instalações elétricas

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Conceitos Fundamentais:
– Corrente
– Tensão
– Impedância
– Potência
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Comportamento do Sistema de Corrente e
Tensão Alternada (CA ou AC)
– O fluxo de elétrons aumenta até um valor máximo
(valor de pico), e então começa a diminuir até chegar
a zero. Então inverte o sentido e volta a crescer em
sentido contrario;
– Este ciclo se repete indefinidamente a cada 1/n
segundos;
– A variação é de acordo com a função matemática
seno;
– Esse comportamento senoidal se deve as
características físicas do processo de geração;
– Curvas:
• corrente x tempo;
• tensão x tempo.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Curva: Tensão x Tempo
TENSÃO
179,6 Volts
127 Volts
TEMPO
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Período
– Ciclo completo.
• Freqüência
– representa o número de vezes que um movimento
se repete em um determinado tempo.
• No caso da Tensão ou Corrente Elétrica Senoidal é o
número de vezes que ela muda de polaridade por segundo;
• Medida em Hertz (Hz);
• Ex: 60 ciclos ou 60Hz, a corrente muda de polaridade 60
vezes em um segundo.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Impedância (Z)
– é a oposição que os materiais fazem a passagem da corrente
elétrica.
• Unidade de medida é o Ohm
• Z = R + jX
– em módulo Z = √ (R2 + X2)
– Ângulo θ = arc tangente X/R
• Z = l Z I arc tang X/R
• O valor jX pode ser:
– uma reatância indutiva jX = jwL
– ou capacitiva, jX = -j (1/wC)
• Em todos os circuitos, exceto resistivos puro, a impedância é
função de w (freqüência), pois XL e XC são funções de w.
Consequentemente, uma impedância complexa só é valida
para a freqüência que foi calculada.
• A maioria dos circuitos encontrados em instalações elétricas
contém indutância, as vezes o valor é tão pequeno que pode
ser desprezado.
• No caso de motores, reatores de lâmpadas e
transformadores a reatância indutiva é bastante
significativa.
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• Impedância:
Z = R + jX =lZl lθ
– Localizada no 10 ou 40 quadrante
– Ângulo θ entre 900 e - 900
z
jXL
θ
R
Z = R + jXL
R
θ
- jXc
Z
Z = R - jXC
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Impedância:
Z = R + jX
Se R = 0 então Z = jX
jXL
θ
-θ
- jXc
Z = jXL = XL I 900
Z = jXC = Xc l -900
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Exemplo:
– 1) Um circuito RL série com R =10 ohms e L
= 2 mH tem uma tensão aplicada igual a v =
150sen5000t. Achar a impedância complexa
Z.
– R.
• Reatância indutiva XL = wL = 5000( 2x10-3) = 10 Ω
• A impedância na forma retangular: Z = 10 + j10
• A impedância na forma polar: Z =
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Exemplo:
– 2) Um circuito RC série, com R = 15 ohms e
C = 5 µF tem uma tensão aplicada igual a v =
150sen10000t. Achar a impedância complexa
Z.
– R.
• Reatância indutiva XC = 1/wC = 1 / 10000( 5x10-6)
= 20 Ω
• A impedância na forma retangular: Z = 15 - j20
• A impedância na forma polar: Z =
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Relação entre Corrente e Tensão Alternada:
– Quando os picos de tensão e corrente ocorrem no
mesmo instante, dizemos que as duas grandezas
estão em fase;
– Quando os dois picos não coincidem, dizemos que
estão defasadas;
• A corrente através de uma resistência esta em fase com a
tensão;
• A corrente através de uma indutância esta atrasada em
relação a tensão;
• A corrente através de uma capacitância esta adiantada em
relação a tensão;
– Curvas:
• Corrente x Tempo;
• Tensão x Tempo.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Relação entre Corrente e Tensão Alternada
. Em Fase
CORRENTE
TENSÃO
TENSÃO
CORRENTE
TEMPO
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Relação entre Corrente e Tensão Alternada
. Defasadas
CORRENTE
TENSÃO
TENSÃO
CORRENTE
TEMPO
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Relação entre Corrente e Tensão Alternada
. Atraso da Corrente em relação a Tensão
CORRENTE
TENSÃO
TENSÃO
CORRENTE
TEMPO
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Relação entre Corrente e Tensão Alternada
. Adiantamento da Corrente em relação a Tensão
CORRENTE
TENSÃO
TENSÃO
CORRENTE
TEMPO
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Carga:
– Carga resistiva:
– Carga indutiva:
– Carga capacitiva:
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Energia é a capacidade de um sistema que lhe permite produzir
um trabalho.
• A energia não pode ser criada ou destruída. Por exemplo na
geração de eletricidade a partir de um rio, a turbina colocada
no caminho da água transforma a energia de seu movimento
(energia cinética) em energia elétrica.
– Potência Elétrica é a energia transmitida a um circuito, por
unidade de tempo. Depende da força que impulsiona os elétrons
(DDP) e da quantidade de elétrons (Intensidade da Corrente, I).
– Exemplo:
• Um elevador 1 se desloca até o décimo andar com um a carga “ X”
em uma hora.
• Outro elevador 2 se desloca até décimo andar com uma carga “X”
em duas horas.
• A energia nos dois casos é a mesma porém a potencia é
diferente. E1 = E2 temos P1 x 1h = P2 x 2h logo P1 = 2 P2
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Triângulo das Potências, carga indutiva:
V
P (W) = V I cosØ
Ø
I
Ø
S (VA) = V I
I cos Ø
Q (VAr) = VI senØ
Ø
I senØ
I
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Triângulo das Potências, carga capacitiva:
I
Ø
V
S (VA) = V I
Q (VAr) = VI senØ
Ø
I
I senØ
P (W) = V I cosØ
Ø
I cos Ø
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Potencia Ativa (P) é a parcela de potência que
realiza efetivamente trabalho útil gerando luz, calor,
movimento, etc.
•
•
•
•
•
Potência ativa é consumida na execução de um trabalho;
Unidade de medida watt (W);
Múltiplo: kW = 103W e MW = 106W
Circuitos monofásicos CC P = VI e CA P = VIcosΦ
Circuitos trifásicos equilibrados P = √ 3 VIcosΦ onde V é a
tensão entre duas fases, I a corrente em uma das fases
tomada como referencia e o cosΦ é o fator de potencia da
carga.
• Outras unidades utilizadas para motores:
– Cavalo Vapor (CV), cuja relação é de 1 CV = 736W
– Horse Power (HP), cuja relação é de 1HP = 746W
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Energia Ativa corresponde a utilização da potência
ativa durante um determinado período de tempo,
normalmente representado em número de horas do
período considerado.
• Unidade de medida é o watt x hora (W x h)
• Na prática o consumo de energia ativa é registrado por um
medidor de energia ativa (medidor de quilowatt-hora).
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Potência Reativa (Q) é a parcela da potência
que cria e mantém os campos eletromagnéticos das
cargas indutivas (motores, transformadores, etc. )
•
•
•
•
A Potência Reativa além de não produzir
trabalho, circula entre a carga e a fonte de
alimentação.
Unidade de medida é o volt-ampère reativo (VAr)
Circuito monofásico
Q = VI sen Φ
Circuito trifásico equilibrado Q = √3 V I sen Φ
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Energia Reativa corresponde a utilização da
potência reativa durante um determinado período
de tempo.
•
•
Unidade de medida é o VAr x h
O consumo de energia reativa é registrado por
meio de um medidor de energia reativa.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Potencia Aparente (S) ou Potencia Total é o
resultado do produto da tensão e da corrente.
• Corresponde a soma vetorial das potencias ativa mais a
reativa
• S = P + jQ
• Unidade de medida é o volt-ampère (VA)
• Circuitos monofásicos S = VI onde V é a tensão entre fase e
neutro
• Circuitos trifásico equilibrado S = √3 V I onde V é a tensão
entre fases e I a corrente em uma das fases tomada como
referencia
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Energia Aparente corresponde a utilização da
potência aparente durante um determinado período
de tempo.
• Unidade de medida é o volt-ampère x hora
(VAh);
• Na prática esta energia não é medida pelas
concessionárias.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Triângulo das Potências.
•
A Potência Ativa e a Potência Reativa, juntas,
constituem a Potência Aparente, medida em VA,
que é a Potência total gerada e transmitida à
carga.
•
Graficamente representamos a potência
aparente como sendo a soma vetorial da
potência ativa mais a potência reativa.
•
S = P + jQ - Em módulo S = √(P2+ Q2)
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
–
Fator de Potencia (fp) é a razão entre a Potência Ativa e a
Potência Aparente consumida por qualquer instalação.
•
•
Corresponde ao co-seno do ângulo existente entre P e S.
Fp = Potencia Ativa/ Potência Aparente
•
•
Fp = cos Φ = P/S
O fator de potência mostra qual a porcentagem da potência total
fornecida é utilizada.
Quanto mais próximo da unidade for o fator de potência , maior
a parcela de energia total que será transformada em trabalho
útil.
Ângulo Φ = 00 graus - cos Φ = 1 - S = P
Carga resistiva
O fator de Potência ( FP ) para cargas resistivas é 1, por
exemplo iluminação, chuveiro elétrico, fogão elétrico, aquecedor
central, etc.
Ângulo Φ = 900 graus - cos Φ = 0 - S = Q
Carga indutiva
Cargas puramente indutivas (reatores, transformadores em
vazio, etc)
•
•
•
•
•
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
–
Circuito Elétrico é o conjunto de componentes,
integrados entre si, em que circula a corrente elétrica.
•
È constituído de:
–
–
–
–
•
•
fonte, fornece a energia elétrica;
condutor, serve de meio para o deslocamento da corrente;
carga, transforma a energia elétrica em outro tipo de
energia;
Interruptor ou chave, comanda o circuito, ligando-o ou
desligando-o.
O circuito elétrico pode ser representado através de
diagramas ou esquemas elétricos;
Tipos de Diagramas:
–
–
Diagrama Unifilar
Diagrama Trifilar
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Circuito Elétrico
•
Fechado ou Aberto
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
–
Carga Instalada: soma das potências nominais dos
equipamentos elétricos instalados na unidade consumidora,
em condições de entrar em funcionamento, expressa em
quilowatts (kW), Resolução ANEEL 456/2000.
–
Demanda é a potência solicitada por uma instalação durante
um intervalo de tempo.
•
•
•
–
Ex: Se ligarmos durante uma hora um equipamento com uma
potência de 100kW, teremos um registro de energia de 100kwh.
Em 15 minutos o registro será de 25kwh que é a energia
consumida neste período.
A demanda no período será 25kwh dividida por ¼ ( 0,25) de hora
corresponderá a 100kw.
Demanda Média é o resultado da divisão da quantidade de
energia consumida em Wh, durante um certo período de
tempo e o número de horas desse período.
•
•
Demanda média = Wh / número de horas
Ex: Se durante um mês o medidor de energia ativa registrou um
consumo de 292.000 kWh a demanda média do consumo será :
292.000 kWh/730h = 400kw
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
–
Demanda Máxima é a maior demanda integralizada em
determinado intervalo de tempo definido.
•
•
–
A demanda medida é integralizada a cada 15 minutos;
Os medidores de demanda tem um ponteiro indicador, que fica
parado no valor máximo de demanda registrado no período,
intervalo entre duas leituras, 30 dias.
Demanda Contratada é o valor de potência que
deverá ser disponibilizada pelo concessionário para o
cliente no ponto de entrega a qualquer tempo durante a
vigência do contrato, e que o cliente se obriga a pagar
mesmo que não a utilize.
•
•
A demanda contratada deve ser devidamente avaliada, para
evitar valores utilizados acima ou abaixo.
Para efeito de faturamento é considerado o maior valor entre:
–
–
–
Demanda verificada por medição;
Demanda contratada;
85% da maior demanda verificada em qualquer um dos 11 meses
anteriores a medição.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Consumo de Energia é a quantidade de energia ativa
(Wh) consumida durante um intervalo de tempo definido.
• Lâmpada de potência de 100 watts ligada por uma hora
consome 100watts-hora de energia;
• Lâmpada de potencia de 200watts ligada por uma hora
consome 200 watts-hora de energia;
• As concessionárias de energia elétrica consideram o
número de horas do período de um mês, 730 horas, em
média.
• Assim se utilizarmos 1 kW durante 730h do mês, teremos
um consumo de energia igual a 730kWh.
• Esse consumo de energia é registrado por um medidor de
energia ativa.
• Nos Projetos de Instalações Elétricas Residenciais os
cálculos efetuados são baseados na Potência Aparente e
Ativa.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
–
Fator de Demanda (Fd) é a relação entre potência
efetiva requisitada da rede elétrica durante um intervalo de
tempo e a soma de todas as cargas instaladas.
• Utilizado para projetos de novas instalações;
• FD = [Demanda medida (kW ) / Carga instalada (kW) ] x
100%
• O fator de demanda deve ser sempre menor ou igual a
100%.
–
Fator de Carga (Fc) é a relação entre demanda média e
a demanda máxima, verificadas durante um período de tempo
definido.
• Fator de carga = Demanda média/ Demanda máxima
• Este fator é o indicador econômico da instalação elétrica.
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Curva de Carga:
Curva de demanda da carga estimada/medida.
Demanda
(kW)
Dmax
Dmed
Dmin
12
24
T (horas)
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Curva de carga:
Fonte: CEPEL/Eletrobrás -Centro de Pesquisas de Energia Elétrica/RJ
Relatório Perdas Técnicas dos Transformadores de distribuição 2008
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
• Curva de carga:
Fonte: CEPEL/Eletrobrás -Centro de Pesquisas de Energia Elétrica/RJ
Relatório Perdas Técnicas dos Transformadores de distribuição 2008
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
– Fator de Diversidade é a relação entre soma
das demandas máximas individuais de um
determinado grupo de consumidores e a demanda
máxima real (medida) de todo o grupo.
•
•
A diversificação representa uma economia nas
instalações atendidas por uma mesma fonte (Trafo,
Quadro Geral);
Ex: Um conjunto residencial com 100 unidades. Cada
unidade com demanda de 4kW. A medida da demanda
máxima na entrada do conjunto (Quadro Geral) é de
200kW.
Fator de diversidade = 4 x 100 / 200 = 2
•
Fonte: Helio Creder;
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INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
–
Perdas é a diferença entre o consumo total
registrado em uma instalação e o somatório dos
consumos individuais de cada equipamento que
compõe esta instalação.
•
Para um concessionário de energia, a perda é a diferença
entre a energia comprada e a vendida.
•
Perdas Técnicas – são as perdas causadas por
aquecimento dos condutores elétricos ( efeito Joule) e dos
equipamentos, por correntes de fuga, descargas em
isoladores, transformações (perdas no ferro e cobre),
desbalanceamento de circuitos, transporte de energia
reativa, etc.
•
Perdas comerciais – são decorrentes de fraude, ligações
clandestinas, ligações sem medição, erros de leitura, etc.
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