Prof. Luis Nodari - IFSC Campus Joinville

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
INDUSTRIAIS
Prof.: Luís M. Nodari
[email protected]
http://www.joinville.ifsc.edu.br/~luis.nodari/
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1- Revisão e Conceitos
2- Métodos de Fornecimento de Energia
3- Condutores Elétricos
4- Revisão de Fator de Potência
5- Cálculo de condutores Elétricos
6- Cálculos de Demanda
7- Projeto de Quadros de Distribuição
8- Aterramento Elétrico
9- SPDA
10- Bibliografia
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Revisão
•O átomo é composto pelo seu núcleo e a eletrosfera.
•O núcleo é formado por prótons e elétrons
•A eletrosfera é o espaço de vácuo que compreende o núcleo e
possui elétrons vibrando.
•Os elétrons estão distantes do núcleo de acordo com o nível
de energia que possuem.).
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Revisão
•Núcleo é 10000 vezes menor que a menor
camada da eletrosfera.
•O
volume
do
núcleo
equivale
a
aproximadamente 0,01% do volume total do
átomo.
•99,95 % da massa atômica esta no núcleo.
•Toda a eletrosfera e formada por vácuo e
elétrons (muito pequenos).
O micro e o macro se repetem?
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Revisão
•Materiais podem ser classificados como bons ou maus
condutores de corrente elétrica de acordo com sua
estrutura química.
•A diferença está na chamada camada de valência, bons
condutores elétricos possuem 1 a 2 elétrons em sua
camada de valência, que é a última camada a receber
elétrons em um átomo
•Quanto maior no número de camadas e por
consequência de elétrons melhor será o condutor,
desde que possuam 1 elétron na camada de valência.
•Corrente elétrica :
Fluxo ordenado de elétrons.
Precisa um caminho fechado
e uma DDP para que ocorra.
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Revisão
ISOLANTES:
•Não conduzem corrente elétrica.
•Todos os materiais isolantes elétricos apresentam um máximo de valor
de campo elétrico que podem suportar.
•Se esse valor máximo for ultrapassado, o material, mesmo sendo isolante,
passará a se comportar como condutor.
•Quando isso ocorre, dizemos que a rigidez dielétrica do material foi rompida.
Exemplo: PVC
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Fios e Cabos Condutores Elétricos
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Fios e Cabos Condutores Elétricos
DEFINIÇÕES:
Condutor Isolado:
Condutor dotado apenas de isolação.
Cabo Unipolar:
cabo constituído por um único condutor isolado e provido de
cobertura sobre a isolação.
Cabo Multipolar:
Cabo constituído por vários condutores isolados e provido de
cobertura sobre o conjunto dos condutores isolados.
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Fios e Cabos Condutores Elétricos
•Qual condutor é melhor?
•O rígido ou o flexível ?
•Qual oferece mais perdas?
•Qual tem a maior
resistividade por metro?
•Qual sofre mais com o
eleito pelicular?
•Efeito pelicular?...???
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Efeito Skin
•Efeito Skin ou pelicular é o efeito que ocorre em condutores elétricos
quando percorridos por Corrente Alternada.
•Fenômeno baseado nos efeitos descobertos por Faraday e Lenz.
•Quanto maior a frequência elétrica, maiores serão os esforços resultantes e
portanto, maior será o efeito pelicular.
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Efeito Skin
•Variação da área de condução de corrente de um condutor em função da
variação da frequência da corrente que circula sobre o mesmo.
•Em função destes efeitos surgiram várias características e
tecnologias de cabos.
•Cabos ocos, com guia de onda, em aço com camada externa em
cobre, em alumínio com alma de aço...
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Conectores Elétricos
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Conectores Elétricos
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Conectores e Emendas
Em Condutores Elétricos
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Sistemas de Fornecimento de Energia
Faixa de Tensão Elétrica Corrente
(IEC)
Alternada - CA
Corrente
Contínua- CC
Risco
Alta Tensão
> 1000 VRMS
> 1500
Arco elétrico
Baixa Tensão
50 - 1000VRMS
120 – 1500V
Choque elétrico
Extra Baixa Tensão
< 50 VRMS
< 120
Baixo risco
Extra Baixa Tensão: Tensão Inferior à 50 V (CA) e 120 V (CC)
Baixa tensão: Tensão superior a Extra Baixa Tensão e inferior a 1000 V
(CA) e 1500V (CC) – Exemplo: 127 V, 220 V, 380V.
Média tensão: Tensão superior a Baixa tensão e Inferior a Alta Tensão –
Exemplo: 13.8 kV, 23kV e 34.5kV.
Alta tensão: Tensão superior a Média Tensão – Exemplo: 69kV, 138kV,
250kV, 750kV.
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Sistemas de Fornecimento de Energia
CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE FORNECIMENTO EM
TENSÃO – CELESC
Tensão primária de distribuição: tensão disponibilizada
no sistema elétrico da Celesc com valores padronizados
iguais ou superiores a 2,3 kV. Na Celesc as tensões
nominais são: 13,8 kV, 23 kV, 34,5 kV, 69 kV e 138 kV.
Tensão secundária de distribuição: tensão
disponibilizada no sistema elétrico da Celesc com valores
padronizados inferiores a 2,3 kV. Na Celesc as tensões
nominais são: 380/220V (urbana) e 440/220V (rural);
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Sistemas de Fornecimento de Energia
CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE FORNECIMENTO EM
TENSÃO PRIMÁRIA
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Subgrupo A1 - ≥ 230 kV;
Subgrupo A2 - tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV;
Subgrupo A3 - tensão de fornecimento de 69 kV;
Subgrupo A3a - tensão de fornecimento de 30 kV a 44 kV;
Subgrupo A4 - tensão de fornecimento de 2,3 kV a 25 kV;
Subgrupo AS - tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV
atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição e
enquadradas neste Grupo em caráter opcional.
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Sistemas de Fornecimento de Energia
CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE FORNECIMENTO EM
TENSÃO SECUNDÁRIA
 Limites de fornecimento: Unidades consumidoras com
potência instalada < 75kW;
 Tensão padronizada: Nas redes de distribuição secundária
da CELESC, as tensões padronizadas são de 380/220V
(urbana) e 440/220V (rural);
 Classificação dos tipos de fornecimento: Em função da
potência instalada declarada, o fornecimento de energia elétrica
à unidade consumidora será feita de acordo com a classificação
a seguir:
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Sistemas de Fornecimento de Energia
Tipo A (monofásico):
•
•
•
•
Alimentação em 2 fios (fase e neutro): 220V;
Potência instalada menor que 15kW;
Não é permitido motor monofásico maior que 3CV (HP);
Não é permitido máquina de solda a transformador.
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Sistemas de Fornecimento de Energia
Tipo B (bifásico):
•
Alimentação em 3 fios (2 fases e neutro) 380/220V
urbana e 440/220V rural;
•
Potência instalada entre 15 e 22kW urbana e até
25kW rural;
• Não é permitido motor monofásico maior que 3CV (HP)
em 220V ou maior que 7.5 CV em 440V;
• Não é permitido máquina de solda a transformador
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Sistemas de Fornecimento de Energia
Tipo C (trifásico):
•
Fornecimento a 4 fios (3 fases e neutro) 380/220V
•potência instalada entre 22 e 75kW;
•
Não é permitido motor monofásico maior que 3CV
(HP) em 220V ou motor trifásico maior que 25CV (HP) em
380V;
•
Não é permitido máquina de solda a transformador
Observação: As unidades consumidoras que não se
enquadrarem nos tipos A, B, ou C serão atendidas em
tensão primária de distribuição.
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Tipos de Instalações
INSTALAÇÕES AO AR LIVRE
São consideradas instalações ao ar livre, comumente instaladas em
bandejas, leitos entre outros.
Para este tipo somente é permitida a instalação de cabos
unipolares ou multipolares.
ELETRODUTOS
Podem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou
multipolares. Somente é admitido o uso de condutor nu em
eletrodutos não metálicos e com finalidade de aterramento.
ELETROCALHAS e BANDEJAS
Em eletrocalhas E bandejas podem ser instalados condutores
isolados, cabos unipolares ou multipolares.
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Tipos de Instalações
CABOS DIRETAMENTE ENTERRADOS
Os cabos diretamente enterrados somente podem ser
unipolares ou multipolares e devem ser tomadas medidas para
protegê-los contra deteriorações causadas por movimentação
de terra, choque de ferramentas provenientes de escavações e
ataques químicos ou umidade.
CANALETAS NO SOLO
Os cabos instalados diretamente nas canaletas no solo
somente podem ser unipolares ou multipolares ou admite-se o
uso de condutores isolados desde que contidos em eletrodutos
no interior da canaleta.
SOBRE ISOLADORES
Sobre isoladores podem ser utilizados condutores nus,
isolados ou em feixes.
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Tipos de Instalações
Leitos de cabos
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Tipos de Instalações
Infraestrutura de eletrodutos
embutidos na alvenaria
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Tipos de Instalações
Infraestrutura de
Eletrodutos e
Eletrocalhas
Sobrepostos
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Tipos de Instalações
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Tipos de Instalações
Infraestrutura de Canaletas no Piso
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Tipos de Instalações
Quadros e eletrocalhas sobrepostos.
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Tipos de Instalações
Eletrodutos envelopados no solo.
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Tipos de Instalações
Inspira confiança?
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Tipos de Instalações
Inspira confiança?
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Tipos de Instalações
Inspira confiança?
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Definições
CURTO CIRCUITO:
Quando em um determinado circuito elétrico, existe DDP, existe um
caminho ou circuito fechado, com a resistência elétrica deste circuito
que tende a zero e, por tanto, corrente elétrica que tende ao infinito ou
até ao limite da fonte.
SOBRECARGA:
Quando a corrente consumida pelas cargas aplicadas a um circuito
elétrico excede ou ultrapassa o limite de corrente pré-determinado
para o funcionamento correto e seguro do mesmo, ocasionando
principalmente perdas por aquecimento.
MAU CONTATO:
Quando as conexões elétricas de um determinado circuito não estão
“adequadamente” ajustadas, a corrente que irá circular ou circula
pelo mesmo oferece queda de tensão e dissipação térmica.
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Definições – Exemplos
Ambos os fenômenos, curto circuito, sobrecarga e mau contato, podem
causar sérios danos a instalação elétrica, danificando componentes,
condutores, podendo causar incêndios.
Estes fenômenos devem sempre ser evitados.
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Definições – Exemplos
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Definições – Exemplos
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Definições – Exemplos
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Revisão Corrente Alternada
A tensão alternada tem 3 dimensões ou variáveis; o tempo, a amplitude
e a fase.
Polar
Seno
Coseno
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Revisão Corrente Alternada
A representação gráfica em duas dimensões pode ser feita com uma
senoide ou com um diagrama polar.
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Revisão Corrente Alternada
Um gerador trifásico gera simultaneamente as 3 tensões de fase, Va,
Vb e Vc, que em função de sua construção física, são defasadas de
120º.
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Revisão Corrente Alternada
Cada tensão gerada pode ser descrita ou representada como:
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Revisão Corrente Alternada
Ligação em estrela:
A tensão no centro da
estrela do gerador pode
ser calculada da
seguinte forma:
Para cargas equilibradas a corrente na carga pode ser analisada da
mesma forma.
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Revisão Corrente Alternada
Ligação em triângulo:
Na ligação em triângulo
pode-se dizer que a
tensão de fase e linha
são iguais.
A corrente de cada fase
pode ser obtida da
seguinte forma:
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Revisão Corrente Alternada
Circuitos Trifásicos - Relação entre a tensão de fase e tensão de linha.
Tensão de Fase: tensão sobre uma das
bobinas do gerador tifásico ou tensão
entre fase e neutro em uma ligação em
estrela. (equivale ao raio no circulo
fasorial ao lado)
Tensão de Linha: diferença de potencial
entre duas fases.
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Revisão Corrente Alternada
Relação entre tensão de fase e linha:
Pode-se obter a relação entre as tensões de fase e linha considerando
que a diferença de potencial entre duas fases pode ser formada por
dois triângulos retângulos.
O cateto adjacente de cada um somados corresponde-rá a tensão de
linha, e daí pode-se obter a relação entre a tensão de linha e de fase.
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Revisão Corrente Alternada
Relação entre tensão de fase e linha:
Outra forma de obter a relação entre as tensões de fase e linha pode
ser a consideração do comprimento da corda de um circulo. Onde a
corda coresponde a diferença de potencial entre duas fases.
Sendo:
arco
flecha
corda
E por tanto,
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Revisão de Fator de Potência
Considerando cargas lineares, o FP
pode ser interpretado como a
diferença de fase entre a tensão e a
corrente
FP Indutivo corrente atrasada em
relação a tensão
FP Capacitivo corrente adiantada
em relação a tensão
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Revisão de Fator de Potência
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(
Revisão de Fator de Potência
O Fator de Potência para cargas lineares pode ser calculado da
seguinte forma:
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(
Revisão de Fator de Potência
De uma forma mais simplificada, para cargas lineares, o FP pode
ser calculado como se apresenta:
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(
Revisão de Fator de Potência
O Fator de Potência também pode ser afetado pela forma de onda da
corrente consumida pela carga, quando comparada com a forma de
onda da tensão senoidal em sua frequência fundamental. A diferença
na forma de onda da corrente pode ser medida pela sua Taxa de
Distorção Harmônica ou THD.
A THD pode ser descrita como relação entre a forma de onda real da
corrente consumida e uma senoide na frequência fundamental.
Assim, Fator de Potência pode ser
obtido da seguinte forma:
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Revisão de Fator de Potência
Atualmente existem vários equipamentos disponíveis no
mercado para automatizar a correção de Fator de Potência.
Assim como equipamentos eletrônicos para corrigir ou ajustar a
THD do consumo de corrente.
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Revisão de Rendimento Elétrico
O rendimento elétrico pode ser descrito como a relação entre a
potência elétrica consumida e a fornecida por um determinado
sistema.
Exemplo: para um motor elétrico o rendimento é a relação entre a
energia elétrica consumida e a potência mecânica, convertida em
elétrica, que é fornecida na ponta do eixo.
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Potência Elétrica Em CA
Potência em sistema monofásico (F+N):
P1 (W )  S  * Fp (W ) onde : S  VF  I L
P1 (W )  VF  I F  * Fp (W )
Potência em sistema bifásicos (F+F):
P2 (W )  VL  I L   Fp (W )
Potência em sistema trifásicos(3F):
Onde:
•P1ϕ = Potência Monofásica
•P2 ϕ= Potência Bifásica
•P3 ϕ=Potência Trifásica
•S = Potência Aparente (VA)
•VF=Tensão de Fase
•VL=Tensão de Linha
•IL=Corrente de Linha
•η = rendimento
•Fp=Fator de Potência
P3 (W )  3 VL  I L   Fp (W )
S  3 VL  I L
P3 (W )  3*VF  I L * * Fp (W )
VL  3 *VF
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Potência Elétrica Em CA
Corrente em sistema monofásico (F+N):
P1 (W )
• Para cargas resistivas puras
I
( A)
VF * * Fp
(Lâmpadas incandescente,
Corrente em sistema bifásicos (F+F):
P2 (W )
I
( A)
VL * * Fp
chuveiros elétricos, resistências
elétricas, etc) o Fator de
potência é unitário (Fp=1)
Corrente em sistema trifásicos(3F):
I
I
P3 (W )
3 *VL * * Fp
P3 (W )
3*VF * * Fp
Para Motores:
P(CV )*736
I
( A)
3 *VL * * Fp
( A)
( A)
VL  3 *VF
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Energia Elétrica Consumida Em CA
A energia elétrica consumida pode ser
representada pela potência consumida
durante um determinado intervalo de tempo.
E = Pot . t
Considerando um chuveiro que possua 5500W de potência elétrica, a
energia consumida pode ser obtida de duas formas:
Em Joules:
(1J = 1Ws)
Em Watt-hora:
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Exercícios
Calcule:
Potência em CA
Corrente em CA
Cargas em Estrela
Cargas em Triângulo
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BIBLIOGRAFIA
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
MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. 8ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro,
2010.
CREDER, Hélio. Instalações Elétricas , 15ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2007.
COTRIM, Ademaro. Instalações Elétricas, 5ª Edição. Editora Pearson Prentice-Hall, São Paulo,
2009.
LIMA FILHO, Domingos Leite. Projeto de Instalações Elétricas Prediais, 11ª Edição , Editora Érica
, São Paulo, 2007.
CAVALIN, Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas , 21ª Edição, Editora Érica , São
Paulo, 2006.
NISKIER, Julio. Manual de Instalações Elétricas, 1ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005.
Norma Técnica ABNT NBR ISSO 8995-1.
Catálogos e sites das empresas: SYLVANIA, PHILIPS, PRYSMIAN.
Luz , Jeanine Marchiori da, Luminotécnica, Apostila de Disciplina.
Pereira, Fernando O. Ruttkay; Souza, Marcos Barros de. Iluminação - Apostila de conforto
Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Florianópolis 2005.
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