Aula 09 - Dimensionamentos

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Dimensionamentos
Prof. Vilmair E. Wirmond
2012
Campus Curitiba
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Condutores
• O dimensionamento de um condutor deve ser precedido de uma análise
detalhada das condições de sua instalação e da carga a ser suprida.
Dimensionar corretamente os condutores de um circuito é determinar a
seção dos condutores e a corrente nominal dos dispositivos de proteção
contra sobrecorrentes ligados a estes circuitos. Para isso, é preciso
considerar os seguintes critérios:
• critério da capacidade de corrente (ampacidade) – verifica-se o limite de
temperatura dos cabos em função da corrente;
• limite de queda de tensão;
• escolha da proteção contra correntes de sobrecarga e aplicação dos
critérios de coordenação entre condutores e proteção;
• escolha da proteção contra correntes de curto-circuito e aplicação dos
critérios de coordenação entre condutores e proteção;
• verificação da bitola mínima estipulada pela NBR5410/2004 para os
circuitos.
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Critério da Capacidade Corrente(ampacidade)
1. Este critério se aplica ao dimensionamento da seção dos condutores fase, os
quais servirão de base para o dimensionamento das seções dos condutores
neutro e de proteção (terra).
2. Em condições de funcionamento normal, a temperatura de um condutor, isto
é, a temperatura da superfície de separação entre o condutor propriamente
dito e a isolação, não pode ultrapassar a chamada temperatura máxima de
operação.
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Métodos de Instalação
Tab. 33 NBR 5410/2004
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Ampacidade
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Ampacidade
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Fatores de correção
1. FCT – Fator de correção de temperatura : determinado em função da isolação
docondutor, da temperatura ambiente ou da temperatura do solo de acordo
com a maneira de instalar previamente determinada.
2. FCA – Fator de correção de agrupamento: determinando em função do trecho
mais crítico do circuito. Para condutores em paralelo, cada grupo de condutores
fase-neutro, independente do número de condutores por fase ou número de
condutores por neutro, deve ser considerado um circuito unitário.
3. FCRS – Fator de correção da resistividade do solo: normalmente é utilizado
paraa maneira de instalar “D”. Aplica-se apenas quando a resistividade do
solo for um fator considerável na instalação dos condutores e diferente de 2,5
K.m/W; caso contrário, o considera igual a 1.
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Corrente Corrigida
Bitola (seção) do condutor – tendo-se o valor da corrente corrigida (Ic), o tipo
de cabo e a maneira de instalar previamente determinados, a bitola (ou
seção) do condutor pode ser obtida a partir das tabelas
Iz’ >= Ic onde,
Ic - corrente corrigida;
Iz’ - capacidade de condução de corrente
tabelada;
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Seção mínima
Seção mínima dos condutores - a NBR5410/2004 estabelece que as seções
mínimas dos condutores fase em corrente alternada (CA) e dos condutores
vivos em corrente contínua (CC) não sejam inferiores às indicadas na tabela
a seguir.
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Proteção
proteção - o condutor não pode ser dito corretamente dimensionado até que seja
verificada a sua proteção.
Na proteção de um condutor pode ser utilizado um disjuntor, cujo valor de
corrente nominal (Idp) esteja compreendido entre o valor da corrente de projeto
(Ip) e o valor da corrente máxima suportada pelo condutor (Iz), ou seja:
Ip ≤ Idp ≤ Iz
e
I 2 ≤ 1 , 45 ⋅ Iz
Esse critério garante que o disjuntor não atue para uma corrente igual ou
menor à corrente corrigida, mas que a corrente de abertura do disjuntor
seja menor do que a corrente suportada pelo fio/cabo.
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I2
Ampacidade
Corrente
Corrente
Corrente Convencional
Nominal
convencional de
de atuação
(In)
não atuação
(Iz)
In ≤ 63
1,13 x In
1,45 x In
1h
In > 63
1,13 x In
1,45 x In
2h
Tempo
Convencional
*Para disjuntores termomagnéticos, Norma NBR IEC 6089-minidisjuntores
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I2
Ampacidade
Corrente
Corrente
Corrente Convencional
de ajuste
convencional de
de atuação
(In)
não atuação
(Iz)
In ≤ 63
1,05 x In
1,30 x In
1h
In > 63
1,05 x In
1,30 x In
2h
Tempo
Convencional
*Para disjuntores termomagnéticos, Norma NBR IEC 6089disjuntores industriais
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Critério da Queda de Tensão
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Conceitos de Queda de Tensão
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Cálculo da queda de tensão em circuitos concentrados
Circuitos concentrados são circuitos onde a carga está concentrada em um
único ponto.
Cálculo da queda de tensão Circuitos distribuídos
São circuitos onde a carga está locada em diversos pontos, variando a corrente ao
longo do trajeto da fiação. Em função disso, é necessário calcular trecho a trecho
para verificar se a queda de tensão percentual máxima para o circuito ( MAX DV% )
não foi ultrapassada.
Neste método, parte-se de um pré-dimensionamento do condutor, feito através do
critério da ampacidade, de forma que este condutor atenda simultaneamente o
critério da queda de tensão.
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Regras Básicas
•Escolher o pior caminho do circuito, sendo este aquele que apresente maior
queda de tensão causada ou pela maior distância, ou pelo maior acúmulo de
cargas. Em caso de dúvidas, deve-se calcular para duas situações.
•Apesar de o ideal ser calcular a queda de tensão para todos os circuitos, isto
não é necessário, bastando os cálculos daqueles que apresentarem as
situações mais adversas, tais como grande comprimento (geralmente maior
que 15 m), ou alta potência relativa.
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Critério da Queda de Tensão
∆v = l ⋅ Ip ⋅ ∆vunit
∆v ⋅100
∆v% =
Vn
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Verificação econômica do dimensionamento
Ampacidade
Queda de tensão
#6
#10
#16
Ok
#6
#10
#16
#25
Não OK
•Caso aconteça como no segundo caso, deve-se reestudar o sistema :
• Modificar os limites de queda de tensão, respeitando os limites da
norma.
• Alterar o trajeto do circuito,
• Colocar cabos em paralelo (altas potências)
• Dividir o circuito ou diminuir as cargas através de redistribuição.
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Critério da Proteção Contra Curto-Circuito
Em qualquer instalação deverão ser previstos dispositivos de proteção que
garantam a interrupção da corrente de curto-circuito, antes que esta corrente
cause problemas aos condutores e as instalações.
Os efeitos causados pela corrente de curto-circuito podem ser de dois tipos:
• efeito térmico: aquecimento dos cabos e outros componentes acima da
temperatura limite, provocando danos à isolação.
• efeito dinâmico: ocorre no primeiro ciclo da corrente de curto-circuito e causa
a quebra de isoladores, barras, fixações, etc., devido a força de atração ou
repulsão causada por esta corrente.
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Curvas de dispositivos de proteção
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Curto-circuito
O cabo é aquecido em função de dois fatores:
• corrente elétrica;
• tempo;
E esta energia é dada pela integral de Joule: Icc2dt
Para aquecer um cabo desde a sua temperatura de trabalho até a temperatura de
curto-circuito, é necessária uma quantidade de energia que pode ser calculada pela
equação:
onde,
• Icc - corrente de curto-circuito simétrica;
• S - seção do condutor;
• K - fator dependente do material da isolação;
• Os limites da integral são de 0 a t.
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Critérios normalizados
a) Irdp ≥ Icc
b) Tdp ≤ t
Onde,
• Irdp - capacidade de interrupção do dispositivo de proteção (disponível nos
catálogos dos fabricantes da referida proteção ou na internet em sites de
fabricantes).
• Icc - nível de curto-circuito simétrico presumido no ponto de instalação do
dispositivo de proteção (DP);
• Tdp - tempo de disparo do DP (ver catálogos de fabricantes);
• T - tempo que os condutores suportam, sem que a temperatura limite seja
atingida (ver catálogos de fabricantes).
O tempo limite de atuação do dispositivo de proteção (DP), ou seja, o tempo
que os condutores suportam antes de ser atingida a temperatura limite, pode
ser calculado por:
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Curto-circuito
A equação anterior para o cálculo do tempo de atuação, é derivada da integral
de Joule e é válida apenas no caso em que as correntes de curto-circuito
simétricas ou assimétricas tenham um tempo de duração entre 0,1 s e 5 s. Os
valores normalmente de K podem ser obtidos da tabela a seguir:
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Gráfico
Outra maneira válida para a verificação do tempo suportado pelo cabo, sem
que este atinja a temperatura limite, é o gráfico da corrente máxima de curtocircuito no condutor. Os gráficos referentes aos diversos tipos de condutores
podem ser obtidos através de catálogos dos fabricantes, como por exemplo,
os da Pirelli/Prysmian ao final deste capítulo.
• Na abscissa do gráfico são representadas as bitola dos condutores, uma vez
que já se conhece esta pelos critérios de dimensionamentos verificados
anteriormente.
• Na ordenada do gráfico são representados os valores das correntes de curtocircuito presumidas. As linhas inclinadas indicam o tempo limite em ciclos,
sendo este, o parâmetro requisitado.
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Dimensionamento da Seção Mínima do
Condutor Neutro
Nos circuitos trifásicos equilibrados e sem presença significativa de harmônicos(≤
15%) o condutor neutro pode ter bitola menor que a do condutor fase, de acordo
com a tabela abaixo:
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Dimensionamento da Seção Mínima do Condutor de Proteção
Podem ser utilizados como condutores
de proteção:
• veias, em cabos multipolares;
• condutores isolados ou cabos unipolares num
invólucro comum aos condutores vivos;
• proteções metálicas ou blindagens de cabos;
• eletrodutos metálicos;
• outros elementos condutores;
• barramentos blindados com invólucros metálicos, desde que sua
continuidade elétrica seja assegurada, sua condutância esteja de acordo com a
bitola S calculada e permita a ligação de outros condutores de proteção nas
derivações.
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Em resumo...
1. Aplicar o critério da ampacidade:
• Calcular a corrente de projeto,
• Verificar os fatores de correção,
• Calcular a corrente corrigida,
• Definir a fiação e proteção,
2. Aplicar o critério da queda de tensão para verificar se o condutor e a
proteção atendem a esse critério.
3. Aplicar o critério de curto-circuito para verificar se o condutor e a proteção
atendem a esse critério.
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Dimensionamento de eletrodutos
• Taxa de ocupação do eletroduto não deve ser superior a 53% no
caso de um condutor, 31% no caso de dois condutores ou 40% no
caso de três ou mais condutores.
• A tabela a seguir apresenta os diâmetros externos e a seção total
de vários condutores fabricados pela Pirelli/Prysmian.
• Para se calcular a área ocupada do eletroduto deve-se levar em
conta a área total do condutor e não apenas a bitola nominal do cabo.
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INSTALAÇÕES PREDIAIS
CÁLCULO SIMPLIFICADO DE
CURTO-CIRCUITO
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CÁLCULO SIMPLIFICADO DE CURTO-CIRCUITO
Para este método de cálculo :
1. Despreza-se a impedância da concessionária e a impedância de AT que
alimenta o transformador,
2. Despreza-se a impedância interna dos dispositivos de comando,
3. Desconsidera-se a contribuição de motores e geradores em funcionamento,
4. O nível de curto-circuito é calculado pela falta trifásica simétrica (situação
mais crítica),
5. Despreza-se a resistência de contato,
Esse tipo de dimensionamento tende a ser conservativo, ou seja, a favor da
segurança e com um valor de corrente de curto-circuito (Icc) superior à
realmente atingida.
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Exercício proposto:
Calcule corrente de curto circuito no barramento do QDG, localizado a 50m do
transformador de 300kVA, entrada em 13,8kV e secundário em 127/220V. O
QDG é alimentado por dois condutores por fase de 120mm2.
Repita o cálculo para um transformador de mesma potência(300kVA) e QDG á
mesma distância, mas com tensão de 220/380V no secundário.
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