gerador de pólos fixos(excitatriz principal) e ponte retificadora girante . Então, essa tensão contínua éaplicada ao rotor da máquina (figura 3.26).

Neste sistema as escovas e porta escovas são eliminados pois a tensão dealimentação do campo do gerador é obtida através da tensão induzida na excitatrize o único elemento de interação é o campo magnético.

Na linha SP a excitatriz auxiliar é montada em compartimento separado doestator principal da máquina.

A antiga linha D possuia duas variações:• DKBH: excitatriz auxiliar sem ímãs, montada internamente ao gerador.

Neste tipo de excitatriz, se a máquina ficar parada por longos períodos,pode-se ter dificuldade de se iniciar o escorvamento.

• DKBP: excitatriz auxiliar com ímãs, montada externamente ao gerador(montada na tampa traseira).

b) SS (antigo DKBL) - No gerador tipo SS a alimentação do regulador é obtidaatravés de TAP's do próprio enrolamento para baixa tensão ou TP's (trafos depotencial) para alta tensão. Então, no regulador, a tensão é retificada e enviada aum gerador de pólos fixos (excitatriz principal) e ponte retificadora girante.

c) GTA (antigo BTA) - Gerador brushless (sem escovas) sem excitatriz auxiliar.Utiliza um enrolamento auxiliar independente, alojado nas ranhuras da armadura(bobina auxiliar). Serve para fornecer a tensão para o regulador de tensão. (figuras3.27 e 3.28).

A bobina auxiliar é um bobinado auxiliar que fica alojado em algumasranhuras do estator principal da máquina. Sua função é fornecer potência paraalimentar o campo da excitatriz principal, regulada e retificada pelo regulador detensão.



Em condições normais de operação do gerador, é produzida uma tensãomonofásica de frequência nominal do gerador, sofrendo pequenas distorções naforma de onda, dependendo do tipo de carga (resistiva, indutiva ou capacitiva).

Em situações de curto-circuito na saída do gerador, é produzida uma tensãomonofásica de terceira harmônica que alimenta o regulador de tensão e mantém ocurto-circuito.

Figura 3.25 - Gerador com Excitação por Escovas

Figura 3.26 - Gerador tipo DKBH (linha antiga - com excitatriz auxiliar).



Figura 3.27 - Gerador tipo BTA (linha antiga).

Figura 3.28 - Gerador tipo GTA (linha atual)



3.3.4 GERADORES COM EXCITAÇÃO SEM ESCOVAS PARA APLICAÇÕESESPECIAIS

a) TELECOMUNICAÇÕES - Os geradores tipo Telecomunicações são fabricadoselétrica e mecanicamente conforme especificações da norma TELEBRÁS . Asaplicações mais comuns são grupos diesel de emergência para centrais telefônicas,repetidoras, radares, sistema de rádio, aeroportos e outras cargas críticas.

Vantagens:

• Não utiliza escovas e porta-escovas conseguindo-se com isso, manutençãoreduzida, solicitando cuidados apenas na lubrificação dos rolamentos.

• Não introduz rádio-interferências ocasionado pelo mau contato das escovas.• Deformações na forma de onda gerada, provocada pelas cargas, não

interferem na regulação, pois o regulador é alimentado por uma bobinaauxiliar, independente da tensão de saída.

• Admite facilmente o controle de tensão manual.

Características Técnicas:

• Normas aplicáveis: VDE, ABNT, IEC e TELEBRÁS.• Forma construtiva: B5/B3T com flange para acoplamento monobloco a motor

diesel.• Reatância sub-transitória de eixo direto (xd") menor que 12%.• Distorção harmônica total menor que 3% para carga linear.• Precisão da regulação de tensão ±0,5% para qualquer valor de carga com fator

de potência entre 0,8 e 1,0.• Transitório de tensão para degrau de 100% da carga: ±10% da tensão nominal.• Tempo de resposta para recuperar a tensão, menor que 0,5 segundos.• Variações de ±5% na rotação do motor diesel, não prejudicam a regulação da

tensão.• Faixa de ajuste da tensão nominal pelos potenciômetros: ajuste normal ±15%,

ajuste fino ±5%• Sobrecarga admissível: 10% durante 1 hora a cada 6 horas, de 200% por 15

segundos a cada 1 hora.

b) NAVAL - Os geradores para uso naval são projetados e fabricados para atenderparâmetros e características técnicas de acordo com as entidades classificadoras enormas afins.

c) MARINIZADO - Os geradores marinizados são projetados e fabricados paraatender parâmetros e características técnicas para aplicações em ambientesmarítimos, entretanto, não obedecem a entidades classificadoras.



3.3.5 MOTORES SÍNCRONOS

Devido a portaria no 85 do DNAEE de 15/03/1992 que alterou o valor mínimo do fatorde potência de 0,85 para 0,92, tornou-se mais difícil atender a este limite.

Uma das soluções aplicáveis para a obtenção de fatores de potência dentro da faixaespecificada pela portaria é a utilização de motores ou compensadores síncronos.

A grande vantagem da aplicação destas máquinas é a facilidade no ajuste e apossibilidade da manutenção contínua do valor do fator de potência pré-ajustado.

O motor síncrono apresenta ainda vantagem de poder acionar uma carga no eixo(mecânica), enquanto funciona como compensador do fator de potência.

Os motores síncronos caracterizam-se quanto à dinâmica de funcionamento, por terem amesma velocidade de rotação do campo girante da armadura em regime permanente e por nãoterem, por si só, conjugado de partida.

Deste modo, tais motores necessitam de um método de partida. Na prática, o maiscomum consiste em dar a partida no motor síncrono como se este fosse um motor assíncrono edepois excitar o indutor (alimentar o enrolamento de campo com corrente contínua), a fim desincronizá-lo.

Para os motores síncronos de pólos salientes, o método de partida consiste na aplicaçãode barras de cobre, latão ou alumínio nas sapatas polares, que são curto-circuitadas nasextremidades por meio de anéis coletores, como se fosse a gaiola de um motor de induçãoassíncrono. A figura 3.29a mostra as barras curto-circuitadas nas sapatas polares. A gaiola departida também é chamada de enrolamento amortecedor, pois além de fornecer o conjugado departida, amortece as oscilações causadas pelas variações de carga, estabilizando a rotação domotor.

A partida do motor síncrono sem escovas ("brushless") é feita com enrolamento decampo (excitação) curto-circuitado e com o induzido (armadura) conectado à rede. Curto-circuita-se o enrolamento de campo com o objetivo de evitar a indução de tensões muito altasentre seus terminais, o que provocaria a perfuração do isolamento.

Liga-se a armadura a uma rede de tensão alternada e, então, manifesta-se o conjugadode motor assíncrono e o rotor acelera até próximo à velocidade síncrona sem contudo, atingí-la.Quando a velocidade do rotor for cerca de 95% da velocidade síncrona, é alimentado oenrolamento de campo com corrente contínua. O campo magnético criado pelo enrolamento decampo entrelaça-se com o campo magnético da armadura, manifestando o conjugado desincronismo e fazendo com que o rotor acompanhe o campo de armadura, movimentando-se àvelocidade síncrona.

Este fenômeno transitório é chamado "sincronização".



Figura 3.29 – Perfil da chapa do campo (a) eDiagrama esquemático para Motor Síncrono (b)

Sistema de Excitação Sem Escovas para Motor Síncrono

O sistema de excitação sem escovas é constituído de:

• Excitatriz auxiliar;• Excitatriz principal;• Enrolamento de campo.

A excitatriz auxiliar é uma máquina de pólos externos. Seu rotor é constituído de barrasaxiais encravadas nas sapatas polares do rotor da máquina principal, que são seus pólos deexcitação. O estator, constituído de chapas, possui um enrolamento trifásico.

A excitatriz principal é um gerador de corrente trifásica de pólos salientes queacomodam as bobinas do campo de excitação, que são ligadas em série.

O rotor da excitatriz principal é laminado, e suas ranhuras abrigam um enrolamentotrifásico ligado em estrela. O ponto comum desta ligação estrela é inacessível. De cada ponto daligação estrela saem dois fios para os retificadores girantes, assentados sobre dois suportesdissipadores.

O enrolamento de campo é montado sobre o rotor da máquina principal, com as bobinasenroladas sobre os pólos de excitação. O esquema do sistema de excitação do campo do motorsíncrono sem escovas é mostrado na figura 3.29b.

O estator da máquina principal, que é alimentado pela rede através dos terminais U1,V1, W1 induz através das barras axiais encravadas no rotor, uma tensão trifásica na excitatriz



auxiliar. Esta tensão é retificada e alimenta o estator da excitatriz principal. A tensão induzida norotor da excitatriz principal é retificada e alimenta o enrolamento de campo.

Na partida é induzida uma tensão muito alta no rotor da máquina e isto faz com queocorra chaveamento dos tiristores, curto-circuitando o enrolamento de campo. Quando a tensãocai para 130V (aproximadamente em 95% da rotação), os tiristores deixam de conduzir e oenrolamento de campo passa, então, a receber a tensão retificada.

Vantagens deste sistema:

• Não utiliza escovas e porta-escovas;• Não introduz rádio-interferência pelo mau contato das escovas;• Manutenção reduzida, solicitando cuidados apenas na lubrificação dos rolamentos.

3.3.6 REGULADOR DE TENSÃO

O regulador de tensão é eletrônico e automático. Tem por finalidade manter a tensãoconstante, independente das variações da carga. Retifica a tensão trifásica proveniente da bobinaauxiliar ou do estator da excitatriz ou de TAP's da armadura da máquina principal, levando-aatravés de um transistor de potência ao enrolamento de campo da excitatriz principal. Possuitambém circuitos de proteção para assegurar um controle confiável do gerador.

3.3.7 TEMPO DE REGULAGEM DA TENSÃO (TEMPO DE RESPOSTA)

Como tempo de regulagem, subentende-se aqui, o tempo transcorrido desde o início daqueda de tensão, até o momento em que a tensão entra no intervalo de tolerância estacionária,(por exemplo) ± 0,5 e permanece a mesma (figura 3.30).

Figura 3.30 - Tempo de Regulagem de Tensão

O tempo exato de regulagem, depende na prática de inúmeros fatores, portanto só podeser indicado aproximadamente.

A figura 3.40 dá uma indicação aproximada sobre os tempos de regulagem a seremconsiderados, e valem para os degraus de cargas nominais.



Em condições diferentes da acima, os tempos podem ser calculados proporcionalmenteà queda de tensão.

Figura 3.40 - Tempo de Regulagem de Tensão

3.3.8 NOMENCLATURA DAS MÁQUINAS SÍNCRONAS WEG

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Tipo de Máquina

G Máquina Síncrona não Engenheirada

S Máquina Síncrona Engenheirada

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Carcaça .160 até 2000

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Comprimento da Carcaça

S, M, L, A, B, C, D, E ,F



G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Aplicação

I Industrial

M Marinizado

T Telecomunicações

N Naval

E Especial

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Característica

T Gerador Brushless c/Bobina auxiliar

P Gerador Brushless c/Excitatriz auxiliar

S Gerador Brushless s/auxiliar

L Gerador com escovas

D Motor com escovas

E Motor Brushless sem Excitatriz auxiliar

F Motor Brushless com Excitatriz auxiliar

M Monofásico Brushless sem Excitatriz auxiliar

N Monofásico Brushless com Excitatriz auxiliar

Q Monofásico Brushless com Bobina auxiliar

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Código do Pacote

00 até 99

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Tipo de Rotor

S Pólos Salientes

L Pólos Lisos

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Número de Pólos



GTA.315MI31104C

Tipo de Cálculo

C Consulta

E Especificação para OP,AM e AT

K Catálogo

G T A . 3 1 5 M I 3 1 S 0 4 C

Tipo de Refrigeração

A Aberto Autoventilado

F Trocador de calor ar-ar

W Trocador de calor ar-água

I Ventilacao forçada Independente

D Auto-Ventilador por Dutos

T Ventilação Forçada por Dutos

L Ventilacao Forçada com Trocador Ar-água

V Ventilação Forçada Aberto



3.4 CARACTERÍSTICAS DO AMBIENTE

Entre outros, dois fatores influem na determinação da potência admissível: atemperatura do meio refrigerante e a altitude em que o gerador for instalado.

a) Meio refrigerante: Na maioria dos casos o ar ambiente de temperatura não superiora 40oC e isento de elementos prejudiciais.

b) Altitude (não superior a 1000m sobre o nível do mar).

Até nestes valores de altitude e temperatura ambiente considera-se condições normaisque o gerador deve fornecer, sem sobre aquecimento, sua potência nominal.

3.4.1 ALTITUDE

Gerador funcionando em altitude acima de 1000m apresentam problemas deaquecimento causado pela rarefação do ar e consequentemente diminuição do seu poder dearrefecimento.

A insuficiente troca de calor entre o gerador e o ar circundante, leva à exigência deredução de perdas, o que significa também redução de potência.

Os geradores tem aquecimento diretamente proporcional as perdas e estas variamaproximadamente, numa razão quadrática com a potência.

3.4.2 TEMPERATURA AMBIENTE.

Geradores que trabalham em temperaturas inferiores a –20oC apresentam os seguintesproblemas:

a) Excessiva condensação, exigindo drenagem adicional ou instalação de resistência deaquecimento, caso o gerador fique longos períodos parado.

b) Formação de gelo nos mancais provocando endurecimento das graxas oulubrificantes dos mancais, exigindo o emprego de lubrificantes especiais ou graxaanti-congelante.

Em geradores que trabalham a temperatura ambiente constantemente superiores a 40oC,o enrolamento pode atingir temperaturas prejudiciais a isolação.Este fato tem que sercompensado por um projeto especial do gerador, usando materiais isolantes especiais ou pelaredução da potência nominal do mesmo.

3.4.3 DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA ÚTIL DO GERADOR NASDIVERSAS CONDIÇÕES DE TEMPERATURA E ALTITUDE

Associando os efeitos da variação da temperatura e da altitude à capacidade dedissipação, a potência do gerador pode ser obtida multiplicando-se a potência útil pelo fator demultiplicação encontrado na figura 3.41.



As máquinas podem ser operadas à potência nominal, nas diversas altitudes, desde queas seguintes temperaturas não sejam excedidas:

0 a 1000m 40oC1000 a 2000m 30oC2000 a 3000m 20oC3000 a 4000m 10oC

Fig. 4.3.1 - Diagrama de Potência em Função daAltitude e da Temperatura Ambiente.

3.4.4 ATMOSFERA AMBIENTE

3.4.4.1 AMBIENTES AGRESSIVOS

Ambientes agressivos, tais como, estaleiros, instalações portuárias, indústria de pescadoe múltiplas aplicações navais, indústria química e petroquímica, exigem que os equipamentosque neles trabalham sejam perfeitamente adequados para suportar tais circunstâncias comelevada confiabilidade, sem apresentar problemas de qualquer espécie.

Para aplicação de geradores nestes ambientes agressivos deverá ser feito uma consulta afábrica.

Nos casos de geradores para uso naval apresentam características especiais de acordocom as exigências de construção, inspeção e ensaios estabelecidos nas normas das sociedadesclassificadoras, entre as quais:



• American Bureau of Shipping;• Bureau Veritas;• Lloyds Register of Shipping;• Germanischer Lloyd.

e outras conforme tabela 3.3, que determinam o limite máximo de potência do catálogo.

REDUÇÃO DA POTÊNCIA CONFORME ENTIDADES CLASSIFICADORAS E NORMAS

SOBRECARGA ADMISSÍVEL S/AQUECIMENTO PREJUDICIALNORMA

MÁXIMATEMPERATURAAMBIENTE oC

POTÊNCIAEM %

% TEMPOOBSERVAÇÃO

VDE 0530 1972 40 100 50 15segGermanischer Lloyd

1973 45 96 50%p/ cos 0,5 2min

IEC 19695040

76100 50 15seg 1) 2)

Lloyds Register 1975 45 92 50 15segABS 1975 50 88NV 1976 45 92 50%p/ cos 0,6 2minBV 1977 50 92

RIN a 1976 50 92 50 15segSeeregister de UdSSR

197545 96 50 2min

Tabela 3.3 - Potência Máxima de Catálogo em Função da Temperatura Ambiente

1) Linha superior é para navios, linha inferior para instalações terrestres;2) Classe de isolamento "B". Classe "F", só com autorização especial. Máquinas

classe "F", funcionando com classe "B", a potência precisa ser diminuída para0,84 da potência nominal;

3) Quando houver anexação de filtro, será preciso considerar uma redução depotência de 5%.

3.4.5 GRAUS DE PROTEÇÃO

Os invólucros dos equipamentos elétricos, conforme as características do local em queserão instaladas e de sua acessibilidade, devem oferecer um determinado grau de proteção.

Assim, por exemplo, um equipamento a ser instalado num local sujeito a jatos de águadeve possuir um invólucro capaz de suportar tais jatos, sob determinados valores de pressão eângulo de incidência, sem que haja penetração de água.

3.4.5.1 CÓDIGO DE IDENTIFICAÇÃO

As normas IEC e ABNT-NBR 6146 definem os graus de proteção dos equipamentoselétricos por meio das letras características IP seguidas por dois algarismos.



1o Algarismo: Indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos econtato acidental.

0 - sem proteção1 - corpos estranhos de dimensões acima de 50mm2 - idem, acima de 12mm4 - idem, acima de 1mm.5 - proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao gerador.

2o Algarismo: Indica o grau de proteção contra penetração de água no interior dogerador

0 - sem proteção1 - pingos de água na vertical2 - pingos de água até a inclinação de 15 com a vertical3 - água de chuva até a inclinação de 60 com a vertical4 - respingos de todas as direções5 - jatos de água de todas as direções6 - água de vagalhões7 - imersão temporária8 - imersão permanente

As combinações entre os dois algarismos, isto é, entre os dois critérios de proteção,estão resumidos na tabela 3.4.

Note que, de acordo com a norma, a qualificação do gerador em cada grau no que referea cada um dos algarismos, é bem definida através de ensaios padronizados e não sujeita a duplasinterpretações, como acontecia anteriormente.



1o ALGARISMO 2o ALGARISMOGERADORES

CLASSE DEPROTEÇÃO PROTEÇÃO CONTRA

CONTATOPROTEÇÃO CONTRA CORPOS

ESTRANHOSPROTEÇÃO CONTRA ÁGUA

IP00 NÃO TEM NÃO TEM NÃO TEM

IP02 NÃO TEM NÃO TEMPINGOS DE ÁGUA ATÉ UMAINCLINAÇÃO DE 15o COM A

VERTICAL

IP11TOQUE ACIDENTAL

COM A MÃO

CORPOS ESTRANHOSSÓLIDOS DE DIMENSÕES

ACIMA DE 50mm.PINGOS DE ÁGUA NA VERTICAL

IP12PINGOS DE ÁGUA ATÉ UMAINCLINAÇÃO DE 15o COM A

VERTICAL

IP13ÁGUA DE CHUVA ATÉ UMAINCLINAÇÃO DE 60o COM A

VERTICAL.

IP21 TOQUE COM OS DEDOSCORPOS ESTRANHOS

SÓLIDOS DE DIMENSÕESACIMA DE 12mm.

PINGOS DE ÁGUA NA VERTICAL

IP22PINGOS DE ÁGUA ATÉ UMAINCLINAÇÃO DE 15o COM A

VERTICAL

IP23ÁGUA DE CHUVA ATÉ UMAINCLINAÇÃO DE 60o COM A

VERTICAL

ABERTO

IP44TOQUE COM

FERRAMENTASCORPOS ESTRANHOS

SÓLIDOS ACIMA DE 1mmRESPINGOS DE TODAS AS

DIREÇÕES

IP54PROTEÇÃO COMPLETA

CONTRA TOQUE

PROTEÇÃO CONTRAACÚMULO DE POEIRAS

NOCIVAS

RESPINGOS DE TODAS ASDIREÇÕES

FECHADO

IP55JATOS DE ÁGUA DE TODAS AS

DIREÇÕES

Tabela 3.4 - Grau de Proteção

3.4.5.2 TIPOS USUAIS

Embora os algarismos indicativos do grau de proteção possam ser combinados demuitas maneiras, somente alguns tipos de proteção são empregados nos casos normais. São elesIP21, IP23 (geradores abertos). Para aplicações especiais mais rigorosas, são comuns também osgraus de proteção IP54 (ambientes muito empoeirados) e IP55 (casos em que os equipamentossão lavados periodicamente com mangueiras, como em fábricas de papel).

3.4.6 LIMITES DE RUÍDO

As normas IEC 39.9 e a NBR - projetos limites 3:02.8-001 especificam limites máximosde nível de potência sonora, em decibéis, na escala de ponderação A, dB (A), para ruídos demáquinas elétricas girantes transmitindo através do ar, conforme Tabela 3.5.



GRAUS DE PROTEÇÃO IP22 IP44 IP22 IP44 IP22 IP44 IP22 IP44 IP22 IP44 IP22 IP44

VELOCIDADE NOMINAL -RPM n > 960960 < n≤ 1320

1320 < n≤ 1900

1900 < n≤ 2360

2360 < n≤ 3150

3150 < n≤ 3750

FAIXAS DE POTÊNCIAS NOMINAIS, P

GERADORES

kW cv

NÍVEL DE POTÊNCIA SONORA dB(A)

P < 1,1 P < 1,1 71 76 75 78 78 80 80 82 82 84 85 88

1,1 < P < 2,2 1,5 < P < 3,0 74 79 78 80 81 83 83 86 85 88 89 91

2,2 < P < 5,5 3,0 < P < 7,5 77 82 81 84 85 87 86 90 89 92 93 95

5,5 < P < 11 7,5 < P < 15 81 85 85 88 88 91 90 94 93 96 97 99

11 < P < 22 15 < P < 30 84 88 88 91 91 95 93 98 96 100 99 102

22 < P < 37 30 < P < 50 87 91 91 94 94 97 96 100 99 103 101 104

37 < P < 55 50 < P < 75 90 93 94 97 97 99 98 102 101 105 103 106

55 < P < 110 75 < P< 150 94 96 97 100 100 103 101 105 103 107 104 108

110 < P < 220 150 < P < 300 97 99 100 103 103 106 103 108 105 109 106 110

220 < P < 630 300 < P < 860 99 101 102 105 106 108 106 110 107 111 107 112

630 < P < 1100 860 < P < 1500 101 103 105 108 108 111 108 112 109 112 109 114

1100 < P < 2500 1500 < P < 3400 103 105 108 110 110 113 109 113 110 113 110 115

2500 < P < 6300 3400 < P < 8600 105 108 110 112 111 115 111 115 112 115 111 116

Tabela 3.5 - Nível de potência sonora em dB(A).

3.4.7 VIBRAÇÃO

A tabela 3.6 indica valores admissíveis para a máxima velocidade de vibração para asdiversas carcaças, dentro de 3 tipos de balanceamento que são:

Normal, Reduzido e Especial conforme Norma DIN 45665.Os geradores normalmente são balanceados no grau N.



VALOR LIMITE DA VELOCIDADE DE VIBRAÇÃOVEF E VALOR DE PICO, EQUIVALENTE DA VELOCIDADE DE VIBRAÇÃO:

veq - 2 .vef 2 em mm/s para carcaça:

80 a 132 160 a 225 250 a 315

BALANCEAMENTO FAIXA DEROTAÇÃO

vef veq vef veq vef veq

N(normal)

600 até 1800Além de

1800 até 36001.80 2.50 2.80 4.00 4.50 6.30

R(reduzida)


1800 até 3600

0.71

1.12

1.00

1.60

1.12

1.80

1.60

2.60

1.80

2.80

2.50

4.00

S(especial)


1800 até 3600

0.46

0.71

0.63

1.00

0.71

1.12

1.00

1.60

1.12

1.80

1.60

2.50

Tabela 3.6 - Limites de vibração

Para vibrações ainda menores deverão ser tomados os valores de nível S, divididos por1,6. Somente para vibrações senoidais puras é possível um cálculo simples da amplitude davibração. O aparelho para medição deve corresponder as exigências, conforme DIN 45666.Nãosendo feitas especificações especiais, os valores do nível N de vibrações valem para todas asmáquinas elétricas.

3.4.8 VENTILAÇÃO

As perdas são inevitáveis no gerador e o calor gerado por elas deve ser dissipado, ouseja, transferido para o elemento de resfriamento do gerador, usualmente o ar ambiente. Amaneira pela qual é feita a troca de calor entre as partes aquecidas do gerador e o ar ambiente é oque define o SISTEMA DE VENTILAÇÃO do gerador. Os sistemas usuais são de dois tiposprincipais:

3.4.8.1 GERADOR ABERTO

É o gerador em que o ar ambiente circula no interior do gerador em contato direto comas partes aquecidas que devem ser resfriadas.

Neste sistema o gerador apresenta uma proteção IP21 ou IP23. Possui um ventiladorinterno acoplado ao eixo.



Figura 3.42 - Gerador Aberto

O ventilador aspira o ar ambiente que após passar através da máquina é devolvidoquente novamente ao meio ambiente.

O gerador aberto propriamente dito, ou seja, aquele em que não há nenhuma restrição àlivre circulação do ar ambiente por dentro do gerador, é raramente usado, na realidade, asentradas e saídas de ar costumam ser parcialmente protegidas, segundo diversos graus deproteção que foram descritos no ítem 3.4.5.

A figura 3.42 mostra o esquema do circuito de refrigeração do gerador auto-ventilado.A proteção neste caso é IP23, pois a saída possui venezianas que dão a proteção contra água a60o. No caso da proteção IP21 a veneziana é substituída por uma grade.

3.4.8.2 GERADOR TOTALMENTE FECHADO

"Gerador Fechado de tal modo que não haja troca de meio refrigerante entre o interior eo exterior da carcaça, não sendo necessariamente estanque" (Definição da ABNT).

O ar ambiente é separado do ar contido no interior do gerador não entrando em contatodireto com as partes internas do gerador. A transferência de calor é toda feita na superfícieexterna do gerador.

O gerador não é "estanque", isto é, as folgas de montagem não impedem totalmente apenetração do ar ambiente para dentro do gerador e a saída de ar de dentro para fora. Porexemplo:

Quando o gerador começa a funcionar, o ar contido no seu interior se aquece e seexpande, criando uma leve diferença de pressão e fazendo com que um pouco de ar "escape" dogerador para o ambiente. Quando o gerador para, o ar interno esfria e se contrai, fazendo comque um pouco do ar externo penetre no gerador. O gerador, assim, "respira" em função dasoscilações de temperatura.

Dependendo da maneira como é feita a troca de calor na superfície externa do gerador,existem os seguintes tipos de geradores totalmente fechado:



a) Gerador totalmente fechado com trocador de calor ar-ar.

O gerador possui dois ventiladores acoplados no eixo, um interno e outro externo. Otrocador de calor é colocado na parte superior do gerador.

Figura3.43 - Refrigeração do gerador com trocador de calor ar-ar.

O trocador de calor ar-ar é constituído de tubos colocados axialmente e montados naparte superior do gerador. O tubo é fornecido em aluminio trefilado, liga ABNT 1100 e emalgumas aplicações, em aço sem costura, fosfatizado e protegido por uma tinta anti-corrosiva.

b) Gerador totalmente fechado com trocador de calor ar-água

O gerador possui um ventilador acoplado no eixo. A figura 3.44 mostra o esquema docircuito de refrigeração do gerador com trocador de calor ar-água.

Figura 3.44 - Refrigeração do gerador com trocador de calor ar-água



3.4.9 ACESSÓRIOS/ESPECIALIDADES

3.4.9.1 RESISTÊNCIA DE AQUECIMENTO

As resistências de aquecimento são utilizadas em gerador instalado em ambientes muitoúmidos, impedindo a condensação de água ao ficarem parados por longo espaço de tempo,devido ao fato de aquecerem o enrolamento alguns graus acima do ambiente (5 a l0oC).

CARCAÇA POTÊNCIA (W)160 48225 90250 90280 180315 180355 180400 180450 180

Tabela 3.7 - Potência das Resistências de Aquecimento por Carcaça

A aplicação é opcional, solicitada pelo cliente ou recomendada pela WEG quando ficarevidenciada a aplicação em ambientes desfavoráveis.

As resistências de aquecimento poderão funcionar em redes de alimentação de 110V,220V e 440V, dependendo da tensão da resistência e da ligação das mesmas.

A tensão de alimentação das resistências deverá ser especificada pelo cliente.Dependendo da carcaça, serão empregados os resistores de aquecimento da tabela 3.7.

3.4.9.2 PROTEÇÃO TÉRMICA DE GERADORES ELÉTRICOS

A proteção térmica é efetuada por meio de termoresistências(resistência calibrada),termistores, termostatos ou protetores térmicos. Os tipos de detetores a serem utilizados sãodeterminados em função da classe de temperatura do isolamento empregado, de cada tipo demáquina e da exigência do cliente.

3.4.9.2.1 TERMORESISTÊNCIAS(PT-100)

São elementos onde sua operação é baseada na característica de variação da resistênciacom a temperatura, intrínseca a alguns materiais(geralmente platina, níquel ou cobre). Possuemresistência calibrada, que varia linearmente com a temperatura, possibilitando umacompanhamento contínuo do processo de aquecimento do gerador pelo display do controladorcom alto grau de precisão e sensibilidade de resposta. Sua aplicação é ampla nos diversos setoresde técnicas de medição e automatização de temperatura nas indústrias em geral. Geralmente,aplica-se em instalações de grande responsabilidade, como por exemplo, em mancais derolamentos ou buchas. Um mesmo detetor pode servir para alarme e para desligamento.

Desvantagem:• Os elementos sensores e o circuito de controle possuem um alto custo.



3.4.9.2.2 TERMISTORES(PTC E NTC)

São detetores térmicos compostos de sensores semi-condutores que variam suaresistência bruscamente ao atingirem uma determinada temperatura.

PTC - Coeficiente de Temperatura PositivoNTC - Coeficiente de Temperatura Negativo

O tipo "PTC" é um termistor cuja resistência aumenta bruscamente para um valor bemdefinido de temperatura, especificado para cada tipo. Essa variação brusca na resistênciainterrompe a corrente no PTC, acionando um relé de saída, o qual desliga o circuito principal.Também pode ser utilizado para sistemas de alarme ou alarme e desligamento (2 por fase).

Para o termistor "NTC" acontece o contrário do PTC, porém, sua aplicação não énormal em geradores elétricos, pois os circuitos eletrônicos de controle disponíveis, geralmentesão para o PTC.

Os termistores possuem tamanho reduzido, não sofrem desgastes mecânicos e têm umaresposta mais rápida em relação aos outros detetores, embora permitam um acompanhamentocontínuo do processo de aquecimento do gerador. Os termistores com seus respectivos circuitoseletrônicos de controle oferecem proteção completa contra sobreaquecimento produzido porsobrecarga, sub ou sobretensões ou liga-desliga. Possuem um baixo custo, relativamente ao dotipo Pt-100, porém, necessitam de relé para comando da atuação do alarme ou operação.

3.4.9.2.3 TERMOSTATOS

São detetores térmicos do tipo bimetálico com contatos de prata normalmente fechados,que se abrem quando ocorre determinada elevação de temperatura. Quando a temperatura deatuação do bimetálico baixar, este volta a sua forma original instantaneamente permitindo ofechamento dos contatos novamente.

Os termostatos podem ser destinados para sistemas de alarme, desligamento ou ambos(alarme e desligamento) de geradores elétricos trifásicos, quando solicitado pelo cliente. Sãoligados em série com bobina do contator. Dependendo do grau de segurança e da especificaçãodo cliente, podem ser utilizados três termostatos (um por fase) ou seis termostatos (grupos dedois por fase).



Máxima sobreelevação de temperatura permitida por classe de isolamento.t em ºC (Métodos da variação de resistência)NORMA

Máximatemperatura

ambienteºC ta A E B F

BrasilABNT NBR - 5117 40 60 75 80 100

Norma InternacionalIEC 34 - 1 40 60 75 80 100

AlemanhaVDE 0530 parte 40 60 75 80 100

USANEMA MG 1 e ASA 40 60 - 80 105

CanadáCSA C 22.2 N0 54 40 60 - 80 105

Grã-BretanhaBS 2613 40 60 75 80 100

AustráliaBS 2613 40 60 75 80 100

BélgicaNBN 7

40 60 75 80 100

DinamarcaDS 5002

40 60 75 80 100

FrançaNF CS1 -100

40 60 75 80 100

HolandaVEMET N 1007

40 - 70 80 100

ÍndiaIS: 325-1961 40 60 75 80 -

ItáliaCE 12-3 40 60 70 80 100

NoruegaNEM AV 40 60 75 80 -

ÁustriaOVE - MIO 40 - 75 80 100

SuéciaSEN 22 40 60 70 80 100

SuíçaSEV 3009 40 60 75 80 100

Tabela 3.8 - Máxima sobreelevação de Temperatura Permitida por Classe de isolamento

Para operar em alarme e desligamento (dois termostatos por fase), os termostatos dealarme devem ser apropriados para atuação na elevação de temperatura prevista do gerador,enquanto que os termostatos de desligamento deverão atuar na temperatura máxima do materialisolante.



3.5 CARACTERÍSTICAS DE DESEMPENHO

3.5.1 POTÊNCIA NOMINAL

É a potência que o gerador pode fornecer, dentro de suas características nominais, emregime contínuo. O conceito de potência nominal, ou seja, a potência que o gerador podefornecer, está intimamente ligado à elevação de temperatura do enrolamento (Tabela 3.10).Sabemos que o gerador pode acionar cargas de potência bem acima de sua potência nominal, atéquase atingir o limite de estabilidade.

O que acontece, porém, é que se esta sobrecarga for excessiva, isto é, for exigida dogerador uma potência muito acima daquela para a qual foi projetado, o aquecimento normal seráultrapassado e a vida do gerador será diminuída, podendo ele, até mesmo, queimar-serapidamente.

A potência do gerador é fixada em relação a potência das fontes consumidoras, ou deacordo com a potência do motor do acionamento:

a) Fixação de potência de acordo com a potência das fontes consumidoras.

Para a determinação do tamanho da máquina devemos conhecer a potência aparente S:

S = UL x IL x 3 .

Onde: S = potência aparente [VA];UL = tensão de linha [V];IL = corrente de linha [A].

Nos catálogos a potência aparente é dada em kVA, sendo válida para os fatores depotência entre 0,8 e 1,0 (Indutivos).

Para fatores de potência menores que 0,8, a potência deve ser reduzida conforme afigura 3.45, isto implica portanto que o cos(ϕ) também deve ser conhecido.

Portanto, se um gerador for conectado a carga com fatores de potência distintos, épreciso averiguar antes, quais os componentes de potência ativa e reativa, e daí determinar apotência aparente total, bem como o fator de potência geral.

)Qn+...+Q2+(Q1+)Pn+...+P2+(P1=S 22

Onde: Pn = componente da potência ativa da fonte consumidora (VA);Qn = componente da potência reativa da fonte consumidora (VAr).

S

P=osc

∑ϕ



Figura 3.45 – Potência em função do cos(ϕ)

b) Fixação da potência de acordo com a potência do motor de acionamento.

Muitas vezes, não é possível conhecer a potência exata das fontes consumidoras. Nestecaso a potência do gerador é determinada a partir da potência de acionamentos e, como fator depotência podemos adotar 0,8.

Da potência útil do motor de acionamento, diminuímos as perdas do gerador, para obtera potência ativa que fica a disposição nos terminais do gerador.

]kW[100

)G(.P=P M

G

η

Onde: PG - potência do gerador [kW]PM - potência do motor acionante [kW]η(G) - rendimento do gerador (%)

Para potência do motor acionante dado em [cv], multiplicar por 0,736 para obter [kW]

PM[kW] = PM[cv] x 0,736

Devemos levar em consideração o rendimento dos geradores indicado nos catálogospara fatores de potência entre 0,8 e 1,0.

)Cos(x100

xP=

)Cos(

P=S MG

ϕη

ϕ

Exemplos:Numa indústria deve ser instalado um Grupo Diesel para fornecer eletricidade às suas

instalações, onde existem as seguintes fontes consumidoras.



a) Iluminação 80 [kVA] Cos(ϕ) = 0,7b) Aquecimento 152 [kVA] Cos(ϕ) = 1,0c) 1 motor trifásico WEG - IP54 - 40 [cv] - IVd) 1 motor trifásico WEG - IP54 - 60 [cv] – IV Carcaça 200Le) 1 motor trifásico WEG - IP54 - 75 [cv] - IV

Do catálogo de motores trifásicos WEG obteremos:

motor 40 [cv], 30 kW, Cos(ϕ) = 0,85, η = 90,9%, IP/IN = 7,6motor 60 [cv], 45 kW, Cos(ϕ) = 0,88, η = 90,8%, IP/IN = 7,8motor 75 [cv], 55 kW, Cos(ϕ) = 0,90, η = 91,9%, IP/IN = 7,4

Para determinação da potência foi considerado serviço contínuo. Será analisadoposteriormente a influência da partida dos motores.

Para o cálculo da potência ativa e aparente nos motores geralmente indica-se a potênciaútil no eixo; a potência ativa consumida abtém-se dividindo pelo rendimento.

Do valor da potência ativa e da reativa, obtém-se a potência aparente total do gerador,bem como o fator de potência para o motor de 40 cv teremos:

]kW[33,0=90,9

30=

100x]kW[P=]kW[P m 100×

η

]kVA[38,8=0,85

33,0=

cos

]kW[P=]kVA[S

ϕ

]kW[P-]kVAr[S=]kVAr[Q 22

]kVAr[20,4=)(33,0-)(38,8=Q 22

Desta maneira, e para os demais, obteremos os seguintes resultados da Tabela 3.9

CARGA cos ϕϕ ηη% S(kVA) P(kW) Q(kVAr)Iluminação 0.70 80 56 57,1

Aquecimento 1.00 152 -Motor 40 cv 0.85 90,9 38.8 33.0 20.4Motor 60 cv 0.88 90,8 56.3 49.5 26.8Motor 75 cv 0.90 91,9 66.4 59.8 28.9

Tabela 3.9 - Quadro Geral de Potência

A potência aparente do gerador será:

)28,9+26,8+20,4+0+(57,1+)59,8+49,5+33,0+152+(56=S 22

]kVA[375=S

O fator de potência geral será:

91 Departamento Regional - SENAI - RO


0,934=375

350,3=

S

P=)os(c

∑ϕ

Do catálogo de geradores WEG, tipo industrial obtemos o gerador GTA315SI25, paratensão de 220V com potência de 405 kVA. O rendimento do gerador com carga total, estáindicado no catálogo como 94%.

A potência do acionamento do gerador será:

0,940

0,934x405=

)cos(x]kVA[P=P G

M ηϕ

]kW[402=PM

Neste exemplo foram analisadas as condições estacionárias do gerador, entretanto antesque o tamanho da máquina possa ser determinado em definitivo, ainda resta examinar ascondições para a partida de motores.

O procedimento está descrito no item 3.5.3.

3.5.2 ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA-CLASSE DE ISOLAMENTO

3.5.2.1 AQUECIMENTO DO ENROLAMENTO

A potência útil fornecida pelo gerador é menor que a potência acionante, isto é, orendimento do gerador é sempre inferior a 100%. A diferença entre duas potências representa asperdas, que são transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento e deve ser dissipado parafora do gerador, para evitar que a elevação de temperatura seja excessiva.

O mesmo acontece em todos os tipos de máquinas elétricas.No motor do automóvel, por exemplo, o calor gerado pelas perdas internas tem que ser

retirado do bloco pelo sistema de circulação de água com radiador ou pela ventoinha, emmotores resfriados a ar.

No item 3.4 podem ser vistos os diferentes tipos de ventilação.Vida útil de máquina elétrica giranteSe não considerarmos as peças que se desgastam devido ao uso, como escovas e

rolamentos, a vida útil de máquina elétrica é determinada pelo material isolante.Este material é afetado por muitos fatores, como umidade, vibrações, ambientes

corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o mais importante é, sem dúvida, a temperatura detrabalho dos materiais isolantes empregados.

Um aumento de 8 a 10 graus na temperatura da isolação reduz sua vida útil pela metade.Quando falamos em diminuição da vida útil da máquina, não nos referimos às

temperaturas elevadas, quando o isolante se queima e o enrolamento é destruído de repente. Vidaútil da isolação, em termos de temperatura de trabalho, bem abaixo daquela em que o material sequeima, refere-se ao envelhecimento gradual do isolante, que vai se tornando ressecado,perdendo o poder isolante, até que não suporte mais a tensão aplicada e produza o curto-circuito.

A experiência mostra que a isolação tem uma duração praticamente ilimitada, se a suatemperatura for mantida abaixo de um certo limite. Acima deste valor, a vida útil da isolação vaise tornando cada vez mais curta, à medida que a temperatura de trabalho é mais alta. Este limite



de temperatura é muito mais baixo que a temperatura de "queima" do isolante e depende do tipode material empregado.

Esta limitação de temperatura se refere ao ponto mais quente da isolação e nãonecessariamente ao enrolamento todo. Evidentemente, basta um ponto fraco no interior dabobina para que o enrolamento fique inutilizado.

3.5.2.2 CLASSES DE ISOLAMENTO

Definição das classes:

Como foi visto acima, o limite de temperatura depende do tipo de material empregado.Para fins de normalização, os materiais isolantes e os sistemas de isolamento (cada um formadopela combinação de vários materiais) são agrupados em Classes de isolamento, cada qualdefinida pelo respectivo limite de temperatura, ou seja, pela maior temperatura que o materialpode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida útil.

As classes de isolamento utilizados em máquinas elétricas e os respectivos limites detemperatura conforme a Norma NBR 7094 são as seguintes:

• Classe A(105oC);• Classe E(120oC);• Classe B(130oC);• Classe F(155oC);• Classe H (180oC).

As classes B e F são as comumente utilizadas em motores normal, já para geradores osmais comuns são a F e H.

3.5.2.3 MEDIDA DA TEMPERATURA DO ENROLAMENTO

É muito difícil medir a temperatura do enrolamento com termômetros ou termopares,pois a temperatura varia de um ponto a outro e nunca se sabe se o ponto da medição estápróximo do ponto mais quente.

O método mais preciso e mais confiável de se medir a temperatura de um enrolamento éatravés da variação de sua resistência ôhmica com a temperatura, que aproveita a propriedadedos condutores de variar sua resistência, segundo uma lei conhecida.

A elevação da temperatura pelo método da resistência, é calculada por meio da seguintefórmula, para condutores de cobre:

t-t+)t+(234,5R

R-R=t-t=t a111

12a2∆

Onde: ∆t = Elevação da temperatura;t1 = Temperatura do enrolamento antes do ensaio, praticamente

igual a do meio refrigerante, medida por termômetro;t2 = Temperatura dos enrolamentos no fim do ensaio;



ta = Temperatura do meio refrigerante no fim do ensaio;R1 = Resistência do enrolamento no início do ensaio;R2 = Resistência do enrolamento no fim do ensaio.234,5 = Cte material (cobre).

3.5.2.4 APLICAÇÃO À MÁQUINAS ELÉTRICAS

A temperatura do ponto mais quente do enrolamento deve ser mantida abaixo do limiteda classe. A temperatura total vale a soma da temperatura ambiente já com a elevação detemperatura (∆t) mais a diferença que existe entre a temperatura média do enrolamento e a doponto mais quente.

As normas de máquinas elétricas fixam a máxima elevação de temperatura (∆t), demodo que a temperatura do ponto mais quente fica limitada, baseada nas seguintesconsiderações:

a) A temperatura ambiente é, no máximo 40oC, por norma, e acima disso as condiçõesde trabalho são consideradas especiais.

b) A diferença entre a temperatura média e a do ponto mais quente não varia muito demáquina para máquina e seu valor estabelecido em norma, baseado na prática é 5oC,para as classes A e E, 10oC para classe B e 15oC para as classes F e H.

As normas de máquinas elétricas, portanto, estabelecem um máximo para a temperaturaambiente e especificam uma elevação de temperatura máxima para cada classe de isolamento.Deste modo, fica indiretamente limitada a temperatura do ponto mais quente.

Os valores numéricos e a composição da temperatura admissível do ponto mais quentesão indicados na tabela 3.10.

OBS: Para geradores de construção naval deverão ser obedecidos todos os detalhesparticulares de cada entidade classificadora.

Classe de Isolamento A E B F HTemperatura ambiente oC 40 40 40 40 40

∆∆t= elevação detemperatura

(método de resistência)

oC 60 75 80 100 125

Diferença entre o pontomais quente e a

temperatura média

oC 5 5 10 15 15

Total: temperatura doponto mais quente

oC 105 120 130 155 180

Tabela 3.10 - Composição da temperatura em função da classe de isolamento



3.5.3 QUEDA DE TENSÃO

3.5.3.1 CÁLCULO DA QUEDA DE TENSÃO

Ao se aplicar uma carga no gerador teremos subitamente uma queda de tensão quedepende da reatância do gerador, da corrente, do cos ø da carga e do tipo de regulação. Osmaiores problemas de queda de tensão e recuperação de tensão ocorrem na partida de motores deindução.

Durante a partida de motores de indução, o fator de potência é da ordem de 0,3.Para facilitar o cálculo vamos considerar o cos(ϕ) igual a zero, bem como desprezarmos

a impedância dos cabos de alimentação e a resistência interna do gerador.Admitindo as simplificações mencionadas (figura 3.46).

mA

A

X+X

X=U∆

Figura 3.46 - Impedância para um Gerador Síncrono (modo simplificado)

Em função da variação da carga a reatância do gerador varia com o tempo (xd”, xd' e xdconforme as constantes de tempo próprias) como mostrado no item 3.2.5.

Na figura 3.47 é mostrado a variação da tensão em função do tempo. As curvasmostradas dependem de parâmetros do gerador e do tempo de resposta da excitação e do sistemade regulação.



Figura 5.3.2 - Variação da Tensão em Função do Tempo

O cálculo da queda de tensão torna-se complexa se levarmos em consideração avariação da reatância no tempo. Podemos chegar a valores muito próximos da realidade seconsiderarmos para a queda de tensão a reatância transitória (xd'), para máquinas com excitatrize regulador eletrônico e a reatância subtransitória (xd") para máquinas com excitação estática(com escovas).

A equação da queda de tensão fica então:

100.dX+1

dX=U%*

*

∆

Ou de forma genérica para qualquer valor de Ip/In do gerador; vale a relação:

100.(Ip/In)].dX[+1

(Ip/In)].dX[=U%

*

*

∆

Onde: X* d = xd'em máquinas com excitatriz e regulador eletrônico, em pu(Geradores brushless);X* d = xd" em máquinas com excitatriz estática, em pu (Geradores comescovas);Ip = corrente de partida do motor;In = corrente nominal do gerador.

A tabela 3.11 mostra o valor de ∆U em função de X* d e Ip/In para cos(ϕ) igual a zero.



3.5.3.2 INFLUÊNCIA DO FATOR DE POTÊNCIA

Se houver necessidade de se calcular a queda de tensão para cos ø diferente de zerodevemos utilizar o gráfico da figura 3.48.

Neste gráfico, podemos encontrar o valor de correção "x" e que deverá ser multiplicadapelo ∆U para cos(ϕ) = 0.

∆U(cos(ϕ) qualquer) = X. ∆U(cos(ϕ) = 0).

A queda de tensão, como pode ser visto na curva, irá reduzir quando o fator de potênciacrescer.

3.5.3.3 INFLUÊNCIA DA CARGA INICIAL

As cargas iniciais em geradores podem ser agrupadas em três tipos:

• Impedância constante;• kVA constante;• Corrente constante.

A corrente do gerador reduzirá proporcionalmente à tensão do gerador, quando esteestiver sob uma carga do tipo impedância constante. Conseqüentemente este efeito reduzirá aqueda de tensão. Para efeito de cálculo poderá ser desprezado.

Exemplo de carga tipo impedância constante:

• Lâmpadas;• Aquecedores;• Resistores.

Quando se tem cargas do tipo kVA constante, na redução da tensão teremos umaumento da corrente, ocasionando conseqüentemente um aumento da queda de tensão.

Um exemplo deste tipo de carga são motores de indução. A variação da corrente emmotores de indução, com relação a queda de tensão, pode ser vista na figura 3.50

Esta variação de corrente deverá ser adicionada à corrente de partida do motor deindução. Apesar dos fatores de potência serem diferentes, considera-se de forma pessimista,iguais.

Ao se combinar cargas do tipo kVA constante e impedância constante, obtemos cargasdo tipo corrente constante, pois o efeito é contrário com tendência de se anularem.Neste

caso, a queda de tensão não provocaria variações de corrente e conseqüentemente nãohaveria queda de tensão.

Estes tipos de cargas podemos considerar como o mais comum. Podemos utilizar, para ocálculo da queda de tensão, a tabela 3.11.



Figura 3.48 - Correção de ∆U em Função do Cos(ϕ)

Figura 3.49 -Fatores de Redução da Corrente (K1)e Conjugado (K2) em Função da Tensão



Figura 3.50 - ∆I em Motores de Indução

3.5.4 LIMITAÇÕES NA PARTIDA DE MOTORES

Consideramos como limite da corrente na partida de um motor o valor de 2 x IN dogerador. Acima deste valor a queda de tensão residual torna-se grande e o tempo de permanência(limite térmico) é pequeno, como mostrado no gráfico da figura 3.51, podendo ser inferior aotempo de partida do motor. No caso específico de 2 x IN o tempo de sobrecarga, como pode servisto no gráfico, é aproximadamente de 20 a 30s.

Para reduzir a corrente de partida de motores, normalmente são utilizados dispositivostipo partida estrela triângulo ou chave compensadora.

A variação da corrente de partida em relação a tensão (K1) pode ser vista no gráfico dafigura3.49. Esta redução na corrente deverá ser levado em consideração no cálculo da queda detensão. Outro fator também a ser levado em conta é a potência da máquina acionante,normalmente dimensionada cos(ø) = 0,8 (potência útil [kW] = 0,8 x potência aparente [kVA]).A queda de tensão resultante na partida de motores poderá tornar o motor não apto para acionar acarga. No gráfico da figura 3.49 poderá ser verificado a redução do conjugado (K2)com a quedade tensão. Deverá ser analisado o tipo de carga a ser acionada, obtendo-se o valor mínimo deconjugado e conseqüentemente o limite da queda de tensão.

No caso do uso de geradores em paralelo a reatância total deve ser calculada pelaexpressão:

xd

I+...+xd

I+xd

I=xd

I*

Gn

*

G

*

G

*

T 21



Onde: xd* = reatância total (xd' ou xd", conforme o caso);xd*1...n = reatância de cada gerador ligado em paralelo;IT = Corrente nominal total dos geradores em paralelo;IG1...n = Corrente nominal de cada gerador ligado em paralelo.

OBS: Se for utilizado dois geradores iguais em paralelo, a reatância total é igualreatância individual dos geradores.

QUEDA DE TENSÃO EM GERADORES SÍNCRONOS

QUEDA DE TENSÃO (para Cos(ϕϕ) = 0.0)IP/IN

x*(pu)0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 2.400 2.600 2.800 3.000

0.050 0.010 0.020 0.029 0.038 0.048 0.057 0.065 0.074 0.083 0.091 0.099 0.107 0.115 0.123 0.1300.060 0.012 0.023 0.035 0.046 0.057 0.067 0.077 0.088 0.097 0.107 0.117 0.126 0.135 0.144 0.1530.070 0.014 0.027 0.040 0.053 0.065 0.077 0.089 0.101 0.112 0.123 0.133 0.144 0.154 0.164 0.1740.080 0.016 0.031 0.046 0.060 0.074 0.088 0.101 0.113 0.126 0.138 0.150 0.161 0.172 0.183 0.1940.090 0.018 0.035 0.051 0.067 0.083 0.097 0.112 0.126 0.139 0.153 0.165 0.178 0.190 0.201 0.2130.100 0.020 0.038 0.057 0.074 0.091 0.107 0.123 0.138 0.153 0.167 0.180 0.194 0.206 0.219 0.2310.110 0.022 0.042 0.062 0.081 0.099 0.117 0.133 0.150 0.165 0.180 0.195 0.209 0.222 0.235 0.2480.120 0.023 0.046 0.067 0.088 0.107 0.126 0.144 0.161 .178 0.194 0.209 0.224 0.238 0.251 0.2650.130 0.025 0.049 0.072 0.094 0.115 0.135 0.154 0.172 0.190 0.206 0.222 .238 0.253 0.267 0.2810.140 0.027 0.053 0.077 0.101 0.123 0.144 0.164 0.183 0.201 0.219 .235 0.251 0.267 0.282 0.2960.150 0.029 0.057 0.083 0.107 0.130 0.153 0.174 0.194 0.213 0.231 0.248 0.265 0.281 0.296 0.3100.160 0.031 0.060 0.088 0.113 0.138 0.161 0.183 0.204 0.224 0.242 0.260 0.277 0.294 0.309 0.3240.170 0.033 0.064 0.093 0.120 0.145 0.169 0.192 0.214 0.234 0.254 0.272 0.290 0.307 0.322 0.3380.180 0.035 0.067 0.097 0.126 0.153 0.178 0.201 0.224 0.245 0.265 0.284 0.302 0.319 0.335 0.3510.190 0.037 0.071 0.102 0.132 0.160 0.186 0.210 0.233 0.255 0.275 0.295 0.313 0.331 0.347 0.3630.200 0.038 0.074 0.107 0.138 0.167 0.194 0.219 0.242 0.265 0.286 0.306 0.324 0.342 0.359 0.3750.210 0.040 0.077 0.112 0.144 0.174 0.201 0.227 0.251 0.274 0.296 0.316 0.335 0.353 0.370 0.3870.220 0.042 0.081 0.117 0.150 0.180 0.209 0.235 0.260 0.284 0.306 0.326 0.346 0.364 0.381 0.3980.230 0.044 0.084 0.121 0.155 0.187 0.216 0.244 0.269 0.293 0.315 0.336 0.356 0.374 0.392 .4080.240 0.046 0.088 0.126 0.161 0.194 0.224 0.251 0.277 0.302 0.324 0.346 0.365 0.384 0.402 0.4190.250 0.048 0.091 0.130 0.167 0.200 0.231 0.259 0.286 0.310 0.333 0.355 0.375 0.394 0.412 0.4290.260 0.049 0.094 0.135 0.172 0.206 0.238 0.267 0.294 0.319 0.342 0.364 0.384 0.403 0.421 0.4380.270 0.051 0.097 0.139 0.178 0.213 0.245 0.274 0.302 0.327 0.351 0.373 0.393 0.412 0.431 0.4480.280 0.053 0.101 0.144 0.183 0.219 0.251 0.282 0.309 0.335 0.359 0.381 0.402 0.421 0.439 0.4570.290 0.055 0.104 0.148 0.188 0.225 0.258 0.289 0.317 0.343 0.367 0.389 0.410 0.430 0.448 0.4650.300 0.057 0.107 0.153 0.194 0.231 0.265 0.296 0.324 0.351 0.375 0.398 0.419 0.438 0.457 0.4740.310 0.058 0.110 0.157 0.199 0.237 0.271 0.303 0.332 0.358 0.383 0.405 0.427 0.446 0.465 0.4820.320 0.060 0.113 0.161 0.204 0.242 0.277 0.309 0.339 0.365 0.390 0.413 0.434 0.454 0.473 0.4900.330 0.062 0.117 0.165 0.209 0.248 0.284 0.316 0.346 0.373 0.398 0.421 0.442 0.462 0.480 0.4970.340 0,064 0.120 0.169 0.214 0.254 0.290 0.322 0.352 0.380 0.405 0.428 0.449 0.469 0.488 0.5050.350 0.065 0.123 0.174 0.219 0.259 0.296 0.329 0.359 0.387 0.412 0.435 0.457 0.476 0.495 0.5120.360 0.067 0.126 0.178 0.224 0.265 0.302 0.335 0.365 0.393 0.419 0.442 0.464 0.483 0.502 0.5190.370 0.069 0.129 0.182 0.228 0.270 0.307 0.341 0.372 0.400 0.425 0.449 0.470 0.490 0.509 0.5260.380 0.071 0.132 0.186 0.233 0.275 0.313 0.347 0.378 0.406 0.432 0.455 0.477 0.497 0.516 0.5330.390 0.072 0.135 0.190 0.238 0.281 0.319 0.353 0.384 0.412 0.438 0.462 0.483 0.503 0.522 0.5390.400 0.074 0.138 0.194 0.242 0.286 0.324 0.359 0.390 0.419 0.444 0.468 0.490 0.510 0.528 0.545

Tabela 3.11 - Queda de Tensão em Geradores Síncronos

Onde: IP = Corrente de partida do motorIN = Corrente nominal do gerador



EXEMPLO DE CÁLCULO DE QUEDA DE TENSÃO EM GERADORESENVOLVENDO VÁRIOS MOTORES

Dados necessários:

a) Gerador GTA250MI33, 230 kVA, 440V Xd'= 16.3% (Xd'= 0.163pu)

b) Motores de indução

b.1) 100 cv - 4 pólos - 440 V - IN = 120 A IP = 1056 Ab.2) 75 cv - 4 pólos - 440 V - IN = 87,5 A IP = 647,5 Ab.3) 25 cv - 4 pólos - 440 V - IN = 31,5 A IP = 271 A

c) Condição de recebimento de carga do gerador

c.1) Primeiramente parte o motor de 100 cv, utilizando chave compensadoracom TAP de 65%

c.2) Outra condição seria a partida (com TAP de 65%) do motor de 75 cv,considerando que os motores de 100 e 25 cv estejam em funcionamento.

SOLUÇÃO:

Cálculo da corrente do gerador:

A302=440.3

230000=IG

I - Cálculo da queda de tensão provocada pela partida do motor de 100cv (através dechave compensadora no Tap 65%) considerando os motores de 25 e 75cv desligados:

IN = 120AIP = 1056 A

Obs: Supor queda de tensão de 15% no gerador (estimativa inicial)

Utilizando chave compensadora com TAP 65 % e queda de tensão no gerador de 15%(0,85.0,65 = 0,55) obtemos, da figura 3.49:

K1 = 0,45K1.IP=IP 100%65%motor

A475=0,45.1056=IP 65%motor

Mas, em se tratando de chave compensadora teremos que referir a corrente de partida domotor (secundário da chave compensadora) ao gerador (primário da chave compensadora).



0,65=IP

IP=

I

IP

65%motor

ref.motor

sec

prim

0,65.IP=IP 65%motorref.motor

A309=0,65.475=IP ref.motor

1,023=302

309=

I

IP

g

refmotor

11,09%=V∆

Teremos uma queda de tensão de:

14,29%=100.1,023.0,163+1

1,023.0,163=100.

IP/IN].dX[+1

IP/IN.dX=V

′′

∆

Refazendo o cálculo (1a iteração) para queda de tensão no gerador de 14,29%, temos:

0,46=K10,56=0,1429)-(1.0,65 →K1.IP=IP 100%65%motor

486A=0,46.1056=IP 65%motor

0,65.IP=IP 65%motorref.motor

316A=0,65.486=IP ref.motor

1,046=302

316=

Ig

IP ref.motor

Teremos uma queda de tensão de:

14,57%=100.1,046].[0,163+1

1,046].[0,163=100.

IP/IN].dX[+1

IP/IN].dX[=V

′′

∆

II - Cálculo da queda de tensão provocada pela partida do motor de 75cv (através dechave compensadora no Tap 65%), considerando que os motores de 100 e 25cv jáestejam em funcionamento:

II.1 - Contribuição individual do motor de 75cv - IN = 87,5 A IP = 647,5 A

Supondo queda de tensão inicial de 15% e utilizando chave compensadora com TAP65%:

0,65.0,45.647,5=IP 65%ref.motor

189A=IP 65%ref.motor

0,627=302

189=

Ig

IP ref.65%motor



A queda de tensão que ocorrerá, considerando somente a partida do motor de 75cv será:

100%.0,627].[0,163+1

0,627.0,163=V∆

9,27%=V∆

II.2 - Contribuição dos motores de 100 e 25cv quando da partida do motor de 75cv:

Nota: o processo de cálculo é iterativo e segue o roteiro mostrado abaixo:

II.2.1 - Valor suposto de queda = 15%. Do gráfico da figura 3.50, obtemos a variaçãoda corrente dos motores em carga. Para o caso em questão temos ∆∆i = 0,26

Logo, os acréscimos de corrente dos motores serão:

• Motor de 100cv (IN = 120 A - 440 V):

Acréscimo = ∆i . 120 = 0,26 .120Acréscimo = 31,2 A

302

31,2=

Ig

Acrésscimo=(M100)i∆

0,103=i(M100)∆

• Motor de 25cv (IN = 31,5 A - 440 V):

Acréscimo = 0,26 . 31,5Acréscimo = 8,2 A

0,027=302

8,2=(M25)i∆

Cálculo da queda

_i(M25)+_i(M100)+(M75)Ig

IP=

IN

IP

0,027+0,103+0,627=IN

IP

0,757=IN

IP

100.0,163].[0,757+1

0,163.0,757=V∆

%V 11=∆

Como supomos ∆V = 15% e resultou numa queda de 11% refaremos o cálculo:



II.2.2 - Admitindo queda de 11%, da figura 3.50, ∆∆i = 17%

Motor de 100cv ∆i(M100) = 0,067Motor de 25cv ∆i(M25) = 0,018

i(M25)+i(M100)+(M75)Ig

IP=

IN

IP ∆∆

0,712=IN

IP

0,018+0,067+0,627=IN

IP

100%.0,163].[0,712+1

0,163.0,712=V∆

10,4%=V∆

Então, como o ∆V estipulado é aproximadamente igual ao ∆V calculado. Poderemosencerrar o cálculo

CONCLUSÃO: Podemos observar que a contribuição dos motores já emfuncionamento não causaram um acréscimo muito significativo, nestecaso, na queda geral.

3.5.5 SOBRECARGA

Segundo as normas VDE 530 ou ABNT os geradores síncronos devem fornecer 1,5vezes a corrente nominal durante 15 segundos. Neste caso, através de sua regulagem, deve-semanter a tensão muito próxima da nominal.

Para utilização a bordo de navios, os geradores devem fornecer 1,5 vezes a correntenominal, durante 2 minutos.

No caso da linha TELEBRÁS a sobrecarga admissível é de 1,1 vezes a corrente nominaldurante 1 hora.

A sobrecarga momentânea em função da corrente, para máquinas de execução normal(tipos de catálogos), é mostrada na figura 3.51.



Figura 5.4.1 - Curva de Sobrecarga Momentânea emfunção da Corrente (para máquinas normais)

3.5.6 SOBREVELOCIDADE

As máquinas síncronas estão aptas, segundo a norma NBR 5052 a resistir a 1,2 vezes avelocidade nominal durante 2 minutos. Nesta condição a máquina poderá ou não estar excitada.

3.5.7 CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO

Sempre que se fizer uma conexão entre dois pontos com potenciais diferentes e baixaresistência teremos um curto-circuito. Em regra geral, este acidente normalmente é prejudicial aocircuito elétrico.

As correntes de curto-circuito nos sistemas podem ser calculados considerando asreatâncias com seus valores em percentual.

A corrente de curto-circuito máxima trifásica pode ser calculada pela seguinte expressão(xd'' em %):

(A)100xdx

Ix2,55= M`XIcc F

′′

e a corrente eficaz de uma fase será:



(A)100xdx

I=I F

cceff ′′

A corrente de curto-circuito permanente, fica acima de 2 vezes a corrente nominal dogerador, cujo ajuste é feita na fábrica. Como visto no item 3.5.4, o gerador deverá ser desligado omais tardar após 5 segundos.

3.5.8 CONVERSÃO DE REATÂNCIAS

É hábito dar-se as reatâncias de uma máquina como valor de referência por unidade(pu). Como grandeza de referência vale a reatância nominal.

)(Ix3

U=X

N

NN Ω

(pu)1,0=X N

Se a mesma máquina for utilizada para um número maior de rotações e em vez de 60Hz,outra tensão ou outra potência a reatância da máquina se modifica conforme a expressão abaixo:

X2 = X1 .(f2/f1) . SN2/SN1 . (UN1/UN2)2

Onde: X2 = reatância na base nova;X1 = reatância na base velha;f2 = freqüência na base nova;f1 = freqüência na base velha;SN2= potência na base nova;SN1= potência na base velha;UN1= tensão na base velha;UN2= tensão na base nova.

OBS:Devemos lembrar que para geradores de catálogos só serão possíveis alterações narotação caso sejam de 50Hz para 60Hz. A variação de tensão só será possível para menos ouproporcionalmente a freqüência. No caso de variação de tensão para menos deverá ser reduzidotambém proporcionalmente a potência.

Exemplo: É dado um gerador de 850 kVA - 380 V - 50Hz. O gerador sem alteraçãodeverá passar a acionar com 60Hz e fornecer 1000kVA e 440V. Para 50 Hz e 850 kVA areatância transitória obtida do cálculo foi de xd' = 21%. Que grandeza terá a reatância transitóriapara a nova condição de acionamento?

Solução:

Xd' 60Hz = Xd' 50Hz . 60/50 . 1000/850 .(380/440)2

Xd' 60Hz = 21 x 1,053 = 22%



3.5.9 PROTEÇÃO DO GERADOR

Neste item trataremos de alguns aspectos relativos à proteção dos geradores, mas nãonos preocuparemos com características de projetos, pois estaria fora do objetivo desta apostila.

Sobre certas condições anormais de funcionamento do gerador, poderemos ter valoreselevados de tensão terminal. Isto pode ocorrer, por exemplo, com o disparo na rotação damáquina primária, ou quando a referência de tensão terminal (do regulador) é interrompida.Nestes casos o gerador deve ter uma supervisão da tensão de modo a desexcitar a máquina.Geradores com regulagem de tensão independente da freqüência, acionados com rotações abaixode 90% de sua rotação nominal, durante um período prolongado, devem ser desligados.

Se o gerador estiver alimentando uma rede, e ocorrer um curto-circuito na mesma,ocorre uma situação crítica no momento em que o curto é desfeito e a tensão é restabelecida. Apotência fornecida pelo gerador, certamente não corresponderá a mesma antes do curto-circuito,desta maneira, através do torque acionante, teremos uma aceleração ou um retardamento. Nestascondições, as tensões não estarão mais em fase. Conforme a duração do curto e devido ao ângulode defasagem, aparecem fortes processos de reajustes, que podem ser comparados aos de umasaída de sincronismo. Como conseqüência, podem aparecer danos nos acoplamentos, nas bases,bem como no circuito de excitação. Desta maneira, ocorrendo curto na rede, se a tensão cair para50% da nominal, o gerador deve ser imediatamente desacoplado da rede.

3.5.10 REGIME DE SERVIÇO

É o grau de regularidade da carga a que o gerador é submetido. O gerador é projetadopara regime contínuo, isto é, a carga é constante, por tempo indefinido, e igual à potêncianominal da máquina.

A indicação do regime da máquina deve ser feita pelo comprador, da forma mais exatapossível. Nos casos em que a carga não varia ou nos quais varia de forma previsível, o regimepoderá ser indicado numericamente ou por meio de gráficos que representem a variação emfunção do tempo das grandezas variáveis. Quando a seqüência real dos valores no tempo forindeterminada, deverá ser indicada uma seqüência fictícia não menos severa que a real.

3.5.10.1 REGIMES PADRONIZADOS

Os regimes que serão citados foram definidos em vista especialmente na aplicação degeradores, (por exemplo S1, S2 e S3):

a) Regime S1

Funciona à carga constante de duração suficiente para que se alcance o equilíbriotérmico (figura 3.52)

tN = Funcionamento em carga constante;

θmáx = Temperatura máxima atingida durante o ciclo.



Figura 3.52 - Regime S1

b) Regime de Tempo Limitado (S2)

Funciona à carga constante, durante um certo tempo, inferior ao necessário para atingiro equilíbrio térmico, seguido de um período de repouso de duração suficiente para restabelecer aigualdade de temperatura com o meio refrigerante (figura 3.53).


tN = Funcionamento em carga constante

θmáx = Temperatura máxima atingida durante o ciclo

c) Regime Intermitente Periódico (S3)

Sequência de ciclos idênticos , cada qual incluindo um período de funcionamento acarga constante e um período de repouso durante um ciclo de regime e no qual a corrente departida não afeta de modo significante a elevação de temperatura (figura 3.54).

tN = Funcionamento em carga constantetR = Repousoθmáx = Temperatura máxima atingida durante o ciclo



Fator de duração do cliclo (ED)

100%.t+t

t=EDRN

N


3.5.11 DIAGRAMA DE CARGA

Para se operar seguramente um gerador devemos conhecer os limites de operação damáquina. Estes limites podem ser determinados pela potência da máquina acionante, estabilidadede funcionamento, excitação do campo, e limite térmico do gerador. Estas condições são todasanalisadas através do diagrama de carga(figura 3.56).

Neste diagrama podemos analisar a área dentro do qual o gerador pode funcionar,podemos então avaliar as condições de operação da máquina.

A construção do diagrama não será analisada neste trabalho, apenas, com base nosdiagramas obtidos, são tecidos comentários dos limites do gráfico.

O limite da máquina acionante é definida pela potência útil entregue pelo gerador, edeterminada pelo limite da máquina (linha FD do gráfico).

O limite de estabilidade é determinado pela curva BC, onde é definido a máximapotência (ângulo de carga máxima δ da figura 3.55.

Com a redução da excitação (carga capacitiva descrito no item 3.2.3.c).



Figura 3.55 - Ângulo de carga máximo δ

Figura 3.56 - Diagrama de Carga de MáquinasSíncronas (Curva de Capabilidade)

Ao atingir a excitação zero teremos somente a potência que depende do conjugado derelutância, e na variação se faz com dobro do ângulo de carga δ (conforme descrito no item.3.2.6.). Para excitação zero, o ângulo de carga seria 45o para a máxima potência. Este limite podeser visto na curva AB.

O limite térmico da armadura é determinado pelas perdas no estator e a capacidade deventilação da máquina. As perdas preponderantes são as joules, ocasionadas pela corrente dearmadura (curva CD). O limite térmico do rotor é determinado pela corrente de excitação, eocorre na região de carga indutiva, onde serão necessários fortes excitações (curva DE).



O gerador deverá ser capaz de operar com uma variação de ± 10% de tensão.A redução de tensão reduzirá a capacidade de fornecer potência reativa capacitiva,

aquecerá o estator e aumentará o ângulo de carga. Por outro lado, o aumento da tensão provocarámaior estabilidade (carga capacitiva), menor ângulo de potência, e maior aquecimento doenrolamento de excitação.

Para uma utilização segura do gerador, todos os pontos de operação deverá estar naregião interna do diagrama de carga, observando-se a máxima potência ativa e reativa. Podemosobservar no gráfico que a maior limitação se encontra na região de cargas capacitivas. Estasporém não correspondem a condição de funcionamento.

Os geradores de baixa tensão tem sua principal aplicação na ligação de equipamentosindustriais ou aplicações específicas como telecomunicações, onde teremos cargas normalmentede caráter indutivo e não lineares.

Nestas condições o gerador estará sob forte excitação.O limite de carga capacitiva se faz necessário para grandes geradores ligados a longas

linhas de transmissão abertas, por estas se tornarem cargas capacitivas.

3.5.12 OPERAÇÃO EM PARALELO DE GERADORES

Durante um ciclo de operação de um gerador, ele pode ser exigido, ora em sua potêncianominal e ora em valores menores que o nominal.

Quando o gerador está sendo pouco exigido, o seu rendimento e da máquina acionantecaem. Por este motivo, entre outros, e pelo fato de termos uma maior segurança de fornecimentode energia pode-se optar pela operação em paralelo de geradores. Quando da ligação degeradores em paralelo devemos observar:

1) A tensão do gerador a ligar seja igual à tensão da rede;2) O ângulo de fase de tensão gerada pelo gerador corresponde a das barras da rede a

que é ligado;3) As freqüências dos sistemas a ligar devem ser praticamente iguais;4) A ordem de seqüência das fases nos pontos a ligar deve ser mesma.

Ligando-se geradores em paralelo, a distribuição da potência ativa depende doconjugado acionante, enquanto que a corrente reativa, depende da excitação de cada gerador. Asmáquinas acionantes mostram uma tendência de queda de rotação com o aumento da potênciaativa, isto é necessário para termos uma distribuição estável da potência ativa. Da mesmamaneira, para termos uma distribuição estável de reativos, devemos ter uma diminuição naexcitação do gerador, com aumento dos reativos. Isto pode ser mostrado na figura 3.57, onde acurva características da tensão é decrescente.

Figura 3.57- Distribuição estável de reativos



Para conseguirmos diminuir a excitação é preciso fornecer ao regulador um sinal decorrente com parte reativa. Isto é conseguido, utilizando um transformador estático Bf1 (comrelação IN:1) e a reatância estática Br2 (2,3Ω) figura 3.59. Com a tensão obtida entre as fases U eW e com o transformador estático que está na fase V, consegue-se enviar ao regulador um valorproporcional, da tensão gerada o qual é a soma geométrica de uma tensão proporcional à tensãoU-W e a tensão na resistência estática (figura 3.58).

Figura 3.58 - Análise geométrica da tensão gerada

Figura 3.59 - Operação em Paralelo de Geradores

Como podemos ver na figura 3.58, a soma geométrica das duas tensões é máximaquando o gerador fornece corrente reativa. Com carga puramente resistiva, a soma geométrica



quase não desvia da tensão proporcional entre U e W. Logo, um aumento na potência reativa, fazcom que o gerador "veja" um aumento do valor atual da tensão do gerador, teremos então umadiminuição da corrente de excitação provocando estabilidade na tensão terminal.

Normalmente a influência estática da corrente reativa será escolhida tal que, para umacorrente reativa da ordem de grandeza da corrente nominal do gerador corresponde a uma quedana tensão de aproximadamente 5%.

DIVISÃO DE POTÊNCIA ATIVA

Para dois geradores operando em paralelo, se a carga é aumentada, existe uma reduçãoem suas velocidades, a qual é sentida pelo sistema de controle de velocidade da máquinaprimária. O regulador de velocidade age para reestabelecer a velocidade normal. A divisão decarga entre dois geradores é determinada pelas características do regulador de velocidade damáquina primária.

Se um sistema tem características de velocidade tipo "a" (figura 3.60) e outro tipo "b",eles irão dividir a carga numa proporção Pa e Pb quando estiverem operando em uma velocidadeS. O controle de carga em uma unidade é conseguida, ajustando as características do reguladorde velocidade para cima ou para baixo.

Figura 3.60 - Característica de velocidade

DIVISÃO DE (VA) REATIVOS:

A tensão aplicada em uma carga conectada à dois geradores é determinada pelaexcitação total nos mesmos.

Geradores idênticos com reguladores de velocidade de suas máquinas primárias comcaracterísticas iguais, dividem cargas igualmente e se possuírem mesma excitação dividem VAreativos iguais. Cada gerador opera com mesmo FP. Um acréscimo de excitação de um dosgeradores irá causar um aumento na tensão do sistema e este gerador irá suprir uma maiorparcela dos VA reativos.

Um decréscimo na excitação do outro gerador fará com que a tensão terminal volte aovalor original, mas irá agravar a diferença na divisão dos VA reativos.

Ajustes da excitação do gerador então, determinam não só a tensão aplicada à carga mastambém a divisão de reativos entre os geradores.



3.5.13 CÁLCULO DA BOBINA DE ATERRAMENTO DO PONTO ESTRELADE GERADORES

Quando ligamos cargas monofásicas em geradores trifásicos, principalmente se estasligações forem desequilibradas, teremos uma influência considerável da terceira harmônica. Porconseqüência, teremos circulação de corrente de seqüência zero pelo circuito. Para conseguirmoseliminar ou diminuir este efeito, deve-se utilizar uma reatância limitadora da corrente no neutroaterrada do gerador.

Esta reatância pode ser calculada da seguinte forma:

0,3.In3

Un=Xdr

Onde: UN = tensão nominal do gerador;IN = corrente nominal de fase do gerador.

Ainda devemos observar:

a) A bobina deverá ter característica linear até 0,3 x In;b) Deverá resistir termicamente a 0,4 x In.



3.6 CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

3.6.1 COMPONENTES PRINCIPAIS

O gerador completo, pode ser desmontado numa série de unidades funcionais, que sãomostradas a seguir. A composição dos geradores depende do tipo de máquina (linha GTA oulinha S).

3.6.1.1 ESTATOR DA MÁQUINA PRINCIPAL

A carcaça é de aço calandrado (GTA) ou chapa soldada (S). O pacote de chapas doestator, com seu respectivo enrolamento, está assentado sobre as nervuras da carcaça.

Os enrolamentos são normalmente produzidos para classe de isolamento F ou H e sãofixadas por uma cunha de fechamento, composta de material isolante.

As cabeças dos enrolamentos são fortalecidas para que possam resistir a choques evibrações (figura 3.61).

3.6.1.2 ROTOR DA MÁQUINA PRINCIPAL

O rotor acomoda o enrolamento de campo, cujos pólos são formados por pacotes dechapas. Um enrolamento em gaiola, para amortecimento compensa serviços em paralelo, e comcarga irregular.

3.6.1.3 ESTATOR DA EXCITATRIZ PRINCIPAL

A excitatriz principal é um gerador de corrente trifásica de pólos salientes, e está presa àplaca do mancal não acionado por vários parafusos (figura 3.61). Os pólos salientes acomodamas bobinas de campo, que são ligadas em série, sendo que sua extremidade é levada ao bloco deconexão na caixa de bornes.

3.6.1.4 ROTOR DA EXCITATRIZ PRINCIPAL E DIODOSRETIFICADORES GIRANTES

O rotor da excitariz principal está montado sobre o eixo da máquina principal. O rotor élaminado e suas ranhuras abrigam um enrolamento trifásico ligado em estrela. O ponto comumdesta ligação estrela é inacessível. De cada ponto da ligação estrela saem dois fios para osretificadores girantes, assentados os suportes dissipadores. Dos dois fios, um é ligado aoretificador sobre o suporte positivo e o segundo, ao mesmo retificador sobre os suporte negativo.



3.6.1.5 EXCITATRIZ AUXILIAR

Somente na linha SP - A excitatriz auxiliar é uma máquina de pólos externos. Seu rotoré constituído por imãs, que são seus pólos de excitação. O estator, constituído de chapas, possuium enrolamento trifásico, e encontra-se no lado não acionado.

3.6.1.6 ENROLAMENTO AUXILIAR (OU BOBINA AUXILIAR)

É um bobinado auxiliar monofásico, que fica alojado em algumas ranhuras do estatorpricipal.

Sua função é fornecer potência para alimentar o campo da excitatriz principal, reguladoe retificado pelo regulador de tensão.

3.6.2 PLACA DE IDENTIFICAÇÃO

Quando o fabricante projeta um gerador e o oferece à venda, ele tem que partir de certosvalores adotados para:

- características de carga alimentada;- condiçoes em que o gerador irá funcionar.O conjunto desse valores constitui as "características nominais" do gerador. A maneira

pela qual o fabricante comunica estas informações ao cliente, é através da placa de identificaçãodo gerador (figura 3.62).

Figura 3.62 - Placa de identificação



3.6.3 NORMAS

Evidentemente é impossível colocar na placa de identificação todas as informações porextenso, de modo que é preciso recorrer a certas abreviações. Além disso é preciso que osvalores apresentados sejam objetivos e não dêem margem diversas sobre seu significado oulimites de variação.

Para isto, o fabricante tecnicamente apto recorre a Normas Técnicas que padronizam asabreviações e símbolos e também estabelecem de uma só maneira o significado e os limites devalidade dos valores declarados. Os geradores WEG são fabricados segundo as normas ABNT(Associação Brasileira de Normas Técnicas) e as normas internacionais da IEC (InternationalEletrotechnical Commission).

3.6.4 PINTURA - GERADORES PARA APLICAÇÃO GERAL

A pintura destes geradores consiste em duas camadas:

• Fundo: após a limpeza, as peças são pintadas com tinta fundo alquídica, aplicada porimersão.

A espessura da película seca é de, no mínimo, 30µm.

• Acabamento: a pintura final, feita após a máquina completamente montada, consistede uma demão de esmalte sintético alquídico, aplicado com pistola. A espessura dapelícula seca é de , no mínimo, 30µm.

3.6.5 TERMINAIS DE ATERRAMENTO

O aterramento tem a finalidade de proteger os operadores de máquinas elétricas ou demáquinas acionadas pelo mesmo, contra possíveis curto-circuitos entre uma parte energizada ecarcaça da máquina. Esta proteção se dá pelo oferecimento de um caminho mais fácil para ofluxo de corrente, desviando-a desta forma do operador da máquina. O sistema de aterramento selocalizará normalmente no pé direito do lado da caixa de ligação.

3.6.6 FORMA CONSTRUTIVA

Os geradores WEG são construídos nas formas construtivas B15 (single bearing),B5/B3, conforme pode ser observado no catálogo de geradores.

As formas construtivas D5 e D6 são, normalmente, utilizadas em geradores de grandeporte utilizados principalmente em hidro e turbogeração.

Para linha GTA as formas construtivas padrões normalmente oferecidas são:

• Mancal único com acoplamento por discos flexíveis (B15T);• Mancal duplo com acoplamento por flange (B5/B3T).


Módulo 4 – Geração de Energia

Figura 3.61 - Partes integrantes do gerador GTA

Figura 3.63 - Forma construtiva B15T (GTA)



3.6.3 NORMAS

Evidentemente é impossível colocar na placa de identificação todas as informações porextenso, de modo que é preciso recorrer a certas abreviações. Além disso é preciso que osvalores apresentados sejam objetivos e não dêem margem diversas sobre seu significado oulimites de variação.

Para isto, o fabricante tecnicamente apto recorre a Normas Técnicas que padronizam asabreviações e símbolos e também estabelecem de uma só maneira o significado e os limites devalidade dos valores declarados. Os geradores WEG são fabricados segundo as normas ABNT(Associação Brasileira de Normas Técnicas) e as normas internacionais da IEC (InternationalEletrotechnical Commission).

3.6.4 PINTURA - GERADORES PARA APLICAÇÃO GERAL

A pintura destes geradores consiste em duas camadas:

• Fundo: após a limpeza, as peças são pintadas com tinta fundo alquídica, aplicada porimersão.

A espessura da película seca é de, no mínimo, 30µm.

• Acabamento: a pintura final, feita após a máquina completamente montada, consistede uma demão de esmalte sintético alquídico, aplicado com pistola. A espessura dapelícula seca é de , no mínimo, 30µm.

3.6.5 TERMINAIS DE ATERRAMENTO

O aterramento tem a finalidade de proteger os operadores de máquinas elétricas ou demáquinas acionadas pelo mesmo, contra possíveis curto-circuitos entre uma parte energizada ecarcaça da máquina. Esta proteção se dá pelo oferecimento de um caminho mais fácil para ofluxo de corrente, desviando-a desta forma do operador da máquina. O sistema de aterramento selocalizará normalmente no pé direito do lado da caixa de ligação.

3.6.6 FORMA CONSTRUTIVA

Os geradores WEG são construídos nas formas construtivas B15 (single bearing),B5/B3, conforme pode ser observado no catálogo de geradores.

As formas construtivas D5 e D6 são, normalmente, utilizadas em geradores de grandeporte utilizados principalmente em hidro e turbogeração.

Para linha GTA as formas construtivas padrões normalmente oferecidas são:

• Mancal único com acoplamento por discos flexíveis (B15T);• Mancal duplo com acoplamento por flange (B5/B3T).



Figura 3.66 - Forma construtiva B5/B20 (antiga linha DKB)

Figura 3.67 - Forma construtiva D5 (linha S, com trocador de calor ar-água)



Figura 3.68 - Forma construtiva D6 (linha S, máquina aberta)

3.6.7 CONDIÇÕES USUAIS DE SERVIÇO

Dentre as informações padronizadas por norma que não precisam ser declaradas porextenso na placa de identificação, estão as condições sob as quais o gerador foi feito parafuncionar, ou seja, as "condições usuais de serviço". Se o gerador for comprado para trabalharem condições especiais, o fato deve ser claramente indicado no pedido. As condições usuais deserviço são:

a) Meio refrigerante (na maioria dos casos o meio ambiente) de temperatura nãosuperior a 40ºC e isento de elementos prejudiciais ao gerador;

b) Localização à sombra;c) Altitude não superior a 1000 m sobre o nível do mar.



3.7 SELEÇÃO DE GERADORES

3.7.1 CARACTERÍSTICAS NECESSÁRIAS PARA A CORRETA SELEÇÃO

Para a correta especificação do gerador, são necessárias as seguintes informações na faseda consulta:

1) Potência nominal (kVA)2) Tipo de refrigeração (Aberto, Troc. ar-ar ou Troc. ar-água)3) Rotação (no de pólos)4) Fator de Potência5) Tensão nominal6) Número de fases (Trifásico ou Monofásico)7) Freqüência de operação (Hz)8) Tipo de excitação: - sem escovas - sistema com escovas com excitatriz estática9) Grau de proteção10) Forma construtiva11) Temperatura ambiente12) Altitude13) Tipo de aplicação: Industrial, Telecomunicações, Naval, Marinizado14) Característica da carga. Ex: partida de motores de indução15) Faixa de ajuste da tensão16) Precisão da regulação17) Acessórios18) Sobrecargas ocasionais19) Tensão de alimentação dos aquecedores internos20) Tipo de regulação (U/f constante ou U constante)21) Tipo de acoplamento22) Máquina acionante

3.7.2 PRINCIPAIS APLICAÇÕES DE GERADORES

Devido a sua simplicidade na instalação e manutenção os geradores são muito utilizadoscomo pequenos centros de geração de energia, principalmente no interior onde as redes dedistribuição de energia elétrica ainda não estão presentes. Por exemplo, em fazendas, vilarejos,unidades repetidoras de telecomunicações, etc.

É usado como NO-BREAK (fornecimento sem interrupção ou de emergência) emhospitais, centrais de computação, centros de comandos de sistemas, telecomunicações,aeroportos, etc.

Outra aplicação típica é o uso de geradores agrupados a motores para a transformaçãode freqüência ou tensão e conversores rotativos.



3.7.2.1 CONVERSÃO DE FREQÜÊNCIA

• Acoplamento a redutor com motor e gerador síncrono (relação de engrenagens);• Acoplamento por correia com motor assíncrono e gerador síncrono (relação de

polias);• Acoplamento direto (no mesmo eixo) com motor síncrono de 12 pólos e gerador

síncrono de 10 pólos ou múltiplos destes (relação de pólos).

Figura 3.69 - Acoplamento entre motor assíncrono e gerador 60/50 Hz

Características:As vantagens da conversão de freqüência com máquinas girantes sobre a conversão

estática de estados sólido, são:

• Melhor forma de onda de tensão;• Sofre pouca influência nas variações da tensão da rede;• Mantém a tensão no gerador durante uma breve falta na rede com o uso de um

volante de inércia no eixo;• Freqüência tão constante como a da rede de alimentação quando usado um motor

síncrono;• Pequena influência dos consumidores na rede de alimentação.

Figura 3.70 - Acoplamento entre motor CA e gerador



Aplicações:

• Equipamentos militares;• Equipamentos portuários em geral;• Laboratório de ensaio de máquinas;• Acionamento de equipamentos importados.

3.7.2.2 CONVERSÃO DE CORRENTE

Figura 3.71 - Conversor de corrente CC/CA

Possibilidades:

a) Acoplamento direto de motor cc com gerador síncrono;b) Acoplamento direto de motor cc com gerador síncrono, mais um volante de inércia

opcional.

Características:

• A freqüência do gerador varia em função da carga, pois o motor CC apresentavariações na rotação. Para uma rotação constante, o sitema de regulagem é maiscomplexo;

• Mantém a tensão gerada durante breve interrupção da rede CC (Ex: nas comutações)quando usado um volante de inércia no eixo;

• Pode-se obter tensão gerada com distorção harmônica menor que 3%;• É ideal para uso em NO-BREAK's, pois o motor pode ser alimentado pela rede CA

por intermédio de um conversor estático e na falta da rede, a alimentação éfornecida pelo banco de baterias.

Aplicações:

• Navios com rede de alimentação em CC;• Laboratórios;• Clínicas/hospitais;• Subestações de grande porte;



• Centrais de energia elétrica;• Refinarias;• Sistemas NO-BREAK's, etc.

3.7.2.3 NO-BREAK

a) Bateria: funciona como sistema de fornecimento de energia ininterrupta, compostabasicamente por motor CC, gerador síncrono, volante de inércia, base comum demontagem e banco de baterias;

b) No-Break Diesel: como no caso anterior funciona como sitema de energiaininterrupta, composta basicamente de gerador síncrono, volante de inércia,acoplamento eletromagnético, motor diesel e base comum (Fig. 7.2.5).

As principais aplicações são:

• Estações de rádio e televisão;• Centro de processamento de dados

Figura 3.72 - Sistema de alimentação ininterrupta

Poderá ser associado a rede um grupo diesel de emergência para assegurar tempo deoperação ilimitado.

Figura 3.73 - Sistema de alimentação ininterrupta com motor Diesel



3.7.2.4 SHORT-BREAK DIESEL

Funciona como sistema de suprimento de energia com interrupção momentânea (0,1 a1s), ao faltar a rede. É composto basicamente por: motor de indução, gerador síncrono, volantede inércia, acoplamento eletromagnético, motor diesel e base comum de montagem (figura 3.74).

Figura 3.74 - Short-break diesel

Assegura o fornecimento de energia com tempo ilimitado, mas com pequenainterrupção e queda de velocidade durante a partida do motor diesel, que é auxiliada pelo volantede inércia.

As aplicações principais são: controle de tráfico de ruas, vias férreas, salas operatórias,etc.

3.7.2.5 GERADORES PARA CPD

Figura 3.75 - Acoplamento entre motor-gerador

O motor síncrono recebe energia da rede de alimentação e aciona o gerador síncronoque fica separado e eletricamente isolado da rede. Mesmo que a rede apresente transientes decentenas de volts, severas sub ou sobretensões e ainda descontinuidades (faltas) de até 120 ms, ogrupo motor-gerador alimentará o equipamento eltrônico com tensão limpa e estabilizada.



3.7.2.6 GERADORES LINHA INDUSTRIAL

Os geradores da linha industrial são considerados geradores tipo standart e apresentamas seguintes carcaterísticas básicas para o tipo GTA:

• Tensão nominal 220/380/440, 220/440 ou 380 V;• Comportamento estacionário da tensão entre vazio e plena carga e para fator de

potência entre 0,8 e 1,0 de 0,5%;• Queda de tensão admissível igual a 5%;• Ajuste do valor de referência de 5%;• Comportamento dinâmico da tensão: tempo de regulagem em média de 200 a 700

ms na ligação da carga nominal, com uma queda de tensão de 12 a 20% dependendoda máquina;

• Distorção harmônica entre fases menor que 5%;• Carga assimétrica máxima igual a 30%;• Sobrecargas momentâneas igual a 2,0 x IN durante 20 s;• Corrente de curto-circuito permanente de 3 x IN;• Normas aplicáveis VDE, ABNT e IEC.

3.7.2.7 GERADORES PARA TELECOMUNICAÇÕES (PADRÃOTELEBRÁS)

Os geradores síncronos tipo TELECOMUNICAÇÕES são fabricados conformeespecificações da norma Telebrás. As aplicações mais comuns são:

Grupos Diesel de emergência para centrais telefônicas, repetidoras, radares, sistemas derádio, aeroportos e outras cargas típicas.

Vantagens:

• Não utilizam escovas, conseguindo-se com isso manutenção reduzida, solicitandocuidados apenas na lubrificação dos rolamentos;

• Não introduzem rádio-interferência pelo mau contato das escovas;• Deformações da forma de onda gerada, provocadas pelas cargas, não interferem na

regulação, pois o regulador é alimentado por uma excitatriz auxiliar, independenteda tensão de saída;

• Admitem facilmente o controle manual da tensão.• Características técnicas• Normas aplicáveis: VDE, ABNT, IEC e TELEBRÁS;• Forma construtiva B5/B3T;• Reatância subtransitória de eixo direto (Xd'') menor que 12%;• Distorção harmônica total menor que 3% para carga linear;• Precisão de regulação de tensão ± 0,5% para qualquer valor de carga com fator de

potência entre 0,8 e 1,0.;• Transitório de tensão para degrau de 100% da carga igual a ± 10% da tensão

nominal;• Tempo de resposta para recuperar a tensão menor que 0,5 segundos;



• Variações de ± 5% na rotação do motor diesel não prejudicam a regulação datensão;

• Faixa de ajuste da tensão nominal pelos potenciômetros: ajuste normal ± 15%,ajuste fino ± 5%;

• Sobrecarga admissível: 10% durante 1 hora a cada 6 horas, 200% por 15 segundos acada 1 hora.

3.7.2.8 GERADORES ALIMENTANDO CARGAS DEFORMANTES

Nas aplicações com uso de geradores não podemos deixar de citar as cargas do tipo nãolineares, que levam a certas considerações na utilização das máquinas.

Cargas ditas deformantes são tipos de cargas com comportamento não linear de correntee/ou tensão e ainda, dependendo do tipo, com grande quantidade de harmônicos. A forma deonda das correntes dessas cargas não é senoidal, o que ocasiona uma corrente que não traduz anominal solicitada pelo equipamento. Atualmente este tipo de carga encontra-se presente emmuitas aplicações industriais, comerciais e residenciais e como tal deve ser determinada parauma condizente aplicação do gerador.

Alguns exemplos de cargas deformantes:

• Equipamentos eletrônicos (no-break’s, computadores, fontes, carregadores debateria, conversores de frequência, reatores eletrônicos);

• Máquinas com bobinas e núcleos de ferro que normalmente trabalham saturadas(motores, transformadores, máquinas de solda, reatores);

• Fornos a arco.• A alimentação desses tipos de cargas pelos geradores pode causar alguns

inconvenientes nas máquinas e também em seus sistemas, conforme seguem:• Aquecimento excessivo dos enrolamentos estatóricos e barras de amortecimentos,

devido ao aumento das perdas no cobre;• Aquecimento das chapas do estator e rotor, devido ao aumento das perdas no ferro;• Correntes de neutro excessivas, ocasionadas por desbalanceamentos;• Sobredimensionamento de cabos, quadros, proteções, etc.• Devido às observações acima deve-se, antes da aplicação, elaborar um estudo das

cargas e realizar um levantamento do teor e conteúdo de harmônicos do sistema aser atendido pelo gerador.

• Com os resultados desse estudo e sua interpretação, pode-se tomar alguns cuidadosnos geradores a serem utilizados, entre eles:

• Utilização de uma máquina mais robusta, com potência equivalente maior, o que setraduz principalmente em menor reatância e consequentemente menor queda detensão e menos aquecimento;

• Utilização de máquina com passo de bobinagem 2/3, para cargas com alto teor de 3aharmônica.



3.8 ENSAIOS

Os ensaios são agrupados em ENSAIOS DE ROTINA, ENSAIOS DE TIPO EENSAIOS ESPECIAIS, realizados conforme norma VDE 530 e NBR 5052.

Outros ensaios não relacionados poderão ser realizados mediante consulta previa.

3.8.1 ENSAIOS DE ROTINA

• Resistência ôhmica dos enrolamentos;• Resistência do Isolamento;• Tensão Elétrica Aplicada ao Dielétrico;• Seqüência e Equilíbrio de Fases;• Saturação em Vazio;• Em Vazio com Excitação própria (Regulador de Tensão);• Curto-Circuito Trifásico Permanente.

3.8.2 ENSAIOS DE TIPO

• Ensaios de Rotina;• Elevação de Temperatura;• Sobrevelocidade;• Reatância Subtransitória do Eixo Direto.

3.8.3 ENSAIOS ESPECIAIS

• Relação de Curto Circuito Trifásico Permanente;• Manutenção da Corrente em Curto-Circuito;• Desempenho do Regulador de Tensão;• Distorção Harmônica;• Rendimento;• Vibração;• Nível de Ruído;• Determinação do fator de Interferência Telefônica (para Teleco);• Determinação das características em "V" de máquinas síncronas.

OBS:Os ensaios serão limitados a potência de 500 kVA. Para as potências superiores osresultados serão extrapolados.



3.9 COLETÂNEA DE FÓRMULAS

Fem induzida v)(B^ sen.v.1.B=e [V]

Rotação Síncronap

f.120=n [rpm]

Ligação triângulo 3.If=I1 [A]UL=Vf [V]

Ligação estrela If=I1 [A]

3.Uf=U1 [V]

Potência 3.I1.U1=S [VA]

Potência Eletromagnética δδ sen2xq

1

2

Uf.m+ sen

xd

Uf.E.m=P

20

[W]

Potência do Acionamento(g)

100.Pg(kW)=Pn

η[kW]

Queda de Tensão 100.(Ip/In)].dX[+1

(Ip/In).dX=U%*

*

∆ [pu]

Conversão de Reatâncias )(Un1/Un2. Sn2/Sn1.(f2/f1).X1=X2 2 [pu]

Corrente de Curto-Circuito 100xdx

If=Icceff

′′[A]

%emdx100xdx

Ifx2,55= M`XIcc ′′

′′[A]



Figura 3.64 - Forma construtiva B5/B3T (GTA)

Figura 3.65 - Forma construtiva B3 (Linha S, fechado com trocador de calor ar-ar)



Figura 3.66 - Forma construtiva B5/B20 (antiga linha DKB)

Figura 3.67 - Forma construtiva D5 (linha S, com trocador de calor ar-água)



Um estudo mais completo de proteção, tem que levar em consideração os seguintesaspectos:

a) elétricos, devida a características dos sistemas de potência (natureza das faltas,sensibilidade para a instabilidade, regimes e características gerais dos equipamentos,condições de operação, etc.);

b) econômicos, devidos à importância funcional do equipamento. (custo doequipamento versus custo relativo do sistema de proteção);

c) físicos, devidos principalmente ás facilidades de manutenção, acomodação(dos relêse redutores de medidas), distância entre os pontos de releamento (carregamentodosTC´s, uso de fio piloto), etc.

O releamento é de extrema importância para a proteção dos sistemas elétricos porqueminimiza: os custos de reparação dos estragos; a probabilidade de que o defeito possa propagar-se e envolver outro equipamento; o tempo que o equipamento fica inativo, reduzindo anecessidade de reservas; a perda de renda e o agastamento das relações públicas enquanto oequipamento está fora de serviço.

Chega-se a conclusão de que o custo do sistema de proteção é um seguro barato,principalmente se for considerado o tempo usual para depreciação dos equipamentos.

5.1.1.4 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS EQUIPAMENTOS DEPROTEÇÃO

Existem dois princípios gerais que devem ser obedecidos, em seqüência:

1) Em nenhum caso a proteção deve dar ordens, se não existe defeito na sua zona decontrole (desligamentos intempestivos podem ser piores que a falha).

2) Se existe defeito nessa zona, as ordens devem corresponder exatamente àquilo quese espera, considerada que seja a forma, intensidade e localização do defeito.

Portanto o releamento possui duas funções principais:

a) função principal – que é a de promover uma rápida retirada de serviço de umelemento do sistema, quando esse sofre um curto-circuito, quando começa a operar de modoanormal que possa causar danos, ou interferir com a correta operação do restante do sistema.

Nessa função um relê (elemento detetor-comparador e analisador) é auxiliado pelodisjuntor (interruptor), ou então um fusível engloba as duas funções (figura 5.1).



Figura 5.1 – conjunto relê disjuntor

b) função secundária – promovendo a indicação da localização e do tipo de defeito,visando mais rápida reparação e possibilidade de análise da eficiência e caráter de mitigação daproteção adotada.

Dentro dessa idéia geral, os chamados princípios fundamentais do releamentocompreendem (figura 5.2):

a) O releamento primário é aquele em que uma zona de proteção separa da éestabelecida ao redor de cada elemento do sistema, com vistas a seletividade, peloque disjuntores são colocados na conexão de cada dois elementos; há umasuperposição das zonas em torno dos disjuntores, visando ao socorro em caso defalha da proteção principal; se isso de fato ocorre, obviamente, prejudica-se aseletividade, mas esse é o mal menor.

b) O releamento de retaguarda, cuja finalidade é a de atuar na manutenção doreleamento primário ou falha deste, só é usado, por motivos econômicos, paradeterminados elementos do sistema e somente contra curto-circuito. No entanto, suaprevisão deve-se à probabilidade de ocorrer falhas, seja na corrente ou tensãofornecida ao rele, ou na fonte de corrente de acionamento do disjuntor; ou no circuitode disparo ou no mecanismo do disjuntor; ou no próprio rele, etc.

Nestas condições é desejável que o releamento de retaguarda seja arranjadoindependentemente das possíveis razões de falha do releamento primário. Uma observaçãoimportante é que o releamento de retaguarda não substitui uma boa manutenção e vice-versa.



Figura 5.2 – Zoneamento de proteção

c) O releamento auxiliar tem função como multiplicador de contatos, sinalização outemporizador, etc.



5.1.1.5 CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO RELEAMENTO

Sensibilidade, seletividade, velocidade e confiabilidade são termos comumente usadospara descrever as características funcionais do releamento.

a) A velocidade ou rapidez de ação, na ocorrência de um curto-circuito, tem oobjetivo de:

• diminuir a extensão do dano ocorrido (propporcional a RI2.t);• auxiliar a manutenção das máquinas operando em paralelo;• melhorar as condições de ressincronização dos motores;• assegurar a manutenção de condições normais de operação nas partes do sistema;• diminuir o tempo total de paralização dos consumidores de energia;• diminuir o tempo total de não liberação de potência, durante a verificação de dano,

etc.

Evidentemente, relês rápidos devem ser associados a disjuntores rápidos, de modo a darum tempo de operação total pequeno. De fato, com o aumento da velocidade do releamento,mais carga pode ser transportada sobre um sistema, do que resulta economia global aumentada(evita-se as vezes, a necessidade de duplicar certas linhas ).

b) Por sensibilidade entende-se a capacidade da proteção responder asanormalidades nas condições de operação, e aos curtos circuitos para os quais foiprojetada.

É apreciado por um fator de sensibilidade da forma:

pp

mincc

I

Ik =

onde, por exemplo,

Iccmin → calculada para o curto-circuito franco no extremo mais afastado da seção delinha e sob condição de geração mínima;

Ipp →corrente primária de operação da proteção (valor mínimo da corrente deacionamento ou de pick-up exigida pelo fabricante do relé).

c) Defini-se confiabilidade como a probabilidade de um componente, umequipamento ou um sistema satisfazer a função prevista, sob dadascircunstâncias.

A longa inatividade, seguida de operação em condições difíceis, exige do equipamentode proteção simplicidade e robustez, e isso traduz-se em fabricação empregando matéria primaadequada com mão-de-obra não só altamente capaz, mas também experimentada.



d) Por seletividade entende-se a propriedade da proteção em reconhecer e selecionarentre aquelas condições para as quais uma imediata operação é requerida, eaquelas para as quais nenhuma operação ou um retardo de atuação é exigido.

Figura 5.3 – Relacionamento da potência transmitida e velocidade do releamento

5.1.2 ASPECTOS ESPECÍFICOS

5.1.2.1 EQUIPAMENTOS DE MANOBRA

Os equipamentos de manobra são componentes do sistema elétrico que não temsomente a função de estabelecer a união entre geradores, transformadores, consumidores e linhasde transmissão e separa-los e secciona-los de acordo com as exigências desse serviço, comotambém são utilizados para a proteção de todos os componentes elétricos contra a atuaçãoperigosa de sobrecargas, correntes de curto-circuito e contatos à terra.

Levando-se em consideração algumas exceções e casos especiais, os equipamentos demanobra devem, portanto, serem capazes de abrir desde as menores correntes de carga de linhas,ou correntes de magnetização de transformadores a vazio, até as maiores correntes de curto-circuito que possam ocorrer na instalação, sem serem avariados através das conseqüênciastérmicas e dinâmicas dessas solicitações.

Alguns equipamentos de manobra, os chamados disjuntores, devem ser capazes deinterromper ou fechar, no menor tempo possível, todas as correntes normais e anormais.Finalmente, todos os equipamentos de manobra devem, quando abertos, suportar quaisquersolicitações de tensão entre seus contatos (espaço de interrupção) sem quaisquer descargas.



Podemos dividir os equipamentos de manobra em:

a) Chaves seccionadoras: Servem única e exclusivamente, para estabelecer a conexãoou separação de dois componentes ou circuitos de um sistema elétrico, ou a escolhae conexão entre um componente e um sistema de barramentos. Não se exige dasseccionadoras a capacidade de abertura e ruptura de quaisquer correntes. Emfuncionamento, isto é, com os seus contatos fechados, elas devem ser capazes demanter a condução de sua corrente nominal, sem sobre-aquecimento. Além dissodevem suportar todos os efeitos térmicos e dinâmicos das correntes de curto-circuitosem se avariar. A vazio, isto é, com seus contatos abertos, devem estabelecer umnível suficiente de isolamento, sem quaisquer descargas. Finalmente, as chavesseccionadoras são equipamentos de manobra que servem única e exclusivamentepara separação de circuitos e componentes, sem quaisquer exigências de abertura decorrentes.

b) Interruptores: São equipamentos de manobra que podem interromper correntes dequalquer natureza, até algumas poucas vezes a corrente nominal. Normalmente, osinterruptores são pequenos disjuntores, ou disjuntores de pequena capacidade, nãosendo exigidas muitas características para interrupção das correntes do circuito.

c) Chaves seccionadoras sob carga: São chaves seccionadoras que são construidascom dispositivos especiais de extinção de arco, em seus contatos fixos e móveis,capazes de interromper até a corrente nominal.

d) Disjuntores: É o equipamento de manobra cuja a função principal é a interrupção decorrentes de curto-circuito. Paralelamente o disjuntor deve ser capaz de interromperpequenas correntes indutivas e capacitivas sem sobre-tensões. Portanto sãoequipamentos que não oferecem qualquer limitação para quaisquer operações defechamento e abertura de circuitos. Na realidade, os chamados “disjuntores” sãotambém “conjuntores”, pois igualmente devem ser capazes de fechar quaisquercircuitos sob quaisquer condições de condução de corrente.

e) Chaves seccionadoras disjuntoras: São disjuntores que igualmente atendem ascondições de chaves seccionadoras. São construídas excepcionalmente e, pormotivos de serviço, somente para pequenas capacidades principalmente deinterrupção.

f) Contatores: são dispositivos de manobra para circuitos de baixa tensão, com afunção de uma chave, não manual, eletromagnética, que tem uma única posição derepouso e é capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condiçõesnormais de operação, inclusive sobrecargas no funcionamento.



5.1.2.2 PROTEÇÃO DE MOTORES

Nas instalações de motores o contator, que é o dispositivo de manobra utilizado, recebeo comando de alguns dispositivos de proteção atuando no desligamento do circuito. Outrosdispositivos de proteção atuam diretamente no desligamento do circuito, como por exemplo ofusível.

Alguns dispositivos de proteção tem sua utilização obrigatória em todo circuito dealimentação de motores. São os casos dos:

• Fusíveis;• Relês térmicos.

Outros dispositivos têm a sua utilização dependente do grau de proteção dado aocircuito, da sequencia de atuação da proteção e da manobra, do nível de redundância, etc.:

• Relês de sobrecarga;• Relês de tempo;• Protetores térmicos;• Relê de sequencia de fase;• Relê PTC;• Relê de falta de fase;• Relê de mínima e máxima tensão.

Na instalação dos circuitos de manobra e proteção são também necessáriosequipamentos que façam medidas e a alimentação do circuito auxiliar. Para tanto pode-seenumerar alguns tais como:

• Transformadores de corrente;• Transformadores de potêncial;• Controladores de nível;• Sensores;• Transformadores de comando, etc.

5.1.2.3 PROTEÇÃO DE GERADORES

Os dispositivos de proteção usuais podem ser classificados em duas categoriasprincipais e que compreendem:

a) medidas preventivas e dispositivos de proteção contra os defeitos exteriores aogerador;

b) proteção contra os defeitos internos dos mesmos.

Ao lado de alguns outros dispositivos não constituídos por meio de relês, tais comopára-raios, indicadores de circulação de óleo, termostatos, etc., os seguintes elementos fazemparte do primeiro grupo:


Módulo 4 – Geração de Energia

1) relês térmicos contra sobrecarga;2) relês temporizados, a máximo de corrente, contra curtos-circuitos;3) relês a máximo de tensão, contra as elevações de tensão devidas às manobras

normais do sistema;4) relês sensíveis a corrente de seqüência negativa, para proteção contra funcionamento

sob carga assimétrica, ou desequilibrada;5) relês de potência inversa, para impedir o funcionamento do gerador como motor,

etc.;

Já a proteção contra defeitos internos compreende, basicamente os seguintesdispositivos:

1) proteção diferencial contra curtos-circuitos entre elementos de fases diferentes;2) proteção contra defeitos à massa do estator;3) proteção contra defeitos à massa do rotor4) proteção contra curtos-circuitos entre espiras de mesma fase;5) proteção contra a abertura acidental ou não dos circuitos de excitação, etc.

Além disso, há ainda que se considerar outros dispositivos que, não sendo relês, estãointimamente ligados à proteção do gerador: os dispositivos de rápidas desexitação, que evitamuma destruição maior dos enrolamentos devido a tensão própria, e a proteção contra incêndio,que atua na extinção do fogo iniciado devido aos arcos voltaicos dos defeitos.

5.1.2.4 PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES

Deve-se considerar basicamente as proteções contra as sobrecargas e as de curtos-circuitos.

Para os grandes transformadores, na proteção contra os curtos-circuitos,desempenhando um papel importante na continuidade do serviço, a proteção diferencial e aproteção bucholz.

Para pequenas unidades (menores que 1000 kVA), e para os transformadores de médiapotência em sistemas radiais, os relês de sobrecorrente temporizados e os fusíveis.

Na proteção contra as sobrecargas usam-se imagens térmicas e relês térmicos.Embora a construção dos transformadores tenha atingido um nível técnico bastante

elevado, devem-se considerar duas causas principais de defeito nos sues isolamentos, eresultantes de sobretensões de origem atmosférica e de aquecimentos inadmissível dosenrolamentos devido a sobrecargas permanentes, ou temporárias repetitivas, mas que, mesmosendo toleráveis na exploração do sistema, conduzem ao envelhecimento prematuro doisolamento dos enrolamentos e, finalmente, aos curtos-circuitos entre espiras ou mesmo entrefases.

5.1.2.5 PROTEÇÃO DE BARRAMENTOS

A proteção seletiva dos jogos de barras adquire grande importância nas redes equipadascom sistemas de proteção, tais como a diferencial e por fio-piloto, e que em caso de defeito, nãopodem agir senão sobre trechos de linha bem delimitados. Nesse caso a deteção de defeito nas



barras, se não fosse específica, ficaria a cargo da proteção de reserva, em geral insuficientementeseletiva. Tal inconveniente seria menor se a rede estivesse protegida por meio de relês dedistância, caso em que a barra poderia ser protegida pela segunda zona do relé, uma razoávelsolução em muitos casos.

De um modo geral, contudo, a importância de uma rápida proteção de barras éconsiderável, pois que produzem-se grandes concentrações de energia nesses locais o queconduz, em caso de defeito, a grandes prejuízos materiais e a sérias perturbações à exploração dosistema elétrico.

Diversos fatores dificultam a generalização do emprego da proteção dos jogos de barras:

a) a existência de segurança de serviço e seletividade absolutas, já que osdesligamentos intempestivos podem ter repercussões desagradáveis sobre adistribuição da energia e sobre as conexões;

b) no caso de barras múltiplas, e/ou secionadas, a comutação a ser feitaautomaticamente nos circuitos dos auxiliares, em caso de defeito em uma seção,torna-se complexa, já que se exige para cada forma de acoplamento a manutençãoda seletividade.

Assim a estrutura da proteção depende das particularidades de cada caso. Basicamentehá, entre outras, as seguintes possibilidades:

a) colocação de relês temporizados tipo mínimo de impedância, nas linhas dealimentação da barra;

b) uso de relês de sobrecorrente, em conexão diferencial, ou relês diferenciaiscompensados, vendo-se a diferença entre as correntes que entram e saem da barra.

5.1.3 COORDENAÇÃO

Um sistema elétrico deve ser equipado com diversos dispositivos protetores,estrategicamente situados, destinados a protege-lo efetiva e seguramente contra todos os defeitosde isolamento ou outros funcionamentos anormais.

Para a proteção de um sistema são utilizados equipamentos como os relês, fusíveisdisparadores de ação direta, entre outros. Cada um desses dispositivos têm uma funçãoespecífica.

Tais dispositivos não atuam independentemente; pelo contrário, suas características deoperação devem guardar entre si uma determinada relação, de modo que uma anormalidade nosistema possa ser isolada e removida sem que as outras partes do mesmo sejam afetadas. Isto é,os dispositivos protetores devem ser coordenados para operação seletiva.

Nessas condições, podemos dizer que as finalidades da coordenação seriam:

a) isolar a parte defeituosa do sistema, tão próximo quanto possível de sua origem,evitando a propagação das conseqüências;

b) fazer esse isolamento, no mais curto tempo possível, visando a redução dos danos.



São usados para isto, tanto dispositivos protetores, quanto os fusíveis, os disparadores eos relês que vigiam constantemente os circuitos, como também dispositivos interruptores, quedesligam os circuitos quando necessários.

Um primeiro passo nesse estudo, seria a determinação das condições de operação(nominais, máxima e mínima, de sobrecarga), de defeito (diversas correntes de curto-circuito), emesmo de situações excepcionais como partida de motores, magnetização dos transformadores,etc. Necessita-se pois de um perfeito conjunto de informações iniciais, obtidas nas placas dosequipamentos, catálogos, medições diretas no campo ou dadas pelos fabricantes.

5.1.3.1 PROTEÇÃO DE LINHAS

Os mais importantes defeitos nas linhas são devidos aos curtos-circuitos, mas asobrecarga também precisa ser considerada.

Uma vez que nas redes de extra alta tensão se deva obter a máxima rapidez dedesligamento por motivos de manutenção da estabilidade, pode-se admitir, por vezes, em redesmenos sensíveis, tempos de desligamento atingindo até alguns segundos. Os equipamentos deproteção são tanto mais simples quanto menor for a exigência de alta velocidade nodesligamento, e a simplicidade é sempre um objetivo a ser procurado na proteção. São usuais osrecursos a seguir indicados.

a) Proteção temporizada, com relês de sobrecorrente de tempo definido, nos casos deredes radiais, ou nas redes em anel quando o disjuntor de acoplamento se abreinstantaneamente, em caso de curto-circuito, tornando a rede radial. Esta é umatécnica tipicamente européia.

b) Proteção temporizada, com relês de sobrecorrente de tempo inverso, nos casos demédia tensão, onde a corrente de curto-circuito, for largamente superior à correntenominal do relê, permitindo a coordenação dos tempos de desligamento dosdisjuntores sucessivos a partir do mais próximo ao defeito. Podem ter ainda umdispositivo de desligamento instantâneo, a máximo de corrente, particularmente útilem redes contendo cabos que não admitem senão uma carga limitada. Esta é umatécnica predominantemente americana.

c) Proteção direcional de sobrecorrente temporizada, usada nas redes de até 20kV, comalimentação unilateral, mas tendo linhas paralelas fechando-se sobre barramentoscomuns, ou no caso de linhas únicas, mas com alimentação bilateral.

d) Proteção com relês de distância para redes de altas e extra-altas tensões, bem comoredes de média tensão em malha e realimentação multilateral. É o padrão deproteção utilizado ultimamente.

e) Proteção diferencial longitudinal, por fio-piloto, usada nas linhas aéreas e em cabosde média e alta-tensão, tendo até cerca de 10km de comprimento, e nos quais sãoeventualmente inseridos transformadores. Para linhas curtas, de algumas centenas demetros, usa-se a proteção diferencial comum, semelhante à dos transformadores.

f) Proteção diferencial transversal, empregada como proteção seletiva para os cabos elinha aéreas paralelas, e baseada na diferença entre as correntes circulantes em cadalinha, em caso de defeito. Já que ela exige também relês direcionais e outros orgãosuplementares, só será usada quando não for razoável a proteção longitudinal ou ade distancia.



g) Proteção contra os defeito a à terra, usada nas linhas aéreas e cabos onde, em geral,o incidente mais freqüente é o defeito monofásico. Dependendo da forma de ligaçãoa terra, pode aparecer tanto corrente ativa, da ordem da nominal ou menor, comocorrentes capacitivas (rede com neutro isolado) também de baixo valor. Tanto relêssimplesmente indicadores quanto eliminadores, precisam ser utilizados, havendoesquemas clássicos.

A proteção contra sobrecarga deve permitir a máxima utilização da linha sem que oaquecimento resultante a danifique. Assim, quando a temperatura máxima for atingida, será dadoum sinal para que sejam tomadas medidas evitando-se o desligamento propriamente dito. Porisso são usados relês térmicos diversos com constante de tempo igual ou inferior àquela do caboa proteger.

Uma última observação diz respeito ao religamento automático, muito útil na presençade defeitos auto-extintores, (cerca de 80% dos casos). O religamento rápido é feito algunsdécimos de segundo , uma única vez, e aplicável somente a linhas aéreas, nunca aos cabos. Emredes de alta e extra-alta tensão, é utilizado o religamento monopolar, freqüentemente, mas oreligamento tripolar é preferido nas linhas muito longas (algumas centenas de quilômetros) etensões muito elevadas, devido a dificuldade da extinção do arco residual realimentado peloefeito capacitivo entre as fases. Nas redes aéreas de média tensão, com maior incidência dedefeito, e já que elas costumam ter neutro isolado ou aterrado por meio de resistência de grandevalor ôhmico, só o religamento automático tripolar é indicado.

5.1.4 PRINCÍPIOS DE COORDENAÇÃO

Costumamos dizer que dois dispositivos em série, ou cascata, estão coordenados se seusajustes são tais que ao segundo dispositivo, mais próximo da fonte, é permitido eliminar a faltacaso o primeiro, mais próximo do defeito, falhe na atuação. Denomina-se tempo ou degrau decoordenação o intervalo de tempo que separa as duas hipóteses anteriores, e que deve cobrir pelomenos o tempo próprio do disjuntor, mais o tempo próprio do relê e uma certa margem detolerância; por exemplo, em sistemas industriais (disjuntores até 8Hz) tal degrau é da ordem de0,4-0,5[s].

Naturalmente na busca de uma perfeita coordenação devemos respeitar certas diretrizespara o ajuste dos dispositivos; as limitações de coordenação fixadas pelos códigos; odesempenho térmico e dinâmico dos equipamentos; etc. Isso conduz o projetista a analisar, porvezes, muitos fatores contraditórios, polêmicos mesmo, tendo em vista aspectos de segurança,economia, simplicidade, previsão de expansão, flexibilidade, facilidade de manutenção e custo,por exemplo. Portanto é importante que o leitor saiba que um projeto de proteção depende dabusca de aprendizagem própria e análise de risco em suas decisões futuras.



5.2 DIAGRAMAS ELÉTRICOS

Para o projeto elétrico de um cubículo ou quadro, deve-se representar todos os seuscomponentes de tal forma que se obtenha uma visão global de toda a instalação, tanto sobaspecto de disposição e localização no sistema elétrico, como de sua função e desempenho.

Assim, a escolha adequada de um equipamento, determina o conhecimento detalhado desua função e comportamento, cuja definição é feita através de diagramas elétricos.

A representação gráfica de um sistema elétrico de potência, ou os diagramas elétricos,deve conter a maior quantidade possível de informações, com o objetivo de representarrealmente todos os componentes e funções especificadas. Consequentemente, vários são osdiagramas elétricos, que se tornaram os mais usuais. São eles:

• Diagramas Unifilares;• Diagramas Trifilares;• Diagramas funcionais;• Diagramas Construtivos (sinópticos, disposição de aparelho, etc.).

5.2.1 DIAGRAMA UNIFILAR

É um diagrama onde representa-se o circuito elétrico por uma de suas fases, daí o nomeunifilar. Neste diagrama devem aparecer destacadamente as partes as partes de força do sistema(aquelas que se destinam à condução de enrgia, como finalidade principal).



Figura 5.4 – Diagrama unifilar

Os aparelhos de manobra, tais como, seccionadores de passagem de aterramento,disjuntores, dispositivos de proteção e medição, tais como: pára-raios, transformadores depotência e de corrente, relês, fusíveis, etc.; são representados neste diagrama, sem entretantoentrar em detalhes da forma de conexão, de uma maneira mais quantitativa que qualitativa.

5.2.2 DIAGRAMA TRIFILAR

É a representação de um circuito elétrico, tomando em consideração suas três fases,sendo importante como subsídio para elaboração dos demais esquemas de detalhamento de umdeterminado projeto.

O diagrama trifilar, além de conter as informações básicas do diagrama unifilar, contémmuitos outros detalhes, que serão inclusive transportados para outros esquemas, dando umaexcelente idéia de conjunto.. Como inconveniente apresenta aquele de ser um desenho com todo



o conjunto, não devendo por esta razão ser usado para trabalhos específicos (como montagem),mas sim como ponto de referência.

Figura 5.5 – Diagrama trifilar – detalhe do cubículo de entrada do gerador

A figura 5.5 mostra o detalhe do disjuntos da entrada do gerador a partir do diagramaunifilar mostrado na figura 5.4. Para entendermos a relação entre os diagramas, os exemplosserão mostrados baseando-se no desenho da figura acima.

5.2.3 DIAGRAMA FUNCIONAL

A utilidade do diagrama funcional é mostrar de maneira esquemática como funcionamos equipamentos de proteção, controle e sinalização de uma instalações elétrica. Por estediagrama, pode-se identificar todas as restrições ao funcionamento de um disjuntor ou contator,por exemplo.

Portanto, as condições de operação são diferentes neste diagrama. Para um perfeitoentendimento destes diagramas, deve-se fixar os seguintes conceitos: Contato normalmenteaberto é o contato que está sempre aberto quando o equipamento está desenergizado; contatonormalmente fechado é o contato que está sempre fechado quando o equipamento estádesenergizado.

A tensão mais usual no Brasil para comando é de 125V CC.



Figura 5.6 – Diagrama funcional – disjuntor do gerador

5.2.4 DIAGRAMAS CONSTRUTIVOS

Os diagramas construtivos são diagramas auxiliares e muito importantes na montagemda instalação, em manutenção e em busca de defeitos. Os mais utilizados são:

• Diagrama de Fiação

Este diagrama mostra a ligação dos cabos de comando interligando os equipamentosentre casa de comando e o cubículo ou pátio onde os equipamentos e encontram. Como os cabosde comando sempre terminam em réguas de bornes, uma listagem indicando onde começa etermina cada ligação é bastante útil.

Figura 5.7 – Diagrama de fiação



5.2.4.1 DIAGRAMA SINÓPTICO

O diagrama sinóptico é a representação unifilar, do circuito elétrico, mostrandoprincipalmente os aparelhos de manobra (disjuntor e seccionador).

É utilizado sobre painéis de comando, de maneira a facilitar a operação do sistema.

Figura 5.8 – Diagrama sinóptico



5.3 CONSIDERAÇÃO A RESPEITO DE QUADROS ELÉTRICOS

Os quadros elétricos constituem pontos nodais em uma rede e servem para unir ouseparar e proteger as diferentes partes destas, permitindo a distribuição da energia elétrica paradiversos pontos da instalação.

A função básica dessas execuções é abrigar toda a aparelhagem elétrica de comando,controle, medição, sinalização etc., de forma que sejam montados mecanicamente em suportesapropriados, de modo a proteger as partes sob tensão expostas contra contatos acidentais, sejapor pessoas, animais ou objetos.

Essa proteção deverá se dar também em caso de avaria ou operação inadequada de umachave que possa causar perigo na parte exterior.

Os instrumentos, as lâmpadas de sinalização, os botões de comando, os acionamentosdas chaves, são normalmente instalados do lado externo, ou seja, na porta.

Os instrumentos de medição podem também ser instalados no interior, porém visíveisatravés de visor colocado na porta.

As características construtivas dessas execuções variam de acordo com o trabalho e asinstalações a que se destinam, isto é, para instalações ao ar livre ou abrigadas, para lugaresúmidos ou secos,, em áreas de possível explosão, poeirentas ou contaminados por agentescorrosivos.

Os painéis são feitos em chapa de aço dobrada e, para capacidades de 630A, 1000A e3000A em 500V CA ou 600V CC, são feitos conforme o princípio dos componentes modulares,propiciando futuras ampliações.

Os módulos apresentam flange, permitindo interligações entre elas. Normalmente osquadros são feitos para instalações abrigadas, porém, podem ser feitos para instalações ao tempo,sob condições especiais, e o dimensionamento dos aparelhos, sob o ponto de vista físico, defineo número de caixas que constituirão o quadro.

5.3.1 CLASSIFICAÇÕES

5.3.1.1 QUANTO A FUNÇÃO

A ABINEE (Associação Brasileira da Industria Elétrica e Eletrônica) através do gruposetorial de “Painéis de Baixa, Média e Alta tensão e Componentes”, realizou um estudo sobreclassificação de quadros elétricos quanto a função:

A) Quadro de BT até 1000V (VDE/IEC)

A1 – QUADRO DE COMANDO – é todo quadro destinado a comandar eletricamentequalquer processo e/ou equipamento por ação manual do operador.

Equipamentos:

1) Barramento;2) Fiação;3) disjuntores ou seccionadoras;4) fusíveis e bases;5) contatores;



6) relês;7) relês Auxiliares;8) botoeira;9) lâmpadas;10) voltímetros;11) amperímetros;12) seletores de amperímetros e voltímetros;13) transformadores de corrente;14) transformadores de potencial;15) medidores específicos de processo: termostato, cosfímetro, frequencimetro,

varímetro, wattiímetro, pressostato, etc.;16) isoladores.

A2 – QUADRO DE CONTROLE – destinado a controlar, automática e eletricmentequalquer processo ou equipamento elétrico. É composto pelos mesmosequipamentos dos quadros de comando e mais:

1) chaves seletoras;2) pirômetros indicadores e controladores;3) sensores térmicos;4) controladores de nível;5) eletrodos sensores de nível;6) sensores fotoelétricos;7) controladores de ph;8) válvulas solenóides;9) registradores;10) controle de pressão;11) controle de vazão;12) isoladores;13) e mais todos os equipamentos eletropneumáticos destinados a função de quadro.

A3 – QUADRO DE SINALIZAÇÃO – destinado a advertir através de sinais acústicose/ou ópticos, em um ou mais estágios, de qualquer alteração do sistemasupervisionado.

1) circuito perceptor de defeitos em CC ou CA: eletromecânico ou eletrônico, em relês,diodos, relês pisca-pisca ou circuito integrado, com indicção de falha com visoresluminosos e/ou acústico;

2) chaves seletoras;3) transformadores;4) retificadores;5) botoeiras;6) relês;7) fiação;8) receptores de sinal;9) instrumentos eletrônicos fotosensíveis para indicação.



B) Quadro de MT até 34,5 kV (VDE)

B1 – QUADROS DE ENTRADA DE CONCESSIONÁRIA

1) muflas;2) barramento;3) seccionadoras;4) transformadores de corrente e de potencial;5) contator;6) chaves de aferição;7) disjuntores;8) transdutores;9) voltímetros;10) botoeiras;11) fiação;12) bases de fusíveis;13) lâmpadas;14) amperímetros;15) seletores de tensão e de corrente;16) isoladores.

B2 – QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO – incluindo a distribuição, medição e sinalização.

1) disjuntores;2) comutadores de TAP (do transformador);3) demais aparelhos de medição e sinalização;4) isoladores;5) barramento, etc.

B3 – QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO – incluindo a distribuição, medição e sinalização

1) barramento;2) isoladores;3) disjuntoresa;4) seccionadoras;5) muflas;6) transformadores de corrente e potencial;7) voltímetros e comutador;8) amperímetros e comutador;9) botoeiras;10) lâmpadas de sinalização;11) cosfímetro;12) fiação;13) isoladores;14) medidores de kW, kVA, kW.h, etc.



B4 – METAL CLAD – quadro blindado, construido de disjuntores extraíveis que, umavez extraídos, impedem acesso ao barramento de MT.

1) barramento;2) disjuntores;3) transformadores de corrente e potencial;4) voltimetros e seletores;5) amperímetros e seletores;6) isoladores;7) relês de proteção; diretos (primário) e indiretos (secundário);8) fiação;9) bloqueios.

OBS: Toda a aparelhagem fica blindada.

C) Quadros de AT, acima de 34,5 kV

Para essa classe de tensão não é comum se construir quadros, a não ser para proteção ecomando, e painéis de controle ou mesas de controle no próprio local da subestação. Pelasnormas ANSI, esses quadros são denominados “STATION TYPE SWITCHGEAR”.

Normalmente os quadros e mesas de controle recebem alimentação de fontes auxiliaresem baixa tensão e são equipadas basicamente com os mesmos aparelhos listados para os quadrosde baixa tensão.

5.3.1.2 QUANTO AO LOCAL DE INSTALAÇÃO

Para o local de instalação admite-se como temperatura normal ambiente 35oC (valormédio durante 24h) e temperatura máxima no barramento de 65oC. Acima destes valores, deveráser previsto um sistema com ventilação forçada.

5.3.1.3 QUANTO AO GRAU DE PROTEÇÃO

Na escolha de equipamento de manobra e nas combinações, é necessário levar emconsideração os graus de proteção, além de características elétricas de funcionamento, tipo deacionamento e da finalidade a que se destinam. Os equipamentos de manobra e suascombinações somente podem operar satisfatoriamente quando os graus de proteção dos mesmoscorrespondem às condições de montagem.

a) Proteção contra influências externas.Para proteção contra acumulo de pó e água, os painéis devem ser fornecidos com

proteção especial.



b) Proteção a terra

As conexões para aterramento da instalação se localizam na parte inferior do painel; asconexões para interligações entre os painéi podem ser feitas por meio de pontes de cobre, ou pormeio de uma barra.

Para painéis que possuam carrinho extraível, a conexão de aterramento entre o carrinhoe a parte fixa é feita por meio de contatos deslizantes, dispostos de tal forma que, quando forextraído ou inserido até a posição de “ensaio”, o mesmo se encontra aterrado.

5.3.1.4 QUANTO AO TIPO DE CONSTRUÇÃO

a) Quadros com equipamentos fixos: esses quadros constam de vários painéisadjacentes, nos quais estão fixamente todos os dispositivos de manobra;

b) Quadros com equipamentos extraíveis: esses quadros constam de vários painéisadjacentes (sem seccionador) com gavetas ou carros extraíveis, sobre os quais sãofixados os dispositivos de manobra.

5.3.2 COMPORTAMENTO DOS METAIS (ESTRUTURA E BARRAMENTO)

Em vista do material empregado nos quadros elétricos, tanto na estrutura quanto nosbarramentos, ser metálico torna-se conveniente apresentar alguns conceitos que facilitarão acompreensão do texto nas solicitações elétricas que ainda serão discutidas.

5.3.3 CARACTERÍSTICAS DOS METAIS

As propriedades dos metais, que estão relacionadas com as resistências que os mesmosoferecem quando sujeitos a esforços de natureza mecânica, como tração, torção, compressão,choque, etc., determinam a forma de como poderão ser projetadas e executadas as estruturas, daía sua importância prática.

É de grande importância o estudo de certas características físicas e químicas dosmateriais, cujo conhecimento é fundamental para sua escolha e utilização.

Essas propriedades, que serão analisadas em seguida, são características dos cristais queformam o metalao passo que as propriedades mecânicas, por exemplo, dependem grandementedas imperfeições que ocorrem nesses cristais. As primeiras são insensíveis de certo modo, àestrutura cristalina dos metais e se relacionam a uma amostra particular de um material. Emoutras palavras, amostras diferentes de um mesmo metal apresentam essencialmente as mesmaspropriedades não sansíveis à estrutura, somente são identicas nas várias amostras do mesmomaterial, quando as condições de fabricação e tratamento forem perfeitamente idênticas.

5.3.3.1 DENSIDADE

É o peso por unidade de volume. Nas ligas, a densidade muda devido a alteraçãodamassa média dos átomos.



ELEMENTO SIMBOLO DENSIDADE[g/cm3]

PONTO DEFUSÃO [oC]

Alumínio Al 2,699 660Antimônio Sb 6,62 630

Cromo Cr 7,19 1890Cobre Cu 8,96 1083

Chumbo Pb 11,34 327Estanho Sn 7,30 232Ferro Fe 7,87 1539

Platina Pt 21,45 1773Níquel Ni 8,9 1455

Tungstênio W 19,3 3410Zinco Zn 7,13 419

Tabela 5.1 – Densidade e temperatura de fusão de alguns elementos

5.3.3.2 PROPRIEDADES TÉRMICAS

A elevação da temperatura dos materiais aumenta a vibração dos átomos. Comoconsequência, ocorre uma expansão térmica no reticulado cristalino, traduzida na prática por ummudança nas dimensões. Essa alteração dimensional é expressa em termos de coeficiente linearde dilatação térmica.

Outras propriedades térmicas são a capacidade calorífica e o calor específico (Cp)determina a quantidade de calor necessário nos processos metalúrgicos, tais como fundição outratamento térmico. Esse fato pode ser expresso pela equação:

dtCdQ p ⋅=

Por fim, outra propriedade térmica importante é a condutibilidade térmica, indicada porum coeficiente k, expressa em [cal/s.cm.oC], que define a capacidade condutora de calor de umasubstância.

5.3.3.3 PROPRIEDADES ELÉTRICAS

Dentre elas, a condutividade elétrrica é uma das mais importantes e que inclusive é aprpriedade que distingue os metais dos não metais. A tabela 5.2 apresenta a condutividade dealguns metais a 0oC.

METAL CONDUTIVIDADEELETRICA [Ohm.m]-1

Prata 66,0Cobre 64,5

Alumínio 40,0Ferro 11,5

Tabela 5.2 – Condutividade elétrica de alguns metais



5.3.3.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS

Relacionam-se com a resistência que os metais oferecem ao ataque do meio ambiente(corrosão) ou pelo efeito da temperatura (oxidação). As resistências à corrosão e à oxidação são,portanto, características de grande importância, em vista da influência que o meio circunvizinhoexerce sobre o metal, provocando diversos tipos de ataque. Normalmente a corrosão é medidapela espessura da superfície que se perde anualmente. Este acontecimento provoca umenfraquecimento na estrutura, com relação aos possíveis esforços mecânicos.

A necessidade de se utilizar metais em condições de ambiente freqüentementedesfavoráveis tem levado à utilização de ligas e ao emprego de tratamentos superficiais quepermitem aumentar a resistência à corrosão e à oxidação.

5.3.3.5 PROPRIEDADES MECANICAS

As propriedades mecânicas constituem as características mais importantes dos metaispara sua aplicação nos vários campos de engenharia, visto que o projeto e a execução dasestruturas metálicas são baseadas no seu conhecimento.

As propriedades mecânicas definem o comportamento de um material quando sujeitos aesforços de natureza mecânica e correspondem às propriedades que, em detrimento do material,determinam a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforços que lhe são aplicados, semromper ou sem que se produzam deformações incontroláveis.

Os esforços mecânicos aos quais estão sujeitas as estruturas são os mais variados. Elespodem ser aplicados lenta e gradualmente e, neste caso, a natureza do esforço é estático, como atração, a compressão, a torção, o dobramento, etc. Esses casos podem ocorrer, por exemplo,quando os metais estão sujeitos à dilatação por efeito da temperatura (caso típico de aquecimentoem barramentos devido a sobrecarga). Ainda o esforço mecânico pode ser aplicado de modorepentino. Nesse caso sua natureza é dinâmica e a causa pode ser proveniente de um curto-circuito.

Ao se projetar uma estrutura, no caso de cargas estáticas, depois de conhecidos osesforços aos quais a mesma está sujeita, adota-se um fator de segurança pelo qual é dividida aresistência adotada do material escolhido. O valor dessa divisão é chamado tensão mecânicaadmissível de trabalho.

As razões pelas quais a tensão de trabalho de um membro de uma estrutura devecorresponder a um valor inferior à resistência do material são inúmeras. Em primeiro lugar osmateriais tendem a se deteriorar em serviço pela ação do meio ambiente; em segundo lugarocorrem freqüentes variações na distribuição dos esforços adotados no projeto, provocados porsobrecargas (elevação de temperatura) em determinados trechos da estrutura; em terceiro lugar, édifícil garantir perfeição na fabricação de uma determinada peça, além de poderem serintroduzidos esforços adicionais provenientes do transporte, montagem e instalação da estrutura.

Os coeficientes de segurança variam grandemente em função do tipo de carga, do tipode material e das condições de serviço. Para materiais frágeis, que rompem praticamente semnenhuma deformação e que, portanto, não mostram antes da ruptura qualquer falha, oscoeficientes de segurança podem atingir valores de 5 a 8.

Em suma, as partes da estrutura, principalmente quando sujeitas a cargas estáticas,raramente rompem em serviço, graças ao coeficiente de segurança, a não ser que fiquemrepentinamente sujeitas a uma carga acidental de considerável grandeza (curto-circuito).



5.4 GRAUS DE PROTEÇÃO

Os invólucros dos equipamentos elétricos, conforme as características do local em queserão instalados e de sua acessibilidade, devem oferecer um determinado grau de proteção.Assim, por exemplo, um equipamento a ser instalado num local sujeito a jatos d’água, devempossuir um invólucro capaz de suportar tais jatos, sob determinados valores de pressão e ângulode incidência, sem que haja penetração de água. Os graus de proteção para equipamentoselétricos estão definidos na NBR 6146 por meio das letras características IP, seguida por doisalgarismos.

1º AlgarismoAlgarismo Indicação

0123456

Sem proteçãoCorpos estranhos de dimensões acima de 50mmCorpos estranhos de dimensões acima de 12mmCorpos estranhos de dimensões acima de 2,5mmCorpos estranhos de dimensões acima de 1,0mmProteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motorTotalmente protegido contra a poeira

Tabela 5.3 – 1º Algarismo: indica o grau de proteçãocontra penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental

2º AlgarismoAlgarismo Indicação

012345678

Sem proteçãoPingos de água na verticalPingos de água até a inclinação de 15º com a verticalÁgua de chuva até a inclinação de 60º com a verticalRespingos de todas as direçõesJatos de água de todas as direçõesÁgua de vagalhõesImersão temporáriaImersão permanente

Tabela 5.4 – 2º Algarismo: indica o grau de proteçãocontra penetração de água no interior do painel

As combinações entre os dois algarismos, isto é, entre os dois critérios de proteção,estão resumidos na tabela 5.5. Nota-se que, de acordo com a norma, a qualificação do motor emcada grau, no que se refere a cada um dos algarismos, é bem definida através de ensaiospadronizados e não sujeita a interpretações, como acontecia anteriormente.

As definições da NBR 6146 são suficientes para serem aplicadas aos quadros de baixatensão. Para os quadros de alta tensão, além da NBR 6146 (conforme visto anteriormente), ograu de proteção deve estar conforme as seguintes definições da norma NBR 6979:

• Conjunto de manobra e controle blindado: é o conjunto de manobra e controle eminvólucro metálico com o grau de proteção mínimo para as partes externas e internasde IP2X, no qual os componentes são dispostos em compartimentos separados pordivisões metálicas aterradas. Deve possuir compartimentos separados pelo menospara:



a) cada equipamento principal;b) componentes ligados a um dos lados de um equipamento de manobra principal, por

exemplo o circuito alimentador;

1º Algarismo 2º AlgarismoClasse deproteção Proteção contra contato Proteção contra corpos

estranhosProteção contra água

IP00 Não tem Não tem Não tem

IP02 Não tem Não tem Pingos de água até uma inclinação de15º com a vertical

IP11 Toque acidental com amão

Corpos estranhos sólidos dedimensões acima de 50mm

Pingos de água na vertical

IP12 Pingos de água até uma inclinação de15º com a vertical

IP13 Água da chuva até uma inclinação de60º com a vertical

IP21 Toque com os dedos Corpos sólidos estranhos dedimensões de 12mm

Pingos de água na vertical

IP22 Pingos de água até uma inclinação de15º com a vertical

IP23 Água da chuva até uma inclinação de60º com a vertical

IP44 Toque com ferramentas Corpos estranhos sólidos dedimensões acima de 1mm

Respingos de todas as direções

IP54 Proteção completa contratoque

Proteção contra acúmulo depoeiras nocivas

Respingos de todas as direções

IP55 Proteção completa contratoque


Jatos de água em todas as direções

IP(W)55 Proteção completa contratoques


Chuva, maresia

Tabela 5.5 – Graus de proteção

a) componentes ligados ao outro ladodo equipamento de manobra principal, porexemplo: conjunto de barras. Se houver mais de um conjunto de barras, cadaconjunto deve estar em compartimento separado;

b) componentes de baixa tensão.O equipamento de manobra principal deve ainda ser extraível, a fim de se

poder desloca-lo entre as posições: inserida, de ensaio, extraída e removida.Quando o TP for ligado ao barramento principal através de fusíveis, o

conjunto deverá estar alojado em compartimento separado, devendo ao menos osfusíveis estarem montados sobre dispositivos extraíveis.

No caso específico de ser necessária a instalação de equipamento nãoextraível em uma ou mais unidades de um conjunto blindado, apenas estas unidadesdevem atender à especificação de conjunto de manobra e controle simplificado, semprejuízo da classificação original do conjunto como blindado.

• Conjunto de manobra e controle com divisões de material isolante: conjunto demanobra e controle em invólucro metálico, com o grau de proteção mínimo para aspartes externas e internas de IP2X, no qual os componentes são dispostos em



compartimentos separados, como no conjunto de manobra e controle blindado, mascom pelo menos uma divisão de material isolante.

• Conjunto de manobra e controle simplificado: conjunto de manobra e controle eminvólucro metálico, com pelo menos uma das seguintes caractereísticas:

a) Que não tenha divisões, exceto para componentes de baixa tensão e entre cubículosadjacentes, com proteção mínima IP2X;

NOTA: com relação ao barramento principal a área de passagem entre cubículosadjacentes pode ter grau de proteção inferior a IP2X.

b) Número de compartimentos inferior ao necessário para conjunto de manobra econtrole blindado;

c) Que tenha divisões com grau de proteção inferior a IP2X

Além disso, para conjunto de manobra e controle simplificado só é necessárioespecificar o grau de proteção para a parte externa do invólucro, sendo IP2X o mínimoadmissível. Para conjuntos de manobra e controle blindados e conjuntos de manobra e controlecom divisões de material isolante, os graus de proteção devem ser especificados separadamentepara a parte externa do invólucro e para as divisões, não sendo admitido um grau de proteçãoinferior a IP2X.

Alguns defeitos, condições excepcionais de serviço, ou má operação do conjunto demanobra e controle podem ocasionar um arco interno. A ocorrência de um arco interno podeprovocar danos ou ferimentos a um operador nas proximidades do conjunto de manobra econtrole. Dessa forma é necessário que a maior proteção contra danos pessoais seja prevista,inclusive com a construção de dispositivos de alívio de sobrepressão, sendo no entanto oprincipal objetivo evitar-se a ocorrência desse arco, ou limitar sua duração e conseqüências. Atabela 6 indica os locais mais prováveis de ocorrência de falhas, assim como recomendaçõesimportantes.



Locais onde falhasinternas ocorrem com

mais freqüênciaPossíveis causas Exemplos de medidas a serem tomadas

Projeto inadequado Seleção de dimensões adequadas

Instalação defeituosaEvitar que as conexões em cabos se cruzemNo local deve ser feito comissionamento de pessoalespecializadoCompartimento de

cabosFalha em isolamento sólido oulíquido

Fazer inspeções regulares e efetuar ensaios dielétricosno localVerificar regularmente o nível dos líquidos

Seccionadores echaves deaterramento

Operação indevida

IntertravamentosManobra manual independenteCapacidade de estabelecimento em curto-circuitoInstruções a pessoal qualificado

Corrosão Uso de anticorrosivos e/ou graxasRevestimento protetor onde for necessárioConexões e contatos

Montagem defeituosa Inspeção por meios adequadosTransformadorespara instrumentos

Ferrorressonância Evitar essas influências elétricas através de projetoadequado do circuito

Disjuntores Manutenção inadequada Manutenção regular programadaInstrução a pessoal qualificado

Erro humanoLimitação de acessos por compartimentoIsolamento das partes vivasInstruções a pessoal qualificado

Envelhecimento do dielétrico Ensaios rotineiros de verificação do dielétricoPoluição, umidade, penetraçãode insetos, poeiras, etc.

Prevenir e verificar que as condições de serviçoespecificadas sejam respeitadas

Todos os locais

SobretensõesProteção contra descargas atmosféricasCoordenação adequada de isolamentoEnsaios dielétricos no local

Tabela 5.6 – Locais, causas e exemplos de medidaspara diminuir a probabilidade de falhas internas



5.5 CONDIÇÕES NORMAIS DE SERVIÇO

A NBR 6979, que trata do conjunto de manobra e controle em invólucro metálico paratensões acima de 1kV, é aplicada para projetos que estejam trabalhando nas seguintes condições:

a) a temperatura do ar ambiente não superior a 40oC, com média diária não superior a35oC e temperatura mínima não inferior a –5oC.

b) altitude não superior a 1000m

NOTA: Para altitudes superiores a 1000m, os valores de tensão nominal devem sermultiplicados pelo fator de correção dado na coluna 3 da tabela 5.7. Estacorreção pode ser dispensada, desde que no ensaio dielétrico as tensões deensaio sejam pelo fator de correção dado na coluna 2 da tabela 5.7.

Altitudes máximas[m]

Fator de correção para as tensões deensaio referidas ao nível do mar

Fator de correção para astensões nominais

(1) (2) (3)100015003000

1,001,051,25

1,000,950,80

NOTAS1 Valores intermediários podem ser obtidos por interpolação linear

2 Altitude não superior a 1000[m]Tabela 5.7 – Fatores de correção das tensões para altitudes superiores a 1000m



Valores máximos

Natureza do elemento (1),(2) Temperatura final[oC]

Elevação de temperaturapara um ambiente não

excedendo 40oC [k](1) (2) (3)

ContatosCobre nu ou liga de cobre nuaPrateados ou niquelados (4)

Estanhados (4),(5)

7510590

356550

Conexões parafusadas ou equivalentes (6)

Cobre nu liga de cobre nua ou liga de alumínio nuaPrateadas ou niqueladas (6)

Estanhadas

90115105

507565

InvólucrosPartes manipuladasPartes acessíveisPartes inacessíveis

5070110

103070

Segundo a sua função, a mesma parte pode pertencer a diversas categorias listadas nesta tabela.Neste caso, os valores máximos permissíveis de temperatura e elevação de temperatura a seremconsiderados são os menores entre as categorias correspondentes.A elevação de temperatura das partes metálicas, condutoras ou não, deve ser limitada ao valor admissívelpara a classe de temperatura do material isolante utilizado em contato com as mesmas. Todas asprecauções necessárias devem ser tomadas para que nenhum dano seja causado aos materiais isolantescircunvizinhos.Quando partes do contato tem revestimentos diferentes, as temperaturas e as elevações de temperaturaspermissíveis devem ser aquelas da parte que tem o valor permitido nesta tabela.A qualidade do revestimento dos contatos devem ser tal que uma camada de material de revestimentopermaneça na área de contato após os ensaios de estabelecimento e interrupção (se existirem), correntesuportável de curta duração e resistência mecânica. Caso contrário os contatos devem ser consideradosnus.Para contatos de fusíveis, a elevação de temperatura deve ser conforme as normas pertinentes.Quando as partes de conexão tem diferentes revestimentos, as temperaturas e elevações de temperaturapermissíveis devem ser aquelas da parte que tem maior valor permitido nesta tabela.

Tabela 5.8 – Limites de temperatura admissíveis

a) ar ambiente não poluído por poeira, fumaça, maresia, gases e vapores corrosivos ouinflamáveis, em concentrações tal que possam alterar as características doequipamento.

b) para uso exterior, presença de condensação ou chuva, neve, camada de gelo ougeada de até 5Kg/m2, mudanças bruscas de temperatura, pressão do vento de 700Pae os efeitos da radiação solar.

NOTA: Isto não implica que o conjunto de manobra e controle para uso exterior suportea corrente nominal sob todas as condições de radiação solar sem exceder aelevação de temperatura especificada na tabela 8.

Também devem ser tomadas medidas apropriadas para assegurar a operaçãocorreta de componentes tais como relês, que não sejam previstos para estascondições.



5.6 CONSIDERAÇÕES DE NORMALIZAÇÃO

Deve-se sempre seguir uma determinada norma (ABNT, ANSI, IEC, etc.) para aexecução de um diagrama elétrico, tanto no que se refere ao projeto, a simbologia, como natécnica de execução.

Alguns pontos importantes devem ser destacados.Todos os diagramas devem ser elaborados considerando a instalação sem tensão e sem

corrente (portanto desligada) e os aparelhos em sua representação básica. Quaisquer exceçõesdevem ser indicadas claramente.

Os bornes dos equipamentos e aparelhos não devem necessariamente fazer parte detodos os diagramas.

Finalmente, devemos lembrar que da exatidão de um diagrama elétrico, dependediretamente da execução correta de uma instalação, é necessário que se conheça profundamenteas características dos equipamentos e aparelhos a serem utilizados para poder representa-los,convenientemente.

As considerações da norma IEEE C 37.20.2 - 1993 inclui painéis de 240V até 69kV(tanto baixa tensão quanto média tensão) destinadas ao controle e proteção de geração,conversão e distribuição de energia, e não se aplicam a painéis abertos, painéis de controleindustrial e de comutação de navios.

A ABNT utiliza como base das normas a IEC 298.

5.6.1 DEFINIÇÕES (SEGUNDO IEEE C 37.20.2 – 1993)

Os tipos de painéis metálicos Metal Enclosed são divididos em:

• Painéis tipo Metal Clad• Painéis tipo Cubicle• Painéis tipo Interrupter• Painéis tipo Baixa Tensão

Todos estes painéis devem ter as paredes e o teto metálicos. Não é obrigatório que opiso seja metálico.

5.6.1.1 PAINÉIS METAL CLAD

• O disjuntor deve ser removível, com contatos auto-alinhantes e auto-encaixantes.• As partes principais do circuito primário, que são disjuntor, barramentos, TP´s e

TC´s, devem estar completamente envolvidos em compartimentos metálicosaterrados, que não podem ter aberturas “intencionais” (a norma não explica o quesão “aberturas intencionais”).

• Especificamente o disjuntor deve ter uma chapa metálica que quando ele estiverconectado, e a porta de acesso aberta, não exponha componentes do circuitoprimário.

• Todas as partes vivas devem estar envolvidas em compartimento metálico.



• Guilhotinas automáticas são obrigatórias nas entradas dos disjuntores.• Todos os barramentos e conexões do circuito primário devem estar revestidos de

material isolante de “cabo a rabo”.• Intertravamentos mecânicos devem ser providenciados para assegurar uma

seqüência segura de operação.• Todos os instrumentos, relês, medidores e sua fiação devem ser isolados do circuito

primário por barreiras metálicas (com exceção de pequenos trechos de fiação deligação com os transformadores).

• As portas pelas quais entram os disjuntores podem ser usadas como painel deinstrumentos e relês. Portas internas auxiliares também podem ser citadas paracolocação de instrumentos ou fiação.

5.6.1.2 PAINÉIS CUBICLE

Estes painéis são para 14,4, 34,5 e 69kV. Esses quadros devem conter os seguintesequipamentos:

• Equipamentos de potência de cada fase do circuito primário separado e envolvidopor um compartimento metálico.

• Disjuntores fixos.• Seccionadoras operadas em grupo, intertravadas com disjuntores para isola-los.• Barramento e suas conexões em cobre nú.• Transformadores para instrumentação• Cabeamento de controle e dispoitivos acessórios.

5.6.1.3 PAINÉIS INTERRUPTER

Painéis para tensões de 4,16, 7,2, 13,8, 14,4, 23,0 e 34,5kV. Estes painéis osdispositivos que forem necessário abaixo listados.

• Chaves seccionadoras• Fusiveis• Barramento e conexões• Transformadores para instrumentação• Cabeamento de controle e dispositivos acessórios

Tanto as seccionadoras quanto fusíveis podem ser fixos ou extraíveis. Quandoextraíveis devem possuir intertravamento mecanico para proteção na operação.



5.6.1.4 PAINÉIS BAIXA TENSÃO

Painéis individuais ou múltiplos, devem conter:

• Disjuntores de baixa tensão com ou sem fusíveis.• Barramento e conexões• Transformadores para instrumentação e controle• Dispositivos de instrumentação, medição e relês.• Cabeamento de controle e dispositivos acessórios

Os disjuntores de baixa tensão estão contidos em compartimento metálicos individuais esão controlados remotamente ou a partir do painel frontal. Podem ser fixos ou removíveis.Quando extraíveis devem possuir intertravamento mecânico para garantir uma operação correta esegura.



6 PRODUÇÃO INDEPENDENTE DE ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL

6.1 INTRODUÇÃO

Foi introduzido no Brasil, em 07 de julho de 1995, o personagem “ProdutorIndependente de Energia Elétrica”, quando a Lei nº 9074, em seu artigo 11, estabeleceu que“Considera-se Produtor Independente de Energia Elétrica a pessoa jurídica ou empresas reunidasem consórcio que recebam concessão ou autorização do poder concedente, para produzir energiaelétrica destinada ao comércio de toda ou parte da energia produzida, por sua conta e risco”.

A mesma lei, estabeleceu que o Produtor Independente de Energia Elétrica – PIE estariasujeito a regras operacionais e comerciais próprias e dispôs sobre como poderia ser procedida avenda de energia elétrica pelo mesmo.

Com modificações introduzidas pela Lei nº 9427, de 26/12/96 e Lei 9648, de 27/05/98,na lei 9074; foram estabelecidas as condições para que o PIE recebesse concessão ouautorização. Ficou estabelecido então, que é objeto de autorização o aproveitamento depotenciais hidráulicos, destinados à produção independente, de potência superior a 1 MW e igualou inferior a 30 MW. No caso de potência superior a 30 MW, há necessidade de obtenção deconcessão de uso de bem público, em processo de licitação. Quanto às termelétricas destinadas àprodução independente são objeto de concessão, mediante licitação, ou autorização, sem que alei explicite quando um ou outro processo.

A lei 9074 tornava legalmente possível a produção independente no Brasil, mas erainsuficiente para que o “negócio produção independente” fosse viável. O Decreto 2003, de10/9/96, que regulamenta a produção de energia elétrica por Produtor Independente e porAutoprodutor, definindo, inclusive, que em se tratando de termelétrica será aplicado oinstrumento da autorização, como é descrito no parágrafo abaixo retirado do decreto no 2003, de10/9/96:

“Artigo 4º - Dependem de autorização:

I – a implantação de usina termelétrica de potência superior a 5MW, destinada aautoprodutor e a produtor independente;

II – o aproveitamento de potencial hidráulico de potência superior a 1MW e igual ouinferior a 10MW, por autoprodutor.

Artigo 5º - O aproveitamento de potencial hidráulico igual ou inferior a 1MW e aimplantação de usina termelétrica de potência igual ou inferior a 5MWindependem de concessão ou autorização, devendo, entretanto, sercomunicada ao órgão regulador e fiscalizador do poder concedente, para finsde registro.”

Em 16/10/96 surgiu oficialmente o primeiro PIE no Brasil a COPENE – Petroquímicado Nordeste S/A, até então atuando na condição de autoprodutor. Pela Portaria do Ministro deMinas e Energia nº 321, de 15/10/96, publicada no dia seguinte, a COPENE, com sede emCamaçari, na Bahia, foi “autorizada a funcionar como produtor independente de energia elétrica”por meio de usinas termelétricas, utilizando óleo combustível, com potência total de 245 MW.

Somente oito meses depois viria a primeira autorização para implantação de umempreendimento novo na condição de produção independente. Pela Portaria do Ministro de



Minas e Energia nº 180, de 25/06/97, a AES Uruguaiana Empreendimentos Ltda., com sede emSão Paulo, SP, foi autorizada a funcionar como PIE e a estabelecer usina termelétrica movida agás natural, denominada UTE Uruguaiana, com 456 MW, no Rio Grande do Sul. Estaautorização decorreu de processo de licitação para compra de energia elétrica conduzido pelaCEEE, dirigido a PIE, que se constituiu no primeiro processo com tal objetivo e característicasrealizado no País.

Importante regulamentação relativa à produção independente de energia elétrica noBrasil ocorreu em 10/11/97 com a Portaria do DNAEE nº 459 a qual fixa as condições para autilização dos sistemas de transmissão e de distribuição pertencentes a concessionários epermissionários de serviço público de energia elétrica, mediante pagamentos pelo uso e pelarespectiva conexão.

Em 26/05/97 foi outorgada a primeira concessão para uso de bem público, voltado aaproveitamento hidráulico destinado à produção independente. O decreto de 26/05/97 outorgouconcessão a consórcio denominado Porto Estrela, para a UHE Porto Estrela, a ser construída emMinas Gerais, com 112 MW. Consórcio constituído por CEMIG, CVRD, Nova Era Silicon S/A eCOTOMINAS.

Se menos significativos são os valores de potência instalada, autorizada, ou concedida,relativos à produção independente no Brasil, da ordem de 3.600 MW, muito significativos são osnúmeros relativos a futuras concessões e autorizações previstas para tal modalidade.

A sinopse publicada pelo DNAEE, em novembro de 1997, mais especificamente noPrograma de Licitação de Concessões – Plano de Expansão 1995/2004 (atualizado para 1997 –2006),informava que:

• seriam 20 as Usinas Hidrelétricas a serem objeto de licitação em 98, todasdestinadas à produção independente e, ou autoproduções, totalizando 1917 MW(potência média 95 MW); seriam 25 Usinas Hidrelétricas objeto de licitações em1999, todas destinadas à produção independente e, ou autoprodução , totalizando17.281 MW (potência média 691 MW), ou totalizando 6281 se excluída a UHEBelo Monte com 11.000 MW (potência média das 24 usinas, sem Belo Monte, de261 MW);

A opção pela Produção Independente é confirmada pela Lei 9684, de 27/05/98,regulamentada pelo Decreto 2655, de 02/07/98, especialmente ao estabelecer que “em caso deprivatização de empresa detentora de concessão ou autorização de geração de energia elétrica, éigualmente facultado ao poder concedente alterar o regime de exploração, no todo ou em parte,para produção independente”.

Como resumo de todas as portarias e despachos realizados até 07/05/99, podemos resumiras condições mínimas para a regulamentação junto a ANEEL pela seguinte tabela:



Processo de regularização junto ao poder concedente – ANEEL

Usina Registro Autorização Licitação

Térmica Até 5 MVA Acima de 5 MVA Acima de 5 MVA*

Hidráulica Até 1 MVA De 1 até 30 MVA Acima de 30 MVA* Para serviço público

Observações:

• Registro: significa dispensa de concessão, autorização ou permissão, necessitandoapenas comunicação ao Poder Concedente - ANEEL;

• Concessão para Geração: 35 Anos;• Concessão para Distribuição e Transmissão: 30 Anos;• Renovação de Concessão (Geração/Transmissão e Distribuição): 20 Anos;• A autorização para exploração de um aproveitamento fica condicionada à

apresentação do Projeto Básico, acompanhado, no mínimo, do protocolo do órgãogestor do Meio Ambiente, que comprove o início do processo dos licenciamentospertinentes.

6.2 LIGAÇÃO EM AUTOPRODUTORES EM PARALELO COM O SISTEMA DEDISTRIBUIÇÃO

Abaixo tem-se os requisitos mínimos necessários para a interligação de consumidoresAutoprodutores de Energia Elétrica e de Produtores Independentes de Energia Elétrica (PIE) emparalelo com a rede de distribuição das concessionárias, sob os aspectos de:

• Paralelismo;• Proteção contra faltas;• Projeto elétrico.

6.2.1 PARALELISMO

O comportamento das cargas nas redes elétricas é bastante dinâmico e, portanto, énecessário que o sistema de geração atenda tais variações ao longo do tempo. Levando isto emconsideração, torna-se conveniente a colocação de duas ou mais unidades em paralelo pois:

• Com apenas um grupo em operação, muitas vezes o gerador funcionará fora dassuas características ótimas e, assim, o rendimento do conjunto será baixo;

• A utilização de apenas um gerador, o qual forneça toda a potência de uma central, éde difícil fabricação (impossível, em grande parte dos casos);

• Nos casos citados acima, a ocorrência de um problema qualquer leva à perda totalda geração;



• Considerando os mesmos motivos, é impossível a parada do gurpo para executaratividades de manutenção;

Tendo em vista estes fatores, pode-se afirmar que a operação em paralelo de geradoresapresenta as seguintes características como vantagens:

• Aumento da confiabilidade, pois, na ocorrência de algum problema com umgerador, as cargas serão alimentadas pelas unidades restantes (em algumasinstalações que empregam a auto-produção poderá ser necessário rejeitar as cargasmenos prioritárias);

• Existe uma maior facilidade de estabelecer um cronograma adequado demanutenção das máquinas, pois podem existir unidades como reserva;

• Dividindo-se a carga total em várias máquinas, os seus tamanhos e custos sãomenores;

• Otimização do funcionamento das máquinas em função do comportamento da cargae da fonte de energia primária, ou seja, é possível sempre estabelecer um rendimentoótimo para condições específicas.

6.2.1.1 CONDIÇÕES PARA O PARALELISMO

Para que os geradores síncronos sejam ligados em paralelo a uma rede comum, elesdevem possuir exatamente a mesma freqüência, ou seja, devem girar em sincronismo. Se houveralguma oscilação da velocidade em função do sistema, pode-se gerar, na malha dos geradores emparalelo, uma corrente de circulação que pode causar um sobreaquecimento nos enrolamentosdos geradores além que gerar conjugados sincronizantes para compensá-la, produzindo entãoesforços excessivos no eixo, podendo danificá-los.

Para evitar esta “corrente de circulação” faz-se necessário que a tensão a ser gerada sejarigorosamente igual ao sistema ao que será acoplada em paralelo. Para isto, é necessário que astensões geradas pela máquina, em relação ao sistema:

• Tenham a mesma forma de onda;• Tenham a mesma freqüência;• Tenham o mesmo valor eficaz;• Tenham a mesma seqüência de fase (para geradores trifásicos);• Tenham defasagem nula entre as respectivas ondas de tensão.

6.2.1.2 MÉTODOS PARA O SINCRONISMO

Para a colocação de um gerador em paralelo com uma rede deve-se avaliar váriasgrandezas como tensões e freqüências através de voltímetros e frequencímetros, onde é muitoutilizado o aparelho de dupla escala (comparadores). Uma das escalas informará a grandeza dosistema e a outra, a do gerador que será ligada em paralelo.

Os ajustes das tensões são feitos pela atuação na excitação, enquanto que o ajuste dafreqüência será feito na máquina primária.



Além dos dados de tensão e freqüência, deve-se verificar o defasamento nulo entre astensões (o sincronismo) que pode ser feito através de um instrumento chamado de“sincronoscópio”.

Quando as freqüências de ambos os sinais são iguais, o ponteiro alinha-se em umaposição pré-determinada, conhecido no jargão técnico como “mosca”; quando tem-se estasituação, é o momento exato de fechar o paralelismo.

Hoje em dia pode-se utilizar sincronoscópios digitais (relés de sincronismo), de formabastante simplificada, possuindo um sistema de produção de pulsos cuja largura é proporcional àfreqüência e sua amplitude, à tensão. O número de pulsos são contados em intervalos definidos eum sistema comparador define o momento exato do paralelismo. O sincronismo pode serautomático ou manual. Caso se opte pelo método manual, o relé só permitirá o fechamento dodisjuntor de paralelismo quando o gerador e a rede estiverem sincronizados.

Existem outros métodos, dentre eles o mais conhecido é chamado de “fogo girante”.Nele estão presentes três lâmpadas ligadas duas à fases trocadas e, a terceira, à fase de mesmonome. Quando as tensões correspondentes do gerador e do sistema estiverem exatamente emfase, as lâmpadas das fases trocadas acenderão (defasamento de 120º entre elas), enquanto aterceira lâmpada estará apagada. Neste instante deve-se fechar o paralelismo.

6.2.2 PROTEÇÃO CONTRA FALTAS

Para compreender um pouco sobre proteção contra faltas, faz-se necessárioconhecermos a nomenclatura ANSI dos relés utilizados para a proteção de geradores,transformadores e linhas de transmissão.

6.2.2.1 NOMENCLATURA PARA RELÉS (NBR 5175 – MAIO 1988)

No Nome da Função Descrição Geral Exemplo

01 Elemento principal (masterelement)

Dispositivo iniciador que serve, seja diretamente oupor intermédio de outros dispositivos, tais como relésde proteção e relés de tempo, para colocar ou retirarum equipamento de operação.NOTAA : este número é normalmente usado para um

dispositivo operado manualmente, emborapossa também ser usado para um dispositivoelétrico ou mecânico para o qual nenhumoutro número de função é adequado.

Chave de controle paradisjuntore,s seccionadores, etc.

02Relé de tempo de partidaou fechamento (time-delaystarting, or closing-relay)

Dispositivo que realiza um temporização antes oudepois de qualquer ponto de operação em umasequência de manobra ou em um sistema de relés deproteção, exceto quando especificamente previstopelas funções 48, 62, 79.

03Relé de verificação deintertravamento (chekingor interlocking relay)

Relé que opera em resposta a posição de um certonúmero de outros dispositivos (ou a um certonúmero de condições predeterminadas) em umequipamento, para permitir o prosseguimento ou ainterrupção de uma sequência de operações ou paraefetuar uma verificação da posição destesdispositivos ou destas condições.

Relé de verificação da posiçãodos seccionadores.

04 Contactor mestre (mastercontactor)

Dispositivo que serve para fechar e abrir os circuitosde controle necessários para colocar umequipamento em funcionamento sob as condiçõesdesejadas e retirá-lo de operação sobre outrascondições.

Contator usado para controlaro número de elementos deuma bateria a serem ligados aocircuito consumidor.



05 Dispositivo de parada(stopping device)

Dispositivo de controle usado principalmente pardesligar um equipamento e mantê-lo fora defuncionamento. Este dispositivo pode ser acionadomanual ou eletricamente, mas exclui a função detravamento elétrico em condições anormais (verfunção 86).

06 Dispositivo de partida(starting circuit breaker)

Dispositivo cuja principal função é ligar uma máquinaà sua fonte de tensão de partida.

07 Dispositivo de anodo(anode circuit breaker)

Dispositivo usado nos circuitos de anodo de umretificador de potência, com a finalidade principal deinterromper o circuito do retificador se ocorrer umarco de retorno.

08

Dispositivo desligador decircuito de controle(control powerdisconnecting device)

Dispositivo desligador, tal como chave de faca,disjuntor, seccionador, chave fusível, usado com afinalidade de ligar e desligar barras e equipamentosde controle à fonte.NOTAA : uma fonte auxiliar que alimenta

equipamentos, como pequenos motores ouaquecedores, é considerada também como“fonte de alimentação de controle”.

Disjuntor em caixa moldadausado para proteção doscircuitos de comando CC.

09 Dispositivo de inversão(reversing device)

Dispositivo usado com a finalidade de inverter ocampo de uma máquina ou de realizar quaisqueroutras funções de inversão.

10Chave de sequência dasunidades (unit sequenceswitch)

Chave usada em equipamentos constituídos dediversas unidades, para alterar a sequência na qualas mesmas são colocadas ou retiradas defuncionamento.

11 Reservada para futuraaplicação

12Dispositivo deacoplamento direto (over-speed device)

Chave de velocidade, de acoplamento direto, queatua sobre a velocidade da máquina

13Dispositivo de velocidadesíncrona (synchronous-speed device);

Dispositivo que atua aproximadamente à velocidadesíncrona de uma máquina

Chave de velocidadecentrífuga, relé de frequênciade escorregamento, relé detensão e relé de sobrecorrente.

14Dispositivo desubvelocidade (under-speed device)

Dispositivo que funciona quando a velocidade deuma máquina cai abaixo de um valor predeterminado

15

Dispositivo equalizador develocidade ou defrequência (speed oufrequency matchingdevice)

Dispositivo que funciona para equalizar e manter avelocidade ou a frequência de uma máquina ou deum sistema, igual ou aproximadamente igual à deuma outra máquina, fonte ou sistema.

16 Dispositivo de carga parabateria.

Dispositivo de carga para bateria com controleautomático de tensão.

17Chave de contorno ou dedescarga (shunting, ordischarge, switch)

Chave que serve para abrir ou fechar um circuito decontorno em paralelo com qualquer parte doequipamento (exceto resistor), tal como campo damáquina, armadura de máquina, capacitor ou reator.NOTAA : isto exclui dispositivos que realizam

operações de derivação que possam sernecessárias no processo de partida de umamáquina pelos dispositivo 06 ou 42, ou seusequivalentes, e também exclui a função 73,que serve para a manobra de resistores.

18

Dispositivo de aceleraçãoou desaceleração(accelerating oudecelerating device)

Dispositivo usado para fechar ou causar ofechamento de circuitos utilizados para aumentar oureduzir a velocidade de uma máquina.



19

Dispositivo de transiçãopartida-funcionamento(starting-to-runningtransition contactor)

Dispositivo que opera para iniciar ou causar atransferência automática da ligação de uma máquinada fonte de partida para a de funcionamento.

20Válvula operadaeletricamente (electricallyoperated valve)

Válvula operada, controlada e monitoradaeletricamente, usada em um duto para fluído.

21 Relé de distância (distancerelay)

Relé que atua quando a admitância, a impedância oua reatância do circuito aumenta ou diminui emrelação a valores predeterminados.

22 Disjuntor equalizador(equalizer circuit breaker)

Disjuntor que serve para controlar ou para abrir oufechar as ligações equalizadoras ou de equilíbrio decorrente para o campo de uma máquina ouequipamento de regulação, em uma instalação deunidades múltiplas.

23Dispositivo de controle detemperatura (temperaturecontrol device)

Dispositivo que atua para elevar ou abaixar atemperatura de uma máquina ou outro equipamento,quando sua temperatura for maior ou menor do queum valor predeterminado.

Termostato

24 Reservado para futuraaplicação

25

Dispositivo desincronização ou deverificação de sicronismo(synchronizing, orsynchronism-check,device)

Dispositivo que opera quando dois circuitos de CAestão dentro dos limites desejados de frequência,ângulo de fase e tensão, para permitir ou efetuar asincronização destes dois circuitos.

Relé de verificação desincronismo para religamentoautomático de disjuntor.

26Dispositivo térmico doequipamento (apparatusthermal device)

Dispositivo que atua quando a temperatura de umequipamento ou parte dele, ou de um meio detransferência de calor, sai de limites predeterminados

Indicador de temperatura doóleo de um transformador,com contatos.

27 Relé de subtensão (undervoltage relay)

Relé que atua quando a sua tensão de entrada émenor do que um valor predeterminado.

28 Detector de chama Dispositivo que detecta a presença de chama pilotoou da principal em equipamentos

Caldeiras, turbinas a gás.

29 Seccionador (isolatorcontactor)

Dispositivo usado expressamente para isolar umcircutio de outro em caso de operação deemergência, manutenção ou ensaio.

Chave faca.

30 Relé anunciador(annunciator relay)

Dispositivo de rearme não automático que dá umcerto número de indicações visuais separadasquando da atuação de dispositivos de proteção,podendo ainda ser utilizado para desempenhar afunção de travamento.

31Dispositivo de excitaçãoem separado (separateexcitation device)

Dispositivo que liga um circuito, tal como oenrolamento de campo de um conversor síncrono, auma fonte de excitação separada durante asequência de partida; ou que energiza os circuitos deexcitação e de disparo de um retificador de potência.

32 Relé direcional de potênica(directional power device)

Relé que atua quando um fluxo de potência circulano sentido contrário ao predeterminado.

Atuação do dispositivo quandoda motorização de um gerador.

33 Chave de posição (positionswitch)

Chave que atua quando o dispositivo controladoatinge uma dada posição. Chave fim de curso.

34Dispositivo mestre desequência (motor-operatedsequence switch)

Dispositivo que estabelece ou determina a sequênciade operação dos dispositivos principais em operaçõesseqüenciais de manobra.

Chave motorizada de contatosmúltiplos.Controladores lógicosprogramáveis.



35

Dispositivo paraposicionamento dasescovas ou para curto-circuitar os anéis coletores(brush-operating, or slip-ring short-circuitingdevice)

Dispositivo para levantar, abaixar ou deslocar asescovas de uma máquina, para curto-circuitar seusanéis coletores, ou para engatar ou desengatar oscontatos de um retificador mecânico.

36

Dispositivo de verificaçãoda polaridade ou da tensãode polarização (polaritydevice)

Dispositivo que aciona ou permite o acionamento deum outro, somente com uma polaridadepredeterminada, ou verifica a presença de umatensão de polarização em um equipamento

37Relé de subcorrente ousubpotência (undercorrentor under power relay)

Relé que opera quando a corrente ou a potênciaforem inferiores a um valor predeterminado.

38Dispositivo de proteção demancal (bearing-protectivedevice)

Dispositivo que atua quando a temperatura domancal excede um valor predeterminado ou poroutras condições mecânicas anormais a eleassociadas.

39 Monitor de condiçãomecânica

Dispositivo que atua por ocorrência de uma condiçãomecânica anormal (exceto aquela associada commancais, coberta pela função 38).

Vibração, excentricidade efalha de vedação.

40 Relé de campo (field relay) Relé que atua por perda de corrente de excitação decampo de uma máquina.

41 Disjuntor de campo (fieldcircuit breaker)

Dispositivo que opera para aplicar ou remover aexcitação do campo de uma máquina.

42Disjuntor (contator)funcionamento (runningcircuit breaker)

Dispositivo cuja principal função é ligar uma máquinaà sua fonte de tensão de funcionamento, após tersido conduzida a velocidade desejada.

Chaves à óleo para bancos decapacitores.

43

Dispositivo ou seletor detransferência manual(manual transfer orselector device)

Dispositivo operado manualmente que transfere oscircuitos a fim de modificar o modo de operação doequipamento de manobra ou de outros dispositivos.

Chave seletora paraamperímetro, voltímetro, desincronismo de religamento.Chave de transferência deproteção.

44Relé de partida seqüencialde unidade (unit sequencestarting relay)

Relé que atua para dar partida à unidade seguinteem um equipaemtno de unidades múltiplas, por falhaou disponibilidade da unidade precedente.

45 Monitor de condiçãoatmosférica

Dispositivo que atua na ocorrênica de condiçãoambiental anormal, tal como gases nocivos, misturasexplosivas, fumaça ou fogo.

Detetor de fumaça.

46

Relé de corrente desequência negativa(reversephase, ou phase-balance, current relay)

Relé que atua quando as correntes polifásicasestiverem em sequência inversa de fase ou quandoestiverem desequilibradas, ou contiveremcomponentes de sequência negativa acima de umdado valor.

Relé de sobrecorrente desequência negativa.

47Relé de sequência de fasede tensão (phase-sequence voltage relay)

Relé que atua para um valor predeterminado detensão polifásica na sequência de fase estabelecida.

48Relé de sequênciaincompleta (incompletesequence relay)

Relé que geralmente retorna o equipamento para aposição normal ou desliga e o bloqueia se asequência normal de partida, operação ou paradanão for completada adequadamente dentro de umtempo predeterminado.

49Relé térmico deequipamento (machine, ortransformer, thermal relay)

Relé que atua quando a temperatura de umequipamento excede um valor predeterminado.

Controlador de temperatura deum retificador de potência

50

Relé de sobrecorrenteinstantâneo (instantaneousover current, or rate-of-rise relay)

Relé que atua instantaneamente por valor decorrente superior a um limite predeterminado.



51Relé de subcorrente-tempoCA (a-c time over currentrelay)

Relé que atua com retardo intencional de tempo,quando sua corrente de entrada excede a um valorpredeterminado, e no qual a corrente de entrada e otempo de operação são relacionados de mododefinido ou inverso.

52Disjuntor de correntealternada (a-c circuitbreaker)

Dispositivo de manobra e proteção capaz deestabelecer, conduzir e interromper correntesalternadas em condições normais do circuito, assimcomo estabelecer, conduzir por tempo especificado einterromper correntes alternadas em condiçõesanormais especificadas do circuito, tais como as decurto-circuito.

53Relé de excitação degerador CC (exciter or d-cgenerator relay)

Relé que liga a excitação de campo de uma máquinaCC, para que sua tensão se desenvolva durante apartida, e atue quando a tensão da máquina atingirum valor predeterminado.

54

Disjuntor de correntecontínua, alta velocidade(high-speed d-c circuitbreaker)

55 Relé de fator de potência(power factor relay)

Relé que atua quando o fator de potência sai delimites predeterminados.

56Relé de aplicação decampo (field applicationrelay)

Relé que automaticamente controla a aplicação daexcitação ao campo de um motor de CA em algumvalor predeterminado de escorregamento.

57

Dispositivo de aterramentoou curto-circuito (short-circuiting or groundingdevice)

Dispositivo que opera de modo a curto-circuitar ouaterrar um circuito ou equipamento sob ação de umcomando manual ou automático.

Chave de aterramento

58Relé de falha de retificação(power rectifier misfirerelay)

Dispositivo que atua se um ou mais anodos de umretificador de potência falharem no disparo, ou nadetecção de um arco de retorno, ou por falha de umdiodo em conduzir ou bloquear corretamente.

59 Relé de sobretensão(overvoltage relay)

Relé que atua quando sua tensão de entrada formaior do que um valor predeterminado.

60

Relé de equilíbrio detensão ou de corrente(voltage or current balancerelay)

Relé que atua por uma dada diferença na tensão ouna corrente, de dois circuitos.

Relé detector de falha decapacitor, em banco decapacitores.

61Relé de balanço decorrente (current balancerelay)

62

Relé de tempo de paradaou de abertura (time-delaystopping, or opening,relay)

Relé de tempo que opera em conjunto com odispositivo que inicia a operação de desligamento,parada ou abertura em uma sequência automáticaou em um sistema de relés de proteção.

Relé de tempo, usado nocircuito de proteção por falhado disjuntor.

63

Relé de pressão de nívelou de fluxo, de líquido ougás (liquid or gaz,pressure, level, or flowrelay)

Relé que atua por um valor predeterminado depressão, ou por uma dada taxa de sua variação.

64 Relé detector de terra(ground protective relay)

Relé que atua por falha do isolamento para terra demáquina ou outro equipamento.

Relé detector de terra nocampo do gerador ou nabateria.

65 Reguralor de fluxo ouvazão (governor)

Conjunto de equipamentos hidráulicos, elétricos oumecânicos de controle usados para regular o fuxo ouvazão de água, vapor ou outro fluído para o motorprimário.



66Dispositivo de atuaçãointermitente (notching, orjogging, device)

(1) Dispositivo que atua para permitir somente umnúmero especificado de operações de um certodispositivo ou equipamento, ou um númeroespecificado de operações sucessivas comintervalo predeterminado.

(2) Dispositivo que atua para energizar um circuitoperiodicamente ou por tempo especificado, ouque é usado para permitir aceleração ou avançointermitente de uma máquina a baixasvelocidades para posicionamento mecânico.

67

Relé direcional desobrecorrente CA (a-cdirectional overcurrentrelay)

Relé que atua por um valor predeterminado desobrecorrente CA fluindo em um sentidopredeterminado.

68 Relé de bloqueio deabertura (blocking relay)

Relé que inicia um sinal piloto para bloqueio deabertura por faltas externas em uma linha detransmissão ou em outro equipamento sob condiçõespredeterminadas, ou coopera com outros dispositivospara bloquear abertura ou religamento por perda desincronismo ou por oscilações de potência.

69Dispositivo de controlepermissível (permissivecontrol device)

Chave de duas posições, que numa posição permiteo fechamento de um disjuntor, ou a colocação de umequipamento em operação, e na outra bloqueia aoperação do disjuntor ou do equipamento.

Chave seletora de bloqueio efechamento do disjuntor.

70Reostato eletricamenteoperado (electricallyoperated rheostat)

Resistor variável ou conjunto unitário de resistoresvariáveis.

71 Relé de nível Dispositivo que atua por valores ou por taxas devariação de nível predeterminados.

Indicador com contatos denível do óleo de transformador.

72Disjuntor de correntecontínua (d-c circuitbreaker)

Dispositivo de manobra e proteção capaz deestabelecer, conduzir e interromper correntescontínuas em condições normais do circuito, assimcomo estabelecer, conduzir por tempo especificado einterromper correntes contínuas em condiçõesanormais especificadas do circuito, tais como as decurto-circuito.

73Contactor de resistência decarga (load-resistorcontactor)

Contator usado para derivar ou inserir um estágio deresistência de limitação de deslocamento ou deindicação de carga em um circuito de potência, paraligar e desligar um aquecedor de ambiente, lâmpadaou um resistor de carga regenerativa de umretificador de potência ou de outra máquina.

74 Relé de alarme (alarmrelay)

Relé diferente de um anunciador, como o da função30, usado para acionar ou operar em conjunto comum alarme visual ou sonoro.

75Mecanismo de mudança deposição (position changingmechanism)

Mecanismo usado para deslocar um dispositivoprincipal de uma posição para outra em umequipamento.

Mecanismo de extração dedisjuntor.

76 Relé de sobrecorrente CC(d-c overcurrent relay)

Relé que atua quando a corrente em um circuito deCC excede um valor predeterminado.

77 Transmissor de pulsos(pulse transmitter)

Dispositivo para gerar e transmitir pulsos através deum circuito de telemedição, ou a fio piloto, para umdispositivo remotor de indicação ou de recepção.

78

Relé de medição de ângulode fase, ou de proteçãocontra falta de sincronismo(phase angle measuring,or out-of-step protectiverelay)

Relé que atua para um ângulo de fasepredeterminado entre duas tensões ou entre duascorrentes, ou entre tensão e corrente.

79 Relé de religamento CA(a-c reclosing relay)

Relé que controla o religamento e o bloqueioautomático de um disjuntor de CA.



80 Relé de fluxo Chave que atua a um valor ou uma taxa de variaçãode fluxo predeterminados

Dispositivo de proteção defluxo de óleo utilizado emcomutador sob carga

81 Relé de freqüência(frequency relay)

Dispositivo que opera quando a frequência (ou suataxa de variação) está fora de limites determinados.

82 Relé de religamento CC(d-c reclosing relay)

Dispositivo que controla o fechamento e religamentoautomático de um disjuntor de CC, geralmente emresposta às condições de carga do circuito.

83

Relé de controle seletivoou de transferênciaautomática (automaticselective control, or tranferrelay)

Dispositivo que opera para selecionarautomaticamente uma dentre várias fontes oucondições em um equipamento e permite realizaruma operação de transferência.

Relé de transferência parafontes de serviços auxiliares.

84Mecanismo deacionamento (operatingmechanism)

Mecanismo ou servomecanismo elétrico completo,inclusive o motor de acionamento, solenóides,chaves de posição, etc., para um comutador dederivação, regulador de tensão por indução ouqualquer componente similar de equipamento, quenão tenha número de função.

85

Relé receptor de ondaportadora ou fio-piloto(carrier, or pilot-wire,receiver relay)

Dispositivo cuja atuação é liberada ou bloqueada porum sinal transmitido por uma onda portadora ou fiopiloto de CC.

86Relé de bloqueio deoperação (locking-outrelay)

Dispositivo operado eletricamente, usado paradesligar e manter inoperante dispositivos eequipametos.

87Relé de proteçãodiferencial (differentialprotective relay)

Dispositivo de proteção que atua por diferençapercentual entre duas ou mais grandezas elétricas.

88Motor auxiliar ou motorgerador (auxiliary motor,ou motor generator)

Dispositivo usado para acionar equipamentosauxiliares, tais como bombas, ventiladores,excitatrizes, amplificadores magnéticos, rotativos,etc.

89Seccionadora comacionamento elétrico (lineswitch)

Dispositivos usado como seccionador, interruptor decarga, ou chave de isolação em um circuito depotência de CA ou CC.

Seccionadora com travamagnética

90 Dispositivo de regulação(regulating device)

Dispositivo que opera para regular uma ou maisgrandezas, tais como tensão, corrente, potência,velocidade, frequência, temperatura e carga emmáquinas, linhas de interligação ou outrosequipamentos.

Regulador de tesão

91 Relé direcional de tensão(voltage directional relay)

Dispositivo que atua quando a tensão através de umdisjuntor ou contator abertos excede um valorpredeterminado em um dado sentido.

92Relé direcional de tensão epotência (voltage andpower directional relay)

Dispositivo que permite ou causa a ligação de doiscircutios, quando a diferença de tensão entre elesexcede um valor predeterminado em um dadosentido, e causa desligamento destes dois circuitosquando o fluxo de potência entre eles excede umvalor predeterminado no sentido oposto.

93Contactor de variação decampo (field changingcontactor)

Dispositivo que opera para aumentar ou reduzir, deum passo, o valor da excitação do campo de umamáquina.

94Relé de desligamento, oude disparo livre (tripping,or trip-free, relay)

Relé que atua para abrir um disjuntor, contator, ouequipamento, ou para permitir abertura imediata poroutros dispositivos, ou para impedir o religamentoimediato de uma chave caso ela deva abrirautomaticamente.

95...99Usados para aplicaçõesespecíficas, não cobertospelos números anteriores



Com a nomenclatura acima descrita, pode-se utilizar a norma NT-202 da CPFL comoexemplo de relés exigidos na ligação de autoprodutores em paralelo com o sistema dedistribuição.

No diagrama acima, verifica-se a localização de cada relé e sua função, conformedescrito na tabela abaixo:



No ANSI Função Descrição / Aplicação27 A Subtensão Instantâneo Bloquear o fechamento do disjuntor, enquanto houver

tensão na rede ou linha de interligação.

50 / 51 (A) Sobrecorrente monofásico instantâneo/ temporizado

Disparar o disjuntor, quando da ocorrência de faltaslocalizadas na rede/linha de interligação

50/51 N (A) Sobrecorrente monofásico instantâneo/ temporizado de Fase e de Neutro

Disparar o disjuntor, quando da ocorrência de faltaslocalizadas na rede/linha de interligação

27 B Subtensão Instantâneo Abrir e bloquear o fechamento do disjuntor, quando dafalta de tensão

81 B Subfrequência Abertura do disjuntor B.

25 SincronismoVerificar se no ponto de interligação da instalação doconsumidor, os parâmetros de freqüência e ângulo defase de tensão estão dentro dos limites desejados parapermitir o paralelismo

32 B Direcional de Potência Abertura do disjuntor, quando fluir potência doconsumidor autoprodutor para a rede da concessionária.

50 / 51 (B) Sobrecorrente monofásico,Instantâneo

50/51 N (B)Sobrecorrente monofásico,Instantâneo e temporizado de Fase ede Neutro

Abertura do disjuntor, quando da ocorrência de faltaslocalizadas na rede / linha de interligação

67 B Sobrecorrente Direcional Instantâneo Abertura do disjuntor B, para faltas localizadas na rededa concessionária com contribuição do consumidor.

21 A Relé de distância

62 Relé de interrupção ou aberturatemporizada

51 GS Relé Estático de Terra Complementa a proteção para faltas à terra noalimentador que faz o paralelismo .

Os relés exigidos pelas concessionárias (no exemplo, a CPFL) dependem de cada tipode autoprodutor. Por exemplo, cita-se os relés exigidos para o autoprodutor com venda deexcedente e produtor independente de energia:

• Relé de subtensão (função 27);• Relé de sobretensão de neutro (função 59 N);• Relé direcional de sobrecorrente (função 67) que deverá atuar para defeitos na rede

da CPFL;• Relé de sobrecorrente de fase e neutro, instantâneos e temporizados (função 50/51 e

50/51 N) que deverão atuar para defeitos internos ao autoprodutor;• Relé de sobretensão (função 59);• Relé de subfrequência (função 81), que poderá ser o mesmo dos geradores;• Relé direcional de potência (função 32).

Cada concessionária tem sua norma característica, com suas exigências e atribuições, naqual são citadas as condições e os equipamentos mínimos exigidos que visam a qualidade desuprimento de energia elétrica, a proteção e a operação do sistema da concessionária. Éimportante ressaltar aqui que, para o sistema elétrico de um autoprodutor, faz-se necessária todaa proteção de sua instalação (gerador(es), linha, etc.), de forma a garantir a segurança daoperação em paralelo com a concessionária. (maiores detalhes, consultar a norma da respectivaconcessionária).



6.2.3 PROJETO ELÉTRICO

A autorização para exploração de um recurso, seja ele natural ou aproveitamento (comocasca de arroz ou bagaço de cana-de-açúcar) para a autoprodução fica condicionada àapresentação de um projeto para a concessionária a qual pretende-se ter um processo de geraçãoem paralelo (para hidrelétricas, acompanhado, no mínimo, do protocolo do órgão gestor do MeioAmbiente, que comprove o início do processo dos licenciamentos pertinentes).

Estas documentações dependem de cada concessionária, sendo que citamos o exemploda CPFL:

“Documentos Necessários para a Análise da CPFL

Documentos para a análise prévia

Para a análise prévia deverão ser enviados à CPFL 3 cópias dos seguintes dados:• Tipo de paralelismo, se com venda de excedente, sem venda de excedente ou

momentâneo.• Diagrama unifilar simplificado do sistema que irá operar em paralelo, contendo:

- Potência dos geradores e respectivas impedâncias (x”d, x’d, xd, x2 e x0);- Potência e impedância série dos transformadores, exceto os transformadores que

atenderão as cargas;- Tipo de ligação dos transformadores e dos geradores;- Sistema de aterramento dos transformadores e dos geradores, com os valores das

impedâncias de aterrametno;

• Limites de tensão que o autoprodutor poderá operar;• Potência excedente a ser fornecida pelo autoprodutor, na ponta e fora da ponta, no

caso de autorprodutores com venda de excedentes ou PIE;• Demanda suplementar de reserva;• Curva diária de consumo e geração de energia elétrica;• Período do paralelismo, se for autoprodutor com sazonalidade;• Demanda requerida na entresafra ou assegurada.

Documentos para análise definitiva

Além dos documentos exigidos pela NT-113, uma cópia dos seguintes documentosdeverá ser enviada à CPFL, após a análise prévia:

• Diagrama unifilar detalhado, incluindo os equipamentos de proteção;• Diagrama trifilar completo;• Diagrama funcional de comando e diagrama de fiação dos equipamentos envolvidos

com o paralelismo;• Memorial de cálculo para dimensionamento dos TCs e TPs;• Catálogos e instruções de instalação e manutenção dos relés exigidos pela CPFL.”

Para maiores detalhes, consultar a norma específica da concessionária atuante.



7 DIMENSIONAMENTO DE FIOS E CABOS DE BAIXA TENSÃO

7.1 OS SEIS CRITÉRIOS TÉCNICOS DE DIMENSIONAMENTO DECONDUTORES ELÉTRICOS

Chamamos de dimensionamento técnico de um circuito à aplicação dos diversos itensda NBR 5410 relativos à escolha da seção de um condutor e do seu respectivo dispositivo deproteção.

Os seis critérios da norma são:• seção mínima; conforme 6.2.6;• capacidade de condução de corrente; conforme 6.2.5;• queda de tensão; conforme 6.2.7;• sobrecarga; conforme 5.3.3;• curto-circuito; conforme 5.3.4;• contatos indiretos; conforme 5.1.3.

Para considerarmos um circuito completa e corretamente dimensionado, é necessáriorealizar os seis cálculos acima, cada um resultando em uma seção e considerar como seção finalaquela que é a maior dentre todas as obtidas.

Especial atenção deve ser dispensada ao dimensionamento de condutores em circuitosonde haja a presença de harmônicas. Esse assunto é abordado no item 6.2.6.4 da NBR5410/1997.



7.2 SEÇÃO DO CONDUTOR NEUTRO

Conforme 6.2.6.2 da NBR 5410/1997, o condutor neutro deve possuir, no mínimo, amesma seção que os condutores fase nos seguintes casos:

• em circuitos monofásicos e bifásicos;• em circuitos trifásicos, quando a seção do condutor fase for igual ou inferior a 25

mm²;• em circuitos trifásicos, quando for prevista a presença de harmônicas.

Conforme 6.2.6.3 da NBR 5410/1997, apenas nos circuitos trifásicos é admitida aredução do condutor neutro nos seguintes casos:

• quando não for prevista a presença de harmônicas;• quando a máxima corrente susceptível de percorrer o neutro seja inferior à

capacidade de condução de corrente correspondente à seção reduzida do condutorneutro.

Os valores mínimos da seção do condutor neutro nestes casos estão indicados na tabela16 a seguir.



7.3 O CONDUTOR DE PROTEÇÃO

A NBR 5410 / 1997 recomenda o uso de CONDUTORES DE PROTEÇÃO (designadospor PE), que, preferencialmente, deverão ser condutores isolados, cabos unipolares ou veias decabos multipolares.

A tabela 17 a seguir, indica a seção mínima do condutor de proteção em função daseção dos condutores fase do circuito. Em alguns casos, admite-se o uso de um condutor com afunção dupla de neutro e condutor de proteção. É o condutor PEN (PE + N), cuja seção mínima éde 10 mm², se for condutor isolado ou cabo unipolar, ou de 4 mm², se for uma veia de um cabomultipolar.



7.4 CORES DOS CONDUTORES NEUTRO E DE PROTEÇÃO

A NBR 5410/1997 prevê no item 6.1.5.3 que os condutores de um circuito devam seridentificados, porém deixa em aberto o modo de como fazer esta identificação. No caso de umusuário desejar fazer a identificação por cores, então devem ser adotadas aquelas prescritas nanorma, a saber:

• Neutro (N) = azul-claro;• Condutor de proteção (PE) = verde-amarelo ou verde;• Condutor PEN = azul-claro com indicação verde-amarelo nos pontos visíveis.



7.5 TABELAS

TABELA 1 - (*) MÉTODOS DE INSTALAÇÃO E DETERMINAÇÃO DAS COLUNAS

Condutorisolado

Cabounipolar

Cabomultipolar

Tipo de Linha Elétrica Método de Instalação (1)

Fio

Pir

asti

c E

cofl

am C

abo

Pir

asti

c E

cofl

am C

abo

Pir

asti

c E

copl

us

Cab

o S

inte

nax

Fle

x C

abo

Sin

tena

x E

cona

x C

abo

Epr

oten

ax F

lex

Cab

o E

prot

enax

Eco

fix

Cab

o V

olta

lene

Eco

lene

Cab

o A

fum

ex

Cab

o S

inte

nax

Fle

x C

abo

Sin

tena

x E

cona

x C

abo

Epr

oten

ax F

lex

Cab

o E

prot

enax

Eco

fix

Cab

o V

olta

lene

Eco

lene

Cab

o A

fum

ex

Afastado da Parede ou suspenso por cabo de suporte (2) 15/17 - F EBandejas não perfuradas ou prateleiras 12 - C CBandejas perfuradas (horizontal ou vertical) 13 - F ECanaleta fechada no piso, solo ou parede 33/34/72/72A/75/75A B1 B1 B2Canaleta ventilada no piso ou solo 43 - B1 B1Diretamente em espaço de construção - 1,5De ≤≤ V ≤≤ 5De (4) 21 - B2 B2Diretamente em espaço de construção - 5De ≤≤ V ≤≤ 50De (4) 21 - B1 B1Diretamente enterrado 62/63 - D DEletrocalha 31/31A/32/32A/35/36 B1 B1 B2Eletroduto aparente 3/4/5/6 B1 B1 B2Eletroduto de seção não circular embutido em alvenaria 27 - B2 B2Eletroduto de seção não circular embutido em alvenaria1,5De ≤≤ V ≤≤ 5De (4)

26 B2 - -

Eletroduto de seção não circular embutido em alvenaria5De ≤≤ V ≤≤ 50De (4)

26 B1 - -

Eletroduto em canaleta fechada - 1,5De ≤≤ V ≤≤ 20De (4) 41 B2 B2 -Eletroduto em canaleta fechada - V ³ 20De (4) 41 B1 B1 -Eletroduto em canaleta ventilada no piso ou solo 42 B1 - -Eletroduto em espaço de construção 23/25 - B2 B2Eletroduto em espaço de construção - 1,5De ≤≤ V ≤≤ 20De (4) 22/24 B2 - -Eletroduto em espaço de construção - V ³ 20De (4) 22/24 B1 - -Eletroduto embutido em alvenaria 7/8 B1 B1 B2Eletroduto embutido em caixilho de porta ou janela 73/74 A1 - -Eletroduto embutido em parede isolante 1/2 A1 A1 A1Eletroduto enterrado no solo ou canaleta não ventilada nosolo

61/61A - D D

Embutimento direto em alvenaria 52/53 - C CEmbutimento direto em caixilho de porta ou janela 73/74 - A1 A1Embutimento direto em parede isolante 51 - - A1Fixação direta à parede ou teto (3) 11/11A/11B - C CForro falso ou piso elevado - 1,5De ≤≤ V ≤≤ 5De (4) 28 - B2 B2Forro falso ou piso elevado - 5De ≤≤ V ≤≤ 50De (4) 28 - B1 B1Leitos, suportes horizontais ou telas 14/16 - F EMoldura 71 A1 A1 -Sobre isoladores 18 G - -

(1) método de instalação conforme a tabela 28 da NBR 5410/1997(2) distância entre o cabo e a parede ≥≥ 0,3 diâmetro externo do cabo(3) distância entre o cabo e a parede < 0,3 diâmetro externo do cabo(4) V = altura do espaço de construção ou da canaleta / De = diâmetro externo do cabo(*) Os locais da tabela assinalados por(-) significam que os cabos correspondentes não podem, de acordo com a NBR 5410/1997, serem instalados

da maneira especificada ou então trata-se de uma maneira de instalar não usual para o tipo de caboescolhido.



TABELA 2 - (*) CAPACIDADES DE CONDUÇÃO DE CORRENTE, EM AMPÈRES,PARA OS MÉTODOS DE REFERÊNCIA A1, A2, B1, B2, C e D DA TABELA 1

FIOS E CABOS ISOLADOS EM TERMOPLÁSTICO, CONDUTOR DE COBRE.

• Fio Pirastic Ecoflam, Cabo Pirastic Ecoflam, Cabo Flexível Pirastic Ecoplus, Cabo Sintenax Econax e CaboSintenax Flex;

• 2 e 3 condutores carregados;• Temperatura do condutor: 70 ºC;• Temperaturas: 30 ºC (ambiente) e 20 ºC (solo).

Sessões emmm2 MÉTODOS DE INSTALAÇÃO DEFINIDOS NA TABELA 1

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13)0,5 7 7 7 7 9 8 9 8 10 9 12 100,75 9 9 9 9 11 10 11 10 13 11 15 12

1 11 10 11 10 14 12 13 12 15 14 18 151,5 14,5 13,5 14 13 17,5 15,5 16,5 15 19,5 17,5 22 182,5 19,5 18 18,5 17,5 24 21 23 20 27 24 29 244 26 24 25 23 32 28 30 27 36 32 38 316 34 31 32 29 41 36 38 34 46 41 47 3910 46 42 43 39 57 50 52 46 63 57 63 5216 61 56 57 52 76 68 69 62 85 76 81 6725 80 73 75 68 101 89 90 80 112 96 104 8635 99 89 92 83 125 110 111 99 138 119 125 10350 119 108 110 99 151 134 133 118 168 144 148 12270 151 136 139 125 192 171 168 149 213 184 183 15195 182 164 167 150 232 207 201 179 258 223 216 179

120 210 188 192 172 269 239 232 206 299 259 246 203150 240 216 219 19 309 275 265 236 344 299 278 230185 273 245 248 223 353 314 300 268 392 341 312 258240 321 286 291 261 415 370 351 313 461 403 361 297300 367 328 334 298 477 426 401 358 530 464 408 336400 438 390 398 355 571 510 477 425 634 557 478 394500 502 447 456 406 656 587 545 486 729 642 540 445630 578 514 526 467 758 678 626 559 843 743 614 506800 669 593 609 540 881 788 723 645 978 865 700 5771000 767 679 698 618 1012 906 827 738 1125 996 792 652

(*) De acordo com a tabela 31 da NBR 5410/1997.



TABELA 3 - (*) CAPACIDADES DE CONDUÇÃO DE CORRENTE, EM AMPÈRES,PARA OS MÉTODOS DE REFERÊNCIA A1, A2, B1, B2, C e D DA TABELA 1

CABOS ISOLADOS EM TERMOFIXO, CONDUTOR DE COBRE.

• Cabos Voltalene Ecolene, Eprotenax Ecofix, Eprotenax Flex e Afumex;• 2 e 3 condutores carregados;• Temperatura do condutor: 90 ºC;• Temperaturas: 30 ºC (ambiente) e 20 ºC (solo).

Seçõesnominais

(mm²)MÉTODOS DE INSTALAÇÃO DEFINIDOS NA TABELA 1

A1 A2 B1 B2 C D

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

2 co

ndut

ores

carr

egad

os

3 co

ndut

ores

carr

egad

os

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13)0,5 10 9 10 9 12 10 11 10 12 11 14 120,75 12 11 12 11 15 13 15 13 16 14 18 15

1 15 13 14 13 18 16 17 15 19 14 18 151,5 19 17 18,5 16,5 23 20 22 19,5 24 22 26 222,5 26 23 25 22 31 28 30 26 33 30 34 294 35 31 33 30 42 37 40 35 45 40 44 376 45 40 42 38 54 48 51 44 58 52 56 4610 61 54 57 51 75 66 69 60 90 71 73 6116 81 73 76 68 100 88 91 80 107 96 95 7925 106 95 99 89 133 117 119 105 138 119 121 10135 131 117 121 109 164 144 146 128 171 147 146 12250 158 141 145 130 198 175 175 154 209 179 173 14470 200 179 183 164 253 222 221 194 269 229 213 17895 241 216 220 197 306 269 265 233 328 278 252 211

120 278 249 253 227 354 312 305 268 382 322 287 240150 318 285 290 259 407 358 349 307 441 371 324 271185 362 324 329 295 464 408 395 348 506 424 363 304240 424 380 386 346 546 481 462 407 599 500 419 351300 486 435 442 396 628 553 529 465 693 576 474 396400 579 519 527 472 751 661 628 552 835 692 555 464500 664 595 604 541 864 760 718 631 966 797 627 525630 765 685 696 623 998 879 825 725 1122 923 711 596800 885 792 805 721 1158 1020 952 837 1311 1074 811 6791000 1014 908 923 826 1332 1173 1088 957 1515 1237 916 767




TABELA 4 - (*) CAPACIDADES DE CONDUÇÃO DE CORRENTE,EM AMPÈRES, PARA OS MÉTODOS DE REFERÊNCIA E, F, G DA TABELA 1FIOS E CABOS ISOLADOS EM TERMOPLÁSTICO, CONDUTOR DE COBRE.

• Fio Pirastic Ecoflam, Cabo Pirastic Ecoflam, Cabo Flexível Pirastic Ecoplus, Cabo Sintenax Econax eCabos Sintenax Flex;

• Temperatura no condutor: 70 ºC;• Temperatura ambiente: 30 ºC.

MÉTODOS DE INSTALAÇÃO DEFINIDOS NA TABELA 1

Cabos multipolares Cabos unipolares ou condutores isolados

E E F F F G G

3 cabos unipolares ou 3 condutores isolados

Seçõesnominais

(mm²)

Cabosbipolares

Cabostripolares etetrapolares

2 condutoresisolados

ou 2 cabosunipolares

Condutoresisolados ou

cabos unipolaresem trifólio Comtíguos

Espaçadoshorizontalmente

Espaçadosverticalmente

1 2 3 4 5 6 7 80,5 11 9 11 8 9 12 100,75 14 12 14 11 11 16 13

1 17 14 17 13 14 19 161,5 22 18,5 22 17 18 24 212,5 30 25 31 24 25 34 294 40 34 41 33 34 45 396 51 43 53 43 45 59 5110 70 60 73 60 63 81 7116 94 80 99 82 85 110 9725 119 101 131 110 114 146 13035 148 126 162 137 143 181 16250 180 153 196 167 174 219 19770 232 196 251 216 225 281 25495 282 238 304 264 275 341 311120 328 276 352 308 321 396 362150 379 319 406 356 372 456 419185 434 364 463 409 427 521 480240 514 430 546 485 507 615 569300 593 497 629 561 587 709 659400 715 597 754 656 689 852 795500 826 689 868 749 789 982 920630 958 789 1005 855 905 1138 1070800 1118 930 1169 971 1119 1325 1251

1000 1292 1073 1346 1079 1296 1528 1448

(*) De acordo com a tabela 33 da NBR 5410 / 1997



TABELA 5 - (*) CAPACIDADES DE CONDUÇÃO DE CORRENTE,EM AMPÈRES, PARA OS MÉTODOS DE REFERÊNCIA E, F, G DA TABELA 1

CABOS ISOLADOS EM TERMOFIXO, CONDUTOR DE COBRE

• Cabos Voltalene Ecolene, Eprotenax Ecofix, Eprotenax Flex e Afumex;• Temperatura no condutor: 90 ºC;• Temperatura ambiente: 30 ºC.

MÉTODOS DE INSTALAÇÃO DEFINIDOS NA TABELA 1Cabos multipolares Cabos unipolares ou condutores isolados

E E F F F G G3 cabos unipolares ou 3 condutores isolados

Seçõesnominais

(mm²)

Cabosbipolares

Cabostripolares etetrapolares

2 condutoresisolados

ou 2 cabosunipolares

Condutoresisolados ou

cabos unipolaresem trifólio Contíguos

Espaçadoshorizontalmente

Espaçadosverticalmente

1 2 3 4 5 6 7 80,5 13 12 13 10 10 15 120,75 17 15 17 13 14 19 16

1 21 18 21 16 17 23 191,5 26 23 27 21 22 30 252,5 36 32 37 29 30 41 354 49 42 50 40 42 56 486 63 54 65 53 55 73 6310 86 75 90 74 77 101 8816 115 100 121 101 105 137 12025 149 127 161 135 141 182 16135 185 158 200 169 176 226 20150 225 192 242 207 216 275 24670 289 246 310 268 279 353 31895 352 298 377 328 342 430 389120 410 346 437 383 400 500 454150 473 399 504 444 464 577 527185 542 456 575 510 533 661 605240 641 538 679 607 634 781 719300 741 621 783 703 736 902 833400 892 745 940 823 868 1085 1008500 1030 859 1083 946 998 1253 1169630 1196 995 1254 1088 1151 1454 1362800 1396 1159 1460 1252 1328 1696 1595

1000 1613 1336 1683 1420 1511 1958 1849

(*) De acordo com a tabela 34 da NBR 5410 / 1997



TABELA 6 - (*) FATORES DE CORREÇÃO PARA TEMPERATURAS AMBIENTESDIFERENTES DE 30 ºC PARA LINHAS NÃO SUBTERRÂNEAS E DE 20 ºC

(TEMPERATURA DO SOLO PARA LINHAS SUBTERRÂNEAS).

ISOLAÇÃOPVC EPR ou XLPE PVC EPR ou XLPE

Temperatura(ºC)

Ambiente Do solo10 1,22 1,15 1,10 1,0715 1,17 1,12 1,05 1,0420 1,12 1,08 1 125 1,06 1,04 0,95 0,9630 1 1 0,89 0,9335 0,94 0,96 0,84 0,8940 0,87 0,91 0,77 0,8545 0,79 0,87 0,71 0,8050 0,71 0,82 0,63 0,7655 0,61 0,76 0,55 0,7160 0,50 0,71 0,45 0,6565 - 0,65 - 0,6070 - 0,58 - 0,5375 - 0,50 - 0,4680 - 0,41 - 0,38


TABELA 7 - (*) FATORES DE CORREÇÃO PARA CABOS CONTIDOS EM ELETRODUTOSENTERRADOS NO SOLO, COM RESISTIVIDADES TÉRMICAS DIFERENTES DE 2,5 K.m/W, A

SEREM APLICADOS ÀS CAPACIDADES DE CONDUÇÃO DE CORRENTE DO MÉTODO DEREFERÊNCIA D.

Resistividade Térmica (K.m/W) 1 1,5 2 3Fator de correção 1,18 1,10 1,05 0,96




TABELA 8 - (*) FATORES DE CORREÇÃO PARA AGRUPAMENTO DE CIRCUITOSOU CABOS MULTIPOLARES

Número de círculos ou de cabos multipolaresItem

Disposiçãodos cabos

justapostos1 2 3 4 5 6 7 8 9 12 16 20

Tabela dosmétodos dereferência

1

Feixe de cabosao ar livreou sobre

superfície: cabosem condutos

fechados

1,00 0,80 0,70 0,65 0,60 0,57 0,54 0,52 0,50 0,45 0,41 0,3831 a 34

(métodos A a F)

2

Camada únicasobre parede,

piso ou embandeja não

perfuradaou prateleira

1,00 0,85 0,79 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,70

3 Camadaúnica no teto

0,95 0,81 0,72 0,68 0,66 0,64 0,63 0,62 0,61

31 e 32(método C)

4

Camada únicaem bandejaperfurada,horizontalou vertical(nota G)

1,00 0,88 0,82 0,77 0,75 0,73 0,73 0,72 0,72

5Camada única

em leito, suporte(nota G)

1,00 0,87 0,82 0,80 0,80 0,79 0,79 0,78 0,78

Nenhum fatorde redução

adicional paramais de 9

circuítos oucabos multipolares

33 e 34(métodos E e F)


Notas:

a) Esses fatores são aplicáveis a grupos de cabos, uniformemente carregados.b) Quando a distância horizontal entre os cabos adjacentes for superior ao seu diâmetro externo, não é

necessário aplicar nenhum fator de redução.c) Os mesmos fatores de correção são aplicáveis a:

• grupos de 2 ou 3 condutores isolados ou cabos unipolares;• cabos multipolares.

d) Se um agrupamento é constituído tanto de cabos bipolares como de cabos tripolares, o número total decabos é tomado igual ao número de circuítos e o fator de correção correspondente é aplicado àstabelas de 3 condutores carregados para cabos tripolares.

e) Se um agrupamento consiste de N condutores isolados ou cabos unipolares pode-se considerar tantoN/2 circuitos com 2 condutores carregados como N/3 circuitos com 3 condutores carregados.

f) Os valores indicados são médios para a faixa usual de seções nominais, com precisão de +/- 5%.g) Os fatores de correção dos itens 4 e 5 são genéricos e podem não atender a situações especificadas.

Nesses casos, deve-se recorrer às tabelas 12 e 13.



TABELA 9 - (*) FATORES DE AGRUPAMENTO PARA MAIS DE UM CIRCUITO CABOSUNIPOLARES OU CABOS MULTIPOLARES DIRETAMENTE ENTERRADOS

(MÉTODO DE REFERÊNCIA D, DA TABELA 1)

DISTÂNCIA ENTRE OS CABOS (a)Número decircuitos Nula 1 diâmetro

de cabo0,125m 0,25m 0,5m

2 0,75 0,80 0,85 0,90 0,903 0,65 0,70 0,75 0,80 0,854 0,60 0,60 0,70 0,75 0,805 0,55 0,55 0,65 0,70 0,806 0,50 0,55 0,60 0,70 0,80


TABELA 10 - MULTIPLICADORES A UTILIZAR PARA A OBTENÇÃO DOS FATORES DEAGRUPAMENTO APLICÁVEIS A CIRCUITOS TRIFÁSICOS OU CABOS MULTIPOLARES, AO AR

LIVRE, CABOS CONTÍGUOS, EM VÁRIAS CAMADAS HORIZONTAIS, EM BANDEJAS,PRATELEIRAS E SUPORTES HORIZONTAIS

(MÉTODOS DE REFERÊNCIA C, E, F NAS TABELAS 2, 3, 4 e 5)

Número de circuitos trifásicos ou de cabos multipolares(cabos unipolares ou cabos multipolares contíguos em uma camada)

2 3 4 ou 5 6 a 8 9 e maisDisposição num plano horizontal 0,85 0,78 0,75 0,72 0,70

Disposição num plano vertical 0,80 0,73 0,70 0,68 0,66

Nota:

a) Os fatores são obtidos multiplicando os valores referentes à disposição num planohorizontal pelos referentes à disposição num plano vertical, que corresponde aonúmero de camadas.



TABELA 11 - (*) FATORES DE AGRUPAMENTO PARA MAIS DE UM CIRCUITOCABOS EM ELETRODUTOS DIRETAMENTE ENTERRADOS.

(MÉTODO DE REFERÊNCIA D NAS TABELAS 2 E 3)

a) Cabos multipolares em eletrodutos - 1 cabos por eletroduto

ESPAÇAMENTO ENTRE DUTOS (a)Número decircuitos Nulo 0,25m 0,5m 1,0m

2 0,85 0,90 0,95 0,953 0,75 0,85 0,90 0,954 0,70 0,80 0,85 0,905 0,65 0,80 0,85 0,906 0,60 0,80 0,80 0,80

b) Cabos unipolares em eletrodutos - 1 cabos por eletroduto (**)

ESPAÇAMENTO ENTRE DUTOS (a)Número decircuitos Nulo 0,25m 0,5m 1,0m

2 0,80 0,90 0,90 0,903 0,70 0,80 0,85 0,904 0,65 0,75 0,80 0,905 0,60 0,70 0,80 0,906 0,60 0,70 0,80 0,90

(*) De acordo com a tabela 39 da NBR 5410/1997.(**) Somente deve ser instalado 1 cabo unipolar por eletroduto, no caso deste ser em material não-magnético.



TABELA 12 - (*) FATORES DE CORREÇÃO PARA AGRUPAMENTO DE MAIS DE UM CABOMULTIPOLAR AO AR LIVRE (MÉTODO DE REFERÊNCIA E NAS TABELAS 4 E 5)

Número de cabosMétodos de instalação da tabela 1

Número debandejas ou

leitos1 2 3 4 6 9

1 1,00 0,88 0,82 0,79 0,76 0,73

2 1,00 0,87 0,80 0,77 0,73 0,68

Contíguos 3 1,00 0,86 0,79 0,76 0,71 0,66

1 1,00 1,00 0,98 0,95 0,91 -

2 1,00 0,99 0,96 0,92 0,87 -

Bandejashorizontaisperfuradas

(nota C)

13

Espaçados3 1,00 0,98 0,95 0,91 0,85 -

1 1,00 0,88 0,82 0.78 0,73 0,72

Contíguos2 1,00 0,88 0,81 0,76 0,71 0,70

1 1,00 0,91 0,89 0,88 0,87 -

Bandejasverticais

perfuradas(nota D)

13

Espaçados2 1,00 0,91 0,88 0,87 0,85 -

1 1,00 0,87 0,82 0,80 0,79 0,78

2 1,00 0,86 0,80 0,78 0,76 0,73

Contíguos3 1,00 0,85 0,79 0,76 0,73 0,70

1 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 -

2 1,00 0,99 0,98 0,97 0,96 -

Leitos,suportes

horizontais,etc.

(nota C)

141516

Espaçados3 1,00 0,98 0,97 0,96 0,93 -

(*) De acordo com a tabela 40 da NBR 5410/1997.Notas:

a) Os valores indicados são médios para os tipos de cabos e a faixa de seções das tabelas 4 e 5.b) Os fatores são aplicáveis a cabos agrupados em uma única camada, como mostrado acima, e não se

aplicam a cabos dispostos em mais de uma camada.c) Os valores para tais disposições podem ser sensivelmente inferiores e devem ser determinados por um

método adequado; pode ser utilizada a tabela 10.d) Os valores são indicados para uma distância vertical entre bandejas ou leitos de 300mm. Para

distâncias menores, os fatores devem ser reduzidos.e) Os valores são indicados para uma distância horizontal entre bandejas de 225mm, estando estas

montadas fundo a fundo. Para espaçamentos inferiores, os fatores devem ser reduzidos.



TABELA 13 - (*) FATORES DE CORREÇÃO PARA O AGRUPAMENTO DE CIRCUITOSCONSTITUÍDOS POR CABOS UNIPOLARES AO AR LIVRE

(MÉTODO DE REFERÊNCIA F NAS TABELAS 4 E 5)

Número de circuitostrifásicos (nota E)Método de instalação da tabela 1

Número debandejas ou

leitos 1 2 3

Utilizar comomultiplicador para

a coluna:

1 0,98 0,91 0,87

2 0,96 0,87 0,81


(nota C)

13

Contíguos3 0,95 0,85 0,78

6

1 0,95 0,86 -Bandejasverticais

perfuradas(nota D)

13

Contíguos2 0,96 0,84 -

6

1 1,00 0,97 0,96

2 0,98 0,93 0,89

Leitos,suportes

horizontais,etc,

(nota C)

141516

Contíguos3 0,97 0,90 0,86

6

1 1,00 0,98 0,96

2 0,97 0,93 0.89


(nota C)

13

Espaçados3 0,96 0,92 0,86

1 1,00 0,91 0,89Bandejasverticais

perfuradas(nota D)

13

Espaçados 2 1,00 0,90 0,86

1 1,00 1,00 1,00

2 0,97 0,95 0,93

Leitos,suportes

horizontais,etc.

(nota C)

141516

Espaçados3 0,96 0,94 0,90

5

(*) De acordo com a tabela 41 da NBR 5410/1997.Notas:

a) Os valores indicados são médios para os tipos de cabos e a faixa de seções das tabelas 4 e 5.b) Os fatores são aplicáveis a cabos agrupados em uma única camada, como mostrado acima, e não se aplicam

a cabos dispostos em mais de uma camada.c) Os valores para tais disposições podem ser sensivelmente inferiores e devem ser determinados por um

método adequado; pode ser utilizada a tabela 10.d) Os valores são indicados para uma distância vertical entre bandejas ou leitos de 300mm. Para distâncias

menores, os fatores devem ser reduzidos.e) Os valores são indicados para uma distância horizontal entre bandejas de 225mm, estando estas montadas

fundo a fundo. Para espaçamentos inferiores, os fatores devem ser reduzidos.f) Para circuitos contendo vários cabos em paralelo por fase, cada grupo de três condutores deve ser

considerado como um circuito para a aplicação desta tabela.



7.5.1 GRUPOS CONTENDO CABOS DE DIMENSÕES DIFERENTES

a) Os fatores de correção tabelados (tabela 8 a 13) são aplicáveis a grupos de cabossemelhantes, igualmente carregados. O cálculo dos fatores de correção para grupos contendocondutores isolados ou cabos unipolares ou multipolares de diferentes seções nominais,depende da quantidade de condutores ou cabos e da faixa de seções. Tais fatores não podemser tabelados e devem ser calculados caso a caso, utilizando, por exemplo, a NBR 11301.

Nota:• São considerados cabos semelhantes aqueles cujas capacidades de condução de

corrente baseiam-se na mesma temperatura máxima para serviço contínuo e cujasseções nominais estão contidas no intervalo de 3 seções normalizadas secessivas.

b) No caso de condutores isolados, cabos unipolares ou cabos multipolares de dimensõesdiferentes em condutos fechados ou em bandejas, leitos, prateleiras ou suportes, caso nãoseja viável um cálculo mais específico, deve-se utilizar a expressão:

nF

1==

Onde:F = fator de correção;n = número de circuitos ou de cabos multipolares.

Notas:• A expressão dada está a favor da segurança e reduz os perigos de sobrecarga sobre os

cabos de menor seção nominal.• Pode, no entanto, resultar no superdimensionamento dos cabos de seções mais

elevadas.



TABELA 14 - (*) FATORES DE CORREÇÃO APLICÁVEIS A CIRCUITOS TRIFÁSICOS A 4CONDUTORES ONDE É PREVISTA A PRESENÇADE CORRENTES HARMÔNICAS DE 3ª ORDEM

Fator de correçãoPorcentagem de3ª harmônica na corrente

de fase (%)Escolha da seção com base

na corrente de faseEscolha da seção com base

na corrente de neutro0 - 15 1,00 -

15 - 33 0,86 -33 - 45 - 0,86

> 45 - 1,00


Notas:

a) A tabela foi originalmente obtida para cabos tetrapolares e pentapolares, mas podem, em princípio, serutilizada para circuitos com cabos unipolares ou condutores isolados.

b) A corrente (I) a ser utilizada para a determinação da seção dos 4 condutores do circuito, utilizando astabelas 2,3 ou 5 (colunas de 3 condutores carregados), é obtida pelas expressões:

• escolha pela corrente de fase:

f

II B==

• escolha pela corrente de neutro:

1003

1 ××××××== pI

fI B

Onde:IB = corrente de projeto do circuito;p = porcentagem da harmônica da 3ª ordem (tabela 14);f = fator de correção (tabela 14).

TABELA 15 - (*) SEÇÔES MÍNIMAS DOS CONDUTORES ISOLADOS.

Tipo de instalação Utilização do circuito Seção mínima docondutor isolado (mm²)

Circuitos de iluminação 1,5Circuitos de força (incluem tomada) 2,5Instalações fixas em geralCircuitos de sinalização e circuitos de controle 0,5

Para um equipamento específico Como especificado na norma doequipamento

Para qualquer outra aplicação 0,75Ligações flexíveis

Circuitos a extrabaixa tensão para aplicações especiais 0,75




TABELA 16 - (*) SEÇÃO DO CONDUTOR NEUTRO

Seção doscondutores fase

(mm²)

Seção mínima docondutor neutro

(mm²)S < 25 S

35 2550 2570 3595 50120 70150 70185 95240 120300 150400 240500 240630 400800 400

1000 500


Obs.: ver restrições à redução da seção do condutor neutro na NBR 5410/1997.

TABELA 17 - (*) SEÇÕES MÍNIMAS DOS CONDUTORES DE PROTEÇÃO

Seção docondutor fase

(mm²)

Seção do condutorde proteção

(mm²)1,5 1,5 (mínima)2,5 2,54 46 610 1016 1625 1635 1650 2570 3595 50120 70150 95185 95240 120300 150400 240500 240630 400800 400

1000 500




TABELA 18 - (*) LIMITES DE QUEDA DE TENSÃO

Instalações Iluminação Outros usos

A Instalações alimentadas diretamente por um ramal de baixa tensão,a partir de uma rede de distribuição pública de baixa tensão.

4% 4%

B Instalações alimentadas diretamente por subestação de transformaçãoou transfomador, a partir de uma instalação de alta tensão.

7% 7%

C Instalações que possuam fonte própria. 7% 7%

(*) De acordo com a tabela 46 da NBR 5410/1997.Nota:

a) Nos casos B e C, as quedas de tensões nos circuitos terminais não devem ser superiores aos valoresindicados em A.

b) Nos casos B e C, quando as linhas tiverem um comprimento superior a 100m, as quedas de tensão podemser aumentadas de 0,005% por metro de linha superior a 100m, sem que, no entanto, essa suplementaçãoseja superior a 0,5%.

TABELA 19 - QUEDA DE TENSÃO EM V/A. kmFIO PIRASTIC ECOFLAM, CABO PIRASTIC ECOFLAM E CABO FLEXÍVEL

PIRASTIC ECOPLUS

Eletroduto e eletrocalha(A)(material magnético)

Eletroduto e eletrocalha(A) (material não-magnético)

Pirastic Ecoflam,Pirastic Ecoplus

Pirastic Ecoflam e Pirastic Ecoplus

Circuito monofásicoe trifásico

Circuito monofásico Circuito trifásico

Seçãonominal(mm²)

FP = 0,8 FP = 0,95 FP = 0,8 FP = 0,95 FP = 0,8 FP = 0,951,5 23 27,4 23,3 27,6 20,2 23,92,5 14 16,8 14,3 16,9 12,4 14,74 9,0 10,5 8,96 10,6 7,79 9,156 5,87 7,00 6,03 7,07 5,25 6,1410 3,54 4,20 3,63 4,23 3,17 3,6716 2,27 2,70 2,32 2,68 2,03 2,3325 1,50 1,72 1,51 1,71 1,33 1,4935 1,12 1,25 1,12 1,25 0.98 1,0950 0,86 0,95 0,85 0,94 0,76 0,8270 0,64 0,67 0,62 0,67 0,55 0,5995 0,50 0,51 0,48 0,50 0,43 0,44120 0,42 0,42 0,40 0,41 0,36 0,36150 0,37 0,35 0,35 0,34 0,31 0,30185 0,32 0,30 0,30 0,29 0,27 0,25240 0,29 0,25 0,26 0,24 0,23 0,21300 0,27 0,22 0,23 0,20 0,21 0,18400 0,24 0,20 0,21 0,17 0,19 0,15500 0,23 0,19 0,19 0,16 0,17 0,14

Notas:a) As dimensões do eletroduto e da eletrocalha adotadas são tais que a área dos cabos não ultrapassa 40%

da área interna dos mesmos;b) Os valores da tabela admitem uma temperatura no condutor de 70 ºC.



TABELA 20 - QUEDA DE TENSÃO EM V/A. kmCABOS SINTENAX ECONAX, SINTENAX FLEX E VOLTALENE ECOLENE

INSTALAÇÃO AO AR LIVRE (C)CABOS SINTENAX ECONAX, SINTENAX FLEX E VOLTALENE ECOLENE

Cabos unipolares (D) Cabos unie bipolares

Cabos tri etetrapolares


S = 10 cm S = 20 cm S = 2D S = 10 cm S = 20 cm S = 2D

Circuitotrifásico(B)

Circuitomonofásico

(B)

Circuitotrifásico


FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,951,5 23,6 27,8 23,7 27,8 23,4 27,6 20,5 24,0 20,5 24,1 20,3 24,0 20,2 23,9 23,3 27,6 20,2 23,92,5 14,6 17,1 14,7 17,1 14,4 17,0 12,7 14,8 12,7 14,8 12,5 14,7 12,4 14,7 14,3 16,9 12,4 14,74 9,3 10,7 9,3 10,7 9,1 10,6 8,0 9,3 8,1 9,3 7,9 9,2 7,8 9,2 9,0 10,6 7,8 9,16 6,3 7,2 6,4 7,2 6,1 7,1 5,5 6,3 5,5 6,3 5,3 6,2 5,2 6,1 6,0 7,1 5,2 9,110 3,9 4,4 3,9 4,4 3,7 4,3 3,4 3,8 3,4 3,8 3,2 3,7 3,2 3,7 3,6 4,2 3,1 3,716 2,6 2,8 2,6 2,8 2,4 2,7 2,2 2,4 2,3 2,5 2,1 2,4 2,0 2,3 2,3 2,7 2,0 2,325 1,73 1,83 1,80 1,86 1,55 1,76 1,52 1,59 1,57 1,62 1,40 1,53 1,32 1,49 1,50 1,71 1,31 1,4835 1,33 1,36 1,39 1,39 1,20 1,29 1,17 1,19 1,22 1,22 1,06 1,13 0,98 1,09 1,12 1,25 0,97 1,0850 1.05 1,04 1,11 1,07 0.93 0,97 0.93 0,91 0,98 0,94 0,82 0,85 0,75 0,82 0,85 0,93 0,74 0,8170 0,81 0,76 0,87 0,80 0,70 0,71 0,72 0,67 0,77 0,70 0,63 0,62 0,55 0,59 0,62 0,67 0,54 0,5895 0,65 0,59 0,71 0,62 0,56 0,54 0,58 0,52 0,64 0,55 0,50 0,47 0,43 0,44 0,48 0,50 0,42 0,43120 0,57 0,49 0,63 0,52 0,48 0,44 0,51 0,43 0,56 0,46 0,43 0,39 0,36 0,36 0,40 041 0,35 0,35150 0,50 0,42 0,56 0,45 0,42 0,38 0,45 0,37 0,51 0,40 0,38 0,34 0,31 0,30 0,35 0,34 0,30 0,30185 0,44 0,36 0,51 0,39 0,37 0,32 0,40 0,32 0,46 0,35 0,34 0,29 0,27 0,25 0,30 0,29 0,26 0,25240 0,39 0,30 0,45 0,33 0,33 0,27 0,35 0,27 0,41 0,30 0,30 0,24 0,23 0,21 0,26 0,24 0,22 0,20300 0,35 0,26 0,41 0,29 0,30 0,23 0,32 0,23 0,37 0,26 0,28 0,21 0,21 0,18 0,23 0,20 0,20 0,18400 0,32 0,22 0,37 0,26 0,27 0,21 0,29 0,20 0,34 0,23 0,25 0,19 0,19 0,15 - - - -500 0,28 0,20 0,34 0,23 0,25 0,18 0,26 0,18 0,32 0,21 0,24 0,17 0,17 0,14 - - - -630 0,26 0,17 0,32 0,21 0,24 0,16 0,24 0,16 0,29 0,19 0,22 0,15 0,16 0,12 - - - -800 0,23 0,15 0,29 0,18 0,22 0,15 0,22 0,14 0,27 0,17 0,21 0,14 0,15 0,11 - - - -

1000 0,21 0,14 0,27 0,17 0,21 0,14 0,20 0,13 0,25 0,16 0,20 0,13 0,14 0,10 - - - -

Notas:

a) Os valores da tabela admitem uma temperatura no condutor de 70 ºC;b) Válido para instalação em eletroduto não-magnético e diretamente enterrado;c) Aplicável à fixação direta a parede ou teto, ou eletrocalha aberta, ventilada ou fechada, espaço de

construção, bandeja, prateleira, suportes e sobre isoladores;d) Aplicável também ao Fio Pirastic Ecoflam, Cabo Pirastic Ecoflam e Cabo Flexível Pirastic Ecoplus

sobre isoladores.



TABELA 21 - QUEDA DE TENSÃO EM V/A. kmCABOS EPROTENAX ECOFIX, EPROTENAX FLEX E AFUMEX

INSTALAÇÃO AO AR LIVRE (C)CABOS EPROTENAX ECOFIX, EPROTENAX FLEX E AFUMEX

Cabos unipolares Cabos unie bipolares

Cabos tri etetrapolares


S = 10 cm S = 20 cm S = 2D S = 10 cm S = 20 cm S = 2D

Circuitotrifásico(B)

Circuitomonofásico

(B)Circuitotrifásico


FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,95 FP=0,8 FP=0,951,5 23,8 28,0 23,9 28,0 23,6 27,9 20,7 24,3 20,5 24,1 20,4 24,1 20,4 24,1 23,5 27,8 20,3 24,12,5 14,9 17,4 15,0 17,5 14,7 17,3 12,9 15,1 13,0 15,1 12,8 15,0 12,8 15,0 14,6 17,3 12,7 15,04 9,4 10,9 9,5 10,9 9,2 10,8 8,2 9,5 8,2 9,5 8,0 9,4 7,9 9,3 9,1 10,8 7,9 9,36 6,4 7,3 6,4 7,3 6,2 7,2 5,5 6,3 5,6 6,3 5,4 6,2 5,3 6,2 6,1 7,1 5,3 6,210 3,9 4,4 4,0 4,4 3,7 4,3 3,4 3,8 3,5 3,8 3,3 3,7 3,2 3,7 3,6 4,2 3,2 3,716 2,58 2,83 2,64 2,86 2,42 2,74 2,25 2,46 2,31 2,48 2,12 2,39 2,05 2,35 2,34 2,70 2,03 2,3425 1,74 1,85 1,81 1,88 1,61 1,77 1,53 1,61 1,58 1,64 1,41 1,55 1,34 1,51 1,52 1,73 1,32 1,5035 1,34 1,37 1,40 1,41 1,21 1,30 1,18 1,20 1,23 1,23 1,06 1,14 0,99 1,10 1,15 1,26 0,98 1,0950 1.06 1,05 1,12 1,09 0.94 0,99 0.94 0,92 0,99 0,95 0,83 0,87 0,76 0,83 0,86 0,95 0,75 0,8270 0,81 0,77 0,88 0,80 0,70 0,71 0,72 0,68 0,78 0,70 0,63 0,63 0,56 0,59 0,63 0,67 0,54 0,5895 0,66 0,59 0,72 0,62 0,56 0,54 0,59 0,52 0,64 0,55 0,50 0,48 0,43 0,44 0,48 0,50 0,42 0,44120 0,57 0,49 0,63 0,53 0,48 0,45 0,51 0,44 0,56 0,46 0,43 0,40 0,36 0,36 0,40 041 0,35 0,35150 0,50 0,42 0,57 0,46 0,42 0,38 0,45 0,38 0,51 0,41 0,39 0,34 0,32 0,31 0,35 0,35 0,30 0,30185 0,44 0,36 0,51 0,39 0,38 0,32 0,40 0,32 0,46 0,35 0,34 0,29 0,27 0,26 0,30 0,29 0,26 0,25240 0,39 0,30 0,45 0,33 0,33 0,27 0,35 0,27 0,41 0,30 0,30 0,24 0,23 0,21 0,26 0,24 0,22 0,21300 0,35 0,26 0,41 0,29 0,30 0,24 0,32 0,24 0,37 0,26 0,28 0,21 0,21 0,18 0,23 0,20 0,20 0,18400 0,31 0,23 0,38 0,26 0,27 0,21 0,29 0,21 0,34 0,23 0,25 0,19 0,19 0,16 - - - -500 0,28 0,20 0,34 0,23 0,25 0,18 0,26 0,18 0,32 0,21 0,24 0,17 0,17 0,14 - - - -630 0,26 0,17 0,32 0,21 0,24 0,16 0,24 0,16 0,29 0,19 0,22 0,15 0,16 0,12 - - - -800 0,23 0,15 0,29 0,18 0,22 0,15 0,22 0,14 0,27 0,17 0,21 0,14 0,15 0,11 - - - -

1000 0,21 0,14 0,27 0,17 0,21 0,14 0,21 0,13 0,25 0,16 0,20 0,13 0,14 0,10 - - - -

Notas:

a) Os valores da tabela admitem uma temperatura no condutor de 90 ºC;b) Válido para instalação em eletroduto não-magnético e diretamente enterrado;c) Aplicável à fixação direta a parede ou teto, ou eletrocalha aberta, ventilada ou fechada, espaço de

construção, bandeja, prateleira, suportes e sobre isoladores;



Os valores de resistências elétricas e reatâncias indutivas indicadas na tabela a seguirsão valores médios e destinam-se a cálculos aproximados de circuitos elétricos, utilizando-se aseguinte fórmula:

Z= R cos Ø + X sen Ø

TABELA 22 - RESISTÊNCIA ELÉTRICA E REATÂNCIAS INDUTIVAS DE FIOSE CABOS ISOLADOS EM PVC, EPR E XLPE EM CONDUTOS FECHADOS

(VALORES EM ΩΩ / km)

Condutos não-magnéticos (B)Circuitos FN / FF / 3F

Seção(mm²)

[1]

Rcc(A)

[2]

Rca

[3]

XL

[4]1,5 12,1 14,48 0,162,5 7,41 8,87 0,154 4,61 5,52 0,146 3,08 3,69 0,1310 1,83 2,19 0,1316 1,15 1,38 0,1225 0,73 0,87 0,1235 0,52 0,63 0,1150 0,39 0,47 0,1170 0,27 0,32 0,1095 0,19 0,23 0,10

120 0,15 0,19 0,10150 0,12 0,15 0,10185 0,099 0,12 0,094240 0,075 0,094 0,098300 0,060 0,078 0,097400 0,047 0,063 0,096500 0,037 0,052 0,095630 0,028 0,043 0,093800 0,022 0,037 0,0891000 0,018 0,033 0,088

a) Resistência elétrica em corrente contínua calculada a 70 ºC no condutor;b) Válido para condutores isolados, cabos unipolares e multipolares instalados em condutos fechados não

magnéticos.





TABELA 23 - RESISTÊNCIAS ELÉTRICAS E REATÂNCIAS INDUTIVAS DE FIOS E CABOSISOLADOS EM PVC, EPR E XLPE AO AR LIVRE (VALORES EM ΩΩ / km)

CONDUTORES ISOLADOS - CABOS UNIPOLARES AO AR LIVRE (B)Circuito FN / FF

Seção(mm²) Rcc (A)

S = de S = 2 de S = 10 cm S = 20 cm Trifófio

[1] [2]Rca[3]

XL[4]

Rca[5]

XL[6]

Rca[7]

XL[8]

Rca[9]

XL[10]

Rca[11]

XL[12]

1,5 12,1 14,48 0,16 14,48 0,21 14,48 0,39 14,48 0,44 14,48 0,162,5 7,41 8,87 0,15 8,87 0,20 8,87 0,37 8,87 0,42 8,87 0,154 4,61 5,52 0,14 5,52 0,19 5,52 0,35 5,53 0,40 5,52 0,146 3,08 3,69 0,14 3,69 0,18 3,69 0,33 3,69 0,39 3,69 0,1410 3,83 2,19 0,13 2,19 0,17 2,19 0,32 2,19 0,37 2,19 0,1316 1,15 1,38 0,12 1,38 0,17 1,38 0,30 1,38 0,35 1,38 0,1225 0,73 0,87 0,12 0,87 0,17 0,87 0,28 0,87 0,34 0,87 0,1235 0,52 0,63 0,11 0,63 0,16 0,63 0,27 0,63 0,32 0,63 0,1150 0,39 0,46 0,11 0,46 0,16 0,46 0,26 0,46 0,31 0,46 0,1170 0,72 0,32 0,10 0,32 0,16 0,32 0,25 0,32 0,30 0,32 0,1095 0,19 0,23 0,10 0,23 0,15 0,23 0,24 0,23 0,29 0,23 0,10

120 0,15 0,19 0,10 0,18 0,15 0,18 0,23 0,18 0,28 0,19 0,10150 0,12 0,15 0,10 0,15 0,15 0,15 0,22 0,15 0,27 0,15 0,10185 0,099 0,12 0,10 0,12 0,15 0,12 0,21 0,12 0,26 0,12 0,10240 0,075 0,09 0,10 0,09 0,15 0,09 0,20 0,09 0,25 0,09 0,10300 0,060 0,08 0,10 0,07 0,15 0,07 0,19 0,07 0,24 0,08 0,10400 0,047 0,06 0,10 0,06 0,15 0,06 0,18 0,06 0,23 0,06 0,10500 0,037 0,05 0,10 0,05 0,15 0,05 0,17 0,05 0,23 0,05 0,10630 0,028 0,04 0,09 0,04 0,15 0,04 0,16 0,04 0,22 0,04 0,09800 0,022 0,04 0,09 0,03 0,14 0,03 0,15 0,03 0,20 0,04 0,091000 0,018 0,03 0,09 0,03 0,14 0,03 0,14 0,03 0,19 0,03 0,09

a) Resistência elétrica em corrente contínua calculada a 70 ºC no condutor;b) Válidos para linhas elétricas ao ar livre, bandejas, suportes e leitos para cabos.





TABELA 24 - RESISTÊNCIAS ELÉTRICAS E REATÂNCIAS INDUTIVAS DE FIOS E CABOSISOLADOS EM PVC, EPR E XLPE AO AR LIVRE (VALORES EM ΩΩ / km)

CONDUTORES ISOLADOS - CABOS UNIPOLARES AO AR LIVRE (B)Circuitos 3F

Cabos bi etripolares

(B)

CaboTetrapolar

(B)Seção(mm²) Rcc(A) S = de S = 2 de S = 10cm S = 20cm Trifófio FN / FF / 3F 3F + N / 3F + PE

[1] [2]Rca[13]

XL[14]

Rca[15]

XL[16]

Rca[17]

XL[18]

Rca[19]

XL[20]

Rca[21]

XL[22]

Rca[23]

XL[24]

Rca[25]

XL[26]

1,5 12,1 14,48 0,17 14,48 0,23 14.48 0,40 14,48 0,46 14,48 0,16 14,48 0,12 14,48 0,142,5 7,41 8,87 0,16 8,87 0,22 8,87 0,38 8,87 0,44 8,87 0,15 8,87 0,12 8,87 0,134 4,61 5,52 0,16 5,52 0,22 5,52 0,37 5,52 0,42 5,52 0,14 5,52 0,12 5,52 0,136 3,08 3,69 0,15 3,69 0,20 3,69 0,35 3,69 0,40 3,69 0,14 3,69 0,11 3,69 0,1210 1,83 2,19 0,14 2,19 0,20 2,19 0,34 2,19 0,39 2,19 0,13 2,19 0,10 2,19 0,1216 1,15 1,38 0,14 1,38 0,19 1,38 0,32 1,38 0,37 1,38 0,12 1,38 0,10 1,38 0,1125 0,73 0,87 0,13 0,87 0,18 0,87 0,30 0,87 0,35 0,87 0,11 0,87 0,10 0,87 0,1135 0,52 0,63 0,13 0,63 0,18 0,63 0,29 0,63 0,34 0,63 0,11 0,63 0,09 0,63 0,1150 0,39 0,46 0,13 0,46 0,18 0,46 0,28 0,46 0,33 0,46 0,11 0,46 0,09 0,46 0,1170 0,27 0,32 0,12 0,32 0,17 0,32 0,27 0,32 0,32 0,32 0,10 0,32 0,09 0,32 0,1095 0,19 0,23 0,12 0,23 0,17 0,23 0,25 0,23 0,30 0,23 0,10 0,23 0,09 0,23 0,10

120 0,15 0,19 0,12 0,18 0,17 0,18 0,24 0,18 0,29 0,19 0,10 0,19 0,09 0,19 0,10150 0,12 0,15 0,12 0,15 0,17 0,15 0,23 0,15 0,29 0,15 0,10 0,15 0,09 0,15 0,10185 0,099 0,12 0,12 0,12 0,17 0,12 0,23 0,12 0,28 0,12 0,10 0,12 0,09 0,12 0,10240 0,075 0,09 0,12 0,09 0,17 0,09 0,22 0,09 0,27 0,09 0,10 0,10 0,09 0,09 0,10300 0,060 0,08 0,11 0,07 0,17 0,07 0,21 0,07 0,26 0,08 0,10 0,08 0,09 0,08 0,10400 0,047 0,06 0,11 0,06 0,17 0,06 0,20 0,06 0,25 0,06 0,10 - - - -500 0,037 0,05 0,11 0,05 0,16 0,05 0,19 0,05 0,24 0,05 0,10 - - - -630 0,028 0,04 0,11 0,04 0,16 0,04 0,18 0,04 0,23 0,04 0,09 - - - -800 0,022 0,04 0,11 0,03 0,16 0,03 0,16 0,03 0,22 0,04 0,09 - - - -1000 0,018 0,03 0,11 0,03 0,16 0,03 0,16 0,03 0,21 0,03 0,09 - - - -

a) Resistência elétrica em corrente contínua calculada a 70 ºC no condutor;b) Válidos para linhas elétricas ao ar livre, bandejas, suportes e leitos para cabos.



TABELA 25 - CARACTERÍSTICAS DOS CONDUTORES CLASSE 1 (NBR 6880)

Seção nominal(mm²)

Resistência máxima do condutor a 20 ºC,condutores circulares e fios nus.

(Ω / km)0,5 36,00,75 24,5

1 18,11,5 12,12,5 7,414 4,616 3,0810 1,8316 1,15


Número mínimo de fios no condutorSeção

nominal(mm²)

Condutornão-compactado

circular

Condutorcompactadonão-circular


(Ω / km)

0,5 7 - 36,00,75 7 - 24,5

1 7 - 18,11,5 7 6 12,12,5 7 6 7,414 7 6 4,616 7 6 3,0810 7 6 1,8316 7 6 1,1525 7 6 0,72735 7 6 0,52450 19 6 0,38770 19 12 0,26895 19 15 0,193

120 37 18 0,153150 37 18 0,124185 37 30 0,0991240 61 34 0,0754300 61 34 0,0601400 61 53 0,0470500 61 53 0,0366630 91 53 0,0283800 91 53 0,02211000 91 53 0,0176





Diâmetro máximo dos fiosno condutor

(mm)

Resistência máxima do condutor a 20 ºC,condutores circulares, fios nus.

(Ω / km)0,5 0,21 39,00,75 0,21 26,0

1 0,21 19,01,5 0,26 13,32,5 0,26 7,984 0,31 4,956 0,31 3,3010 0,41 1,9116 0,41 1,2125 0,41 0,78035 0,41 0,55450 0,41 0,38670 0,51 0,27295 0,51 0,206

120 0,51 0,161150 0,51 0,129185 0,51 0,106240 0,51 0,0801300 0,51 0,0641400 0,51 0,0486500 0,51 0,0384

TABELA 28 - CARACTERÍSTICAS DOS CONDUTORES DOSCABOS FLEXOSOLDA E SOLDAPRENE (NBR 8762)

Seção nominaldo condutor

(mm²)

Diâmetro máximo dos fiosno condutor

(mm)


(Ω / km)10 0,26 1,9116 0,26 1,2125 0,26 0,78035 0,31 0,55450 0,31 0,38670 0,31 0,27295 0,31 0,206

120 0,31 0,161150 0,31 0,129185 0,31 0,106240 0,31 0,0801



7.5.2 CORRENTES MÁXIMAS DE CURTO-CIRCUITO

• Fio Pirastic Ecoflam, Cabo Pirastic Ecoflam, Cabo Flexível Pirastic Ecoplus, Cabo SintenaxEconax e Cabo Sintenax Flex.

• Condutor - Cobre Conexões Prensadas ou Soldadas




• Cabo Eprotenax Ecofix, Cabo Eprotenax Flex, Cabo Voltalene Ecolene e Cabo Afumex.• Condutor - Cobre Conexões Prensadas.




• Cabo Eprotenax Ecofix, Cabo Eprotenax Flex, Cabo Voltalene Ecolene e Cabo Afumex.• Condutor - Cobre Conexões Soldadas.



7.5.5 DETERMINAÇÃO DA INTEGRAL DE JOULE (L2T) DE CONDUTORESELÉTRICOS

O cálculo do valor da Integral de Joule pode ser determinado de acordo com a normaIEC 949 (1988).

Assim tem-se:Fórmula geral: l2 t = l2 G2 ,

Onde:

Sz

XG

2

∆∆++== (1)S

YIz −−

αα==

2

(3)

SzX 42 ++==∆∆ (2)

ββ++θθββ++θθ

==ααi

flnSK 22 (4)

Sendo:I = corrente admissível no condutor (A);S = seção nominal no condutor (mm2);f = Temperatura final do condutor (ºC);i = Temperatura inicial do condutor (ºC);ß = recíproco do coeficiente de temperatura da resistência do condutor em ºC

(K) - tabela 1;K = constante que depende do material condutor - tabela 1;X e Y = tabela 2.

Tabela 1

Material K ßCobre 226 234,5

Alumínio 148 228

Tabela 2 - Condutores de Cobre

Isolação X YPVC ≤≤ 3 kV 0,29 0,06

PVC > 3 kV 0,27 0,05XLPE 0,41 0,12

EPR ≤≤ 3 kV 0,38 0,10

EPR > 3 kV 0,32 0,07

Exemplo:

Calcular a Integral de Joule para um cabo 6mm² de cobre, isolado em PVC, 0,6/1kVpercorrido por uma corrente de 100 A.

Considere ainda os seguintes parâmetros: θθf = 160 ºC, θθi = 70 ºC.



Tem-se:

ß = 234,5 (tabela 1) K = 226 (tabela 1)

X = 0,29 (tabela 2) Y = 0,06 (tabela 2)Assim:

4761375234705234160

6226 2222 ==

++++××==

ββ++θθββ++θθ

==αα,

,lnlnSK

i

f

01106

060

476137

10022

,,

S

YIz ==−−==−−

αα==

34806011042904 22 ,,,SzX ==××××++==++==∆∆ →→ 590 ,==∆∆

331605390

590290

2,

,

,,

Sz

XG ==++==∆∆++==

(( )) sA,GItI 226658163316100 22222 ==××====

REFERÊNCIAS WEG , Módulo 4. Geração de Energia. Centro de treinamento de clientes. __________________________________________________________________


sistemas elÉtricos de potÊncia

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