Instalações Elétricas

Prof. Luiz Gonçalves Junior

Caio Fellipe Gomes Batista RA: 11011203

Felipe Borges RA: 121010252

Gabriela Gandorphi RA: 121010368

Laura Bento RA: 121011682

Taiza Thie Ichiki RA: 11012251

Thiago Brito Botosso RA: 131011332

Dados:

Tensão nominal: 13.800 V;

Tensão de fornecimento: 13.800 V;

Potência de curto-circuito (ponto de entrega): 176,5 MVA;

Sistema de distribuição: radial sem recurso.

Grupo 2

Setor de Produção

Setor Elétrico

Motores Potência Unitária

(cv)

Corrente (A)

Fator de Potência

Rendimento

C D

CCM2 6 9

5 3

7,9 5,5

0,83 0,73

0,83 0,82

Questões:

1. Localização dos quadros de distribuição, chamados de Centro de Controle de Motores (CCM).

2. Localização do quadro de distribuição geral.

3. Determinação da demanda prevista (demanda máxima da área industrial).

4. Fator de Potência: determinação das potências ativa e reativa por setor de produção.

5. Determinação da seção dos condutores (circuitos terminais dos motores).

6. Circuitos de distribuição dos CCM’s (QGF).

1. Localização dos quadros de distribuição, chamados de Centro de

Controle de Motores (CCM).

A Figura 1 traz a planta de uma indústria têxtil constituída por oito CCM’s,

incluindo um quadro de distribuição geral (QGF). O CCM a ser estudado é o

destacado em verde (CCM2, do setor C e D). Segundo MAMEDE, a divisão das

cargas é feita em blocos. Cada bloco de carga deve corresponder a um quadro

de distribuição terminal, com alimentação e proteção individualizadas. A escolha

dos blocos, a princípio, é feita considerando os setores individuais de produção,

bem como a grandeza de cada carga que os constitui, para avaliação da queda

de tensão.

Ainda, quando um determinado setor ocupa uma área de grandes

dimensões, este pode ser dividido em dois blocos de carga. Essa divisão

depende da queda de tensão a que os blocos de carga ficariam submetidos, se

afastados do centro de comando e se somente um deles fosse adotado para

suprimento de todo o setor.

Figura 1. Planta de uma indústria têxtil.

Também, quando um determinado setor de produção está instalado em

recinto fisicamente isolado de outros setores, deve-se tomá-lo como bloco de

carga individualizado. Cabe considerar que se pode agrupar vários setores de

produção em um só bloco de cargas, desde que a queda de tensão nos

terminais das mesmas seja permissível. Os quadros de distribuição de circuitos

terminais devem ser localizados em pontos que satisfaçam, em geral, as

seguintes condições:

a) No centro de carga (isso nem sempre e possível, pois o centro de carga

muitas vezes se acha num ponto físico inconveniente do bloco de cargas).

b) Próximo à linha geral dos dutos de alimentação.

c) Afastado da passagem sistemática de funcionários.

d) Em ambientes bem iluminados.

e) Em locais de fácil acesso.

f) Em locais não sujeitos a gases corrosivos, inundações, trepidações, etc.

g) Em locais de temperatura adequada.

2. Localização do quadro de distribuição geral.

De acordo com MAMEDE, o quadro de distribuição geral deve ser

localizado, de preferência, na subestação ou em área contigua a esta. De uma

maneira geral, deve ficar próximo das unidades de transformação a que está

ligado. O QGF contem os componentes projetados para seccionamento,

proteção e medição dos circuitos de distribuição, ou, em alguns casos, de

circuitos terminais. É comum o projetista receber as plantas já com a indicação

do local da subestação, normalmente a escolha é feita em função do arranjo

arquitetônico da construção e, muitas vezes, da exiguidade da área. O QGF está

destacado em amarelo na Figura 1.

3. Determinação da demanda prevista (demanda máxima da área

industrial)

a) Demanda de motores individuais

Temos que,

𝐷𝑚 = 𝑃𝑛 ∗ 𝐹𝑢𝑚

𝐷 =𝐷𝑚 ∗ 0,736

𝐹𝑝 ∗ 𝜂

𝐷𝑚 = Potência no eixo do motor, em cv;

𝐷 = Demanda do motor, em kVA;

𝑃𝑛 = Potência nominal do motor, em cv;

𝐹𝑝 = Fator de potência do motor;

𝜂 = Rendimento do motor;

𝐹𝑢𝑚 = Fator de utilização;

Para motores de 3 cv, dados:

o 𝑃𝑛 = 3 cv

o 𝐹𝑢𝑚 = 0,83 (Tabela 1, para motores de 3 a 15 cv)

o 𝜂 = 0,82

o 𝐹𝑝 = 0,73

Portanto,

𝐷𝑚3 = 3 * 0,83 = 2,49 cv

𝐷3 = 3,06 kVA

Para motores de 5 cv, dados:

o 𝑃𝑛 = 5 cv

o 𝐹𝑢𝑚 = 0,83 (Tabela 1, para motores de 3 a 15 cv)

o 𝜂 = 0,82

o 𝐹𝑝 = 0,73

Portanto,

𝐷𝑚5 = 5 * 0,83 = 4,15 cv

𝐷5 = 4,43 kVA

Tabela 1. Fatores de utilização.

b) Demanda dos quadros de distribuição

Temos que,

𝐷𝐶𝐶𝑀2 = 𝑁𝑐 ∗ 𝐷3 ∗ 𝐹𝑠𝑚3 + 𝑁𝑚 ∗ 𝐷5 ∗ 𝐹𝑠𝑚5

𝐷𝐶𝐶𝑀2 = Demanda máxima do setor;

𝑁𝑚 = Número de motores para as manteiras;

𝑁𝑐 = Número de motores para as cortadeiras;

𝐹𝑠𝑚3 = Fator de simultaneidade (motor 3 cv);

𝐹𝑠𝑚5 = Fator de simultaneidade (motor 5 cv);

Dados:

o 𝑁𝑚 = 9 (Figura 1, item 1)

o 𝑁𝑐 = 6 (Figura 1, item 1)

o Segundo a Tabela 2, para motores de 3 a 5 cv:

𝐹𝑠𝑚3 = 𝐹𝑠𝑚5 = 0,75

Portanto,

𝐷𝐶𝐶𝑀2 = 39,20 𝑘𝑉𝐴

Digite a equação aqui.

Tabela 2. Fatores de simultaneidade.

4. Fator de Potência: determinação das potências ativa e reativa por

setor de produção.

Temos que,

𝑃𝑎 = 𝑁 ∗ 𝑃𝑛 ∗ 0,736 𝑃𝑎 = Potência ativa, em kW;

𝑁 = Quantidade de motores;

𝑃𝑛 = Potência unitária, em cv;

0,736 = Fator de conversão (1 cv = 0,736 kW);

Logo,

𝑃𝑎 = (9)(3𝑐𝑣)(0,736 𝑘𝑊/𝑐𝑣) + (6)(5𝑐𝑣)(0,736 𝑘𝑊/𝑐𝑣)

Com a potência ativa, através do triângulo de potências descrito pela

Figura 4, podemos encontrar a potência reativa uma vez que conhecemos o

fator de potência do motor.

Figura 4. Triângulo de Potências.

𝑃𝑎 = 41,95 kW

𝑃𝑎 = Potência ativa;

𝑃𝑟 = Potência reativa;

𝑐𝑜𝑠 𝜙 = 𝐹𝑝 = Fator de potência do motor;

Sabendo que,

𝑃𝑟 = 𝑃𝑎 ∗ 𝑡𝑔 𝑎𝑟𝑐 𝑐𝑜𝑠 𝜙

Substituindo o valor de 𝑃𝑎 obtido anteriormente na equação acima temos,

𝑃𝑟 = 𝑃𝑎 ∗ 𝑡𝑔 𝑎𝑟𝑐 𝑐𝑜𝑠 𝜙 =19,87 ∗ 𝑡𝑔 𝑎𝑟𝑐 𝑐𝑜𝑠 0,73 + 22,08 ∗ 𝑡𝑔 𝑎𝑟𝑐 𝑐𝑜𝑠 0,83 =

5. Determinação da seção dos condutores (circuitos terminais dos

motores)

Serão determinadas as seções mínimas do condutor de fase e condutor

de proteção, dadas por:

I) Condutores de Fase

a) Critério da capacidade de condução de corrente

Setor C

o 𝐼𝐶 = 7,9 A

o 𝑆𝐶 = 1.0 mm2 (Tabela 4, usando Método D obtido da

Tabela 3, 3 condutores carregados; o valor de corrente é

imediatamente o superior ao valor do circuito).

Setor D

o 𝐼𝐶 = 5,5 A

o 𝑆𝐶 = 1.0 mm2 (Tabela 4, usando Método D obtido da

Tabela 3, 3 condutores carregados; o valor de corrente é

o imediatamente superior ao valor do circuito).

𝑃𝑟 = 33,44 kVAr

Onde:

Ic = Corrente total do circuito;

Sc = Seção nominal dos condutores;

Tabela 3. Tipos de linha elétrica (Instalações Elétricas Industriais, João Mamede Filho – 4a

edição).

Tabela 4. Capacidade de condução de corrente, em ampères, para as maneiras de instalar A, B,

C e D da Tab. 2.3 (Instalações Elétricas Industriais, João Mamede Filho – 4a edição).

b) Fator de correção de agrupamento

Setor C

o 𝑁𝑡 = 15 (sendo 6 motores no setor C)

o 𝐹𝑎𝑔 = 0,45 (Tabela 5, para métodos de A a F, de 12 a 15

circuitos)

Setor D

o 𝑁𝑡 = 15 (sendo 9 motores no setor D)

o 𝐹𝑎𝑔 = 0,45 (Tabela 5, para métodos de A a F, de 12 a

15circuitos)

Tabela 5. Fatores de correção para agrupamento de circuitos ou cabos multipolares (Instalações

Elétricas Industriais, João Mamede Filho – 6a edição).

Temos que,

𝐼𝐶 ’ =𝐼𝐶

𝐹𝑎𝑔

Onde:

N = Número de circuitos;

𝐹𝑎𝑔 = Fator de agrupamento;

𝐼𝐶 ’ = Corrente corrigida, em A;

Portanto,

Setor C

o 𝐼𝑐’ = 17,5 A

o 𝑆𝑐 = 2,5 mm2 (Inserindo o valor de corrente corrigido na

Tabela 4).

Setor D

o 𝐼𝑐’ = 12,2 A

o 𝑆𝑐 = 2,5 mm2 (Inserindo o valor de corrente corrigido na

Tabela 4).

c) Limite da Queda de Tensão

Usando os dados, referentes a cada setor, abaixo:

Setor C

o 𝜌 = 1/56;

o 𝐿𝐶 = 25 m;

o 𝐼𝐶 = 7,9 A;

o ∆𝑉% = 2;

o 𝑉𝑓𝑓 = 380 V;

Setor D

o 𝜌 = 1/56;

o 𝐿𝐶 = 26 m;

o 𝐼𝐶 = 5,5 A;

o ∆𝑉% = 2;

o 𝑉𝑓𝑓 = 380 V;

E sabendo que,

𝑆𝑐𝑓 =173,2 ∗ 𝜌 ∗ 𝐿𝐶 ∗ 𝐼𝐶

∆𝑉% ∗ 𝑉𝑓𝑓

𝜌 = Resistividade do cobre (Ω x mm2/ m);

𝐿𝐶 = Comprimento do condutor (m);

𝐼𝐶 = Corrente do condutor (A);

ΔV% = Queda de tensão máxima (%);

𝑉𝑓𝑓 =Tensão fase-fase (V);

Portanto,

Setor C

𝑆𝑐𝑓 = 0.804 mm2

Setor D

𝑆𝑐𝑓 = 0.582 mm2

Como o maior valor obtido de seção dos condutores obtido foi de 1 mm2 e

o menor valor permitido é 2,5 mm2, então:

Setor C

𝑆𝑐𝑓′ = 2,5 mm2 (novo valor de 𝑆𝑐𝑓)

Setor D

𝑆𝑐𝑓′ = 2,5 mm2 (novo valor de 𝑆𝑐𝑓)

II) Condutor de Proteção

Sabendo que 𝑆𝑐𝑓 = 2.5 mm2, então:

𝑆𝑐𝑝 = 2.5 mm2 (Tabela 6, para 𝑆𝑐𝑓 ≤ 16 mm² → 𝑆𝑐𝑝 = 𝑆𝑐𝑓)*

Tabela 6. Seção mínima dos condutores de proteção.

* 𝑆𝑐𝑝 = seção mínima dos condutores de proteção, em mm².

6. Circuitos de distribuição dos CCM’s (QGF).

I) Condutores de Fase

a) Capacidade de corrente

𝐼𝐶𝐶𝑀2 = ∑(N * 𝐼𝐶 ) = (6 * 7,9) + (9 * 5,5) = 96,9 A →

𝑆𝐶𝐶𝑀2 = 35 𝑚𝑚2 (Tabela 4, para referencia D, 3 condutores

carregados, olhando a corrente de valor igual ou imediatamente

superior).

b) Fator de correção para agrupamento para a linha de duto QGF – CCM2

𝐼𝐶𝐶𝑀2𝐶 = 96,6

0,45 = 214,6 𝐴 →

𝑆𝐶𝐶𝑀2 = 150 𝑚𝑚2 (Tabela 4, para referencia D, 3 condutores

carregados, olhando a corrente de valor igual ou imediatamente

superior).

c) Limite da queda de tensão

Considerando a queda de tensão máxima de 3%,

𝑆𝐶𝐶𝑀2 = 173,2 𝑥 𝜌 𝑥 𝐿𝐶𝑥𝐼𝐶

Δ𝑉% 𝑥 𝑉𝑓𝑓=

173,2 𝑥 (1

56) 𝑥 47 𝑥 96,5

3 𝑥 380= 12,3 𝑚𝑚2

Seção adotada: 𝑆𝐶𝐶𝑀2 = 150𝑚𝑚2

II) Condutor neutro

𝑆𝐶𝐶𝑀2 = 150𝑚𝑚2 → 𝑆𝑛𝐶𝐶𝑀2 = 70 𝑚𝑚2 * (Tabela 6, 𝑆𝐶𝐶𝑀2> 35 → 𝑆𝑛𝐶𝐶𝑀2 =

0,5 * 𝑆𝐶𝐶𝑀2).

*Como o valor de 𝑆𝐶𝐶𝑀2 foi obtido superdimensionando o valor da corrente

𝐼𝐶𝐶𝑀2𝐶 de 214,6 A para 230 A, o 𝑆𝑛𝑐𝑐𝑚2 não necessariamente precisa também

ser superdimensionado para 75 mm²).

III) Condutor de proteção

𝑆𝐶𝐶𝑀2 = 150 𝑚𝑚2 → 𝑆𝑝𝐶𝐶𝑀2 = 70 𝑚𝑚2 * (Tabela 6, 𝑆𝐶𝐶𝑀2> 35 → 𝑆𝑝𝐶𝐶𝑀2 =

0,5 * 𝑆𝐶𝐶𝑀2).

*Como o valor de 𝑆𝐶𝐶𝑀2 foi obtido superdimensionando o valor da corrente

𝐼𝐶𝐶𝑀2𝐶 de 214,6 A para 230 A, o 𝑆𝑝𝐶𝐶𝑀2 não necessariamente precisa também

ser superdimensionado para 75 mm²).