Projeto Elétrico - Teoria, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Civil

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

DISCIPLINA: PROJETOS ELÉTRICOS (TE – 05228)

Professores: Carminda Carvalho

Rosemiro Pamplona

1.1 – Visão geral do sistema elétrico

A energia elétrica fornecida pelas concessionárias é a última etapa de um processo que

se inicia com a produção de energia pelas usinas geradoras, passa pelos sistemas de

transmissão e de distribuição e chega ao seu destino final: os consumidores (figura 1.1):

Na etapa de geração, energia não elétrica é transformada em energia elétrica, utilizando-

se, por exemplo:

 Usinas hidroelétricas: utilizam energia potencial e de pressão da água;

 Usinas termelétricas: utilizam energia térmica proveniente da queima de

combustíveis fósseis (carvão mineral e óleo diesel), não fósseis (madeira, bagaço de

cana) ou outros combustíveis, como o gás natural e o urânio enriquecido (usinas

nucleares). O sistema de transmissão é o responsável pelo transporte da energia, em tensões

elevadas (69 kV; 138 kV), desde a geração até o sistema de distribuição. Existem

consumidores, no entanto, que são alimentados a partir dessas linhas (grandes consumidores).

Nesse caso, as etapas posteriores de abaixamento da tensão são efetuadas pelo próprio

consumidor.

A rede de distribuição urbana é constituída pelas linhas de distribuição primária e

secundária (figura 1.2) e inicia nas subestações abaixadoras, onde a tensão da linha de

transmissão é baixada para valores padronizados da rede primária (13,8 kV; 34,5 kV).

Fig.1.1: Esquema simplificado de um sistema elétrico

Geração

G

Transmissão Distribuição

(13,8 kV) (132 ou 230 kV) (13,8 kV)

1. Para sistemas trifásicos a 3 ou 4 condutores: 115/230; 120/280; 127/220;

220/380; 220 (consumidores residenciais) 254/440; 440; 460 (uso industrial,

oficinas ou casos particulares)

2. Em redes monofásicas a 3 condutores: 110/220; 115/230 ou 127/

 Alta Tensão: são as tensões maiores que 1000 V CA ou 1500 V CC. No Brasil, as

tensões CA podem ser de 13,8 kV; 34,5 kV; 69 kV; 138 kV; 230 kV e 500 kV.



1.3 – Modalidades de ligações dos consumidores

As modalidades são:

 Circuitos monofásicos : são aqueles que são alimentados por fase e neutro, por

exemplo: circuitos para iluminação e tomadas comuns.

 Circuitos bifásicos: são aqueles em que a alimentação é feita utilizando-se duas fases

e neutro. Exemplo: Alimentação para ar condicionado e chuveiro elétrico.

 Circuitos trifásicos: são aqueles que recebem como alimentação três fases, com ou

sem neutro. Exemplo: Circuito de um motor trifásico, alimentação de bombas.

Em resumo, tem-se (figura 1.4):

Observações:

Nas ligações monofásicas a dois condutores (F-N) a corrente elétrica percorre o

condutor fase e retorna pelo condutor neutro, por isso, essas ligações são consideradas com

dois condutores “vivos”.

Nas ligações monofásicas a três condutores (F-F-N) existem três condutores “vivos”.

N F 1 F 2 F 3

220 V 220 V

220 V

220 V

127 V

Fig. 1.4- Exemplo de ligações monofásica, bifásica e trifásica

Nas ligações bifásicas a três condutores (F-F-N) existem três condutores “vivos”. Nas ligações trifásicas a três condutores (F-F-F) existem três condutores “vivos”. Nas ligações trifásicas a quatro condutores (F-F-F-N) existem quatro condutores

“vivos”. Se o circuito for equilibrado, são considerados apenas três condutores “vivos”.

Os circuitos de corrente contínua podem possuir dois ou três condutores “vivos”.

1.4 - Alimentação monofásica, bifásica e trifásica de consumidores.

A alimentação de um consumidor é determinada de acordo com o tipo de carga que o

mesmo possui e pela sua carga total instalada , que é a soma de todas as potências nominais

dos equipamentos (lâmpadas, motores), incluindo as tomadas. Os consumidores podem,

então, ser classificados segundo o seguinte critério:

 Consumidores monofásicos (F-N): carga total instalada de até 7,5 kW.

 Consumidores bifásicos (F-F-N): carga total instalada de até 20 kW.

 Consumidores trifásicos (F-F-F-N): carga total instalada de até 50 kW. Consumidores com carga total instalada superior a 50 kW devem ser alimentados pela

rede de alta tensão e possuir subestação abaixadora.

2.1.2.1- LÂMPADAS INCANDESCENTES PARA ILUMINAÇÃO GERAL

Podem ser de bulbo transparente, translúcido ou opalizado. São fabricadas com potências que variam de 25 a 500 W. Podem ser utilizadas na iluminação de residências, lojas e indústrias.

2.1.2.2- LÂMPADAS INCANDESCENTES PARA ILUMINAÇÃO ESPECÍFICA

Nessa classificação estão as lâmpadas coloridas ornamentais, as lâmpadas empregadas em faróis de veículos, as miniaturas, as lâmpadas de luz negra e as germicidas, entre outras. Pode-se destacar também:  As lâmpadas infravermelhas: empregadas no aquecimento de estufas, em fisioterapia e na criação de animais, entre outras utilidades. Emitem radiação na faixa de ondas caloríficas, não podendo ser utilizadas na iluminação geral.  As lâmpadas refletoras: possuem o bulbo de formatos especiais e um revestimento interno de alumínio em parte da sua superfície, com o objetivo de concentrar e orientar o facho de luz. Seu rendimento luminoso é alto e as dimensões são reduzidas. Indicadas na iluminação de lojas, residências, galerias de arte, etc.

2.1.2.3- LÂMPADA COM BULBO DE QUARTZO OU HALÓGENA

É um tipo aperfeiçoado de lâmpada incandescente, constituídas por um bulbo tubular de quartzo onde é colocado um filamento de tungstênio e partículas de iodo ou bromo (halogênio). Possui alta eficiência luminosa, maior durabilidade que as lâmpadas incandescentes comuns, dimensões reduzidas e ótima reprodução de cores. Podem ser utilizados na iluminação de praças de esportes, em pátios de armazenamento de mercadorias, em museus, estúdios de TV e na iluminação externa em geral. São fabricadas com potências de 300 a 2000 W.

2.1.3- LÂMPADAS DE DESCARGA

Nesse tipo de lâmpada a energia é emitida sob forma de radiação, provocando uma excitação de gases ou vapores metálicos, devido a tensão existente entre os seus eletrodos. A radiação emitida depende da pressão interna da lâmpada, da natureza do gás ou da presença de partículas metálicas ou halógenas no interior do tubo.

2.1.3.1- LÂMPADAS FLUORESCENTES

São constituídas por um bulbo tubular de vidro em cujas paredes internas é fixado um material fluorescente. Nas extremidades do bulbo encontram-se eletrodos de tungstênio (catodos) e no seu interior existe vapor de mercúrio ou argônio a baixa pressão. A descarga elétrica provocada no interior da lâmpada produz uma radiação ultravioleta que, em presença do material fluorescente existente nas paredes do bulbo (cristais de fósforo), transforma-se em luz visível. As lâmpadas fluorescentes utilizam os seguintes acessórios:

 Starter ou disparador: é utilizado na partida das lâmpadas e destina-se a provocar uma sobretensão entre as extremidades do reator.  Reator: bobina com núcleo de ferro que tem o objetivo de provocar um aumento de tensão durante a partida e limitar a corrente durante o funcionamento da lâmpada. Existem dois tipos de reatores: comuns ou convencionais e de partida rápida, que não necessitam de starter. O starter é formado por lâminas bimetálicas através das quais se fecha, inicialmente, o circuito para acender a lâmpada. Após alguns segundos, o esfriamento das lâminas provoca uma sobretensão entre as extremidades do reator, provocando o fechamento do circuito através do interior da lâmpada e não mais pelo starter. Os elétrons deslocando-se de um filamento a outro se chocam com os átomos de vapor de mercúrio, fazendo com que energia luminosa não visível seja liberada. Essa radiação entra em contato com o material fluorescente das paredes do bulbo, transformando-se em luz visível.

As lâmpadas fluorescentes possuem um ótimo rendimento, porém não permitem o destaque perfeito das cores. Essa desvantagem é corrigida através da fabricação de lâmpadas com indicações específicas, que destacam as cores mais importantes para determinados ambientes. As lâmpadas fluorescentes “branca natural”, por exemplo, (da Philips), são indicadas para ambientes onde se necessita de excelente reprodução de cores, como museus e ambientes de pesquisa e de exames médicos. Por outro lado, as lâmpadas “suave de luxo” (da Philips) podem ser utilizadas na iluminação residencial em geral.

2.1.3.2- LÂMPADAS DE VAPOR DE MERCÚRIO

Possuem um bulbo de vidro duro no interior do qual é colocado um tubo de arco, onde se produzirá o efeito luminoso. Dentro do tubo de arco existe mercúrio e uma pequena quantidade de argônio, que são vaporizados a alta pressão. O vapor de mercúrio possibilita o deslocamento de elétrons entre os eletrodos da lâmpada. O choque entre os elétrons e os átomos de mercúrio libera energia luminosa. Após a ligação, a lâmpada pode levar de 3 a 8

Reator

Capacitor

Lâminas bimetálicas

Lâmpada

As lâmpadas de vapor de sódio a alta pressão são as que apresentam melhor eficiência luminosa e vida útil mais longa, entre todos os tipos de lâmpadas. Utilizam reator e ignitor para auxiliar na partida e levam de 5 a 6 minutos para atingir 80% do fluxo luminoso total. São utilizadas na iluminação de ruas e áreas externas.

Observações: 1- A operação das lâmpadas com sobretensões resulta em: alto rendimento, alto iluminamento, vida curta. 2- A operação das lâmpadas com subtensões resulta em: baixo rendimento, baixo iluminamento, vida longa.

2.2- CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA LUMINOTÉCNICA

1. Luz: aspecto da energia radiante que um observador humano constata pela sensação visual, determinado pelo estímulo da retina ocular.
2. Intensidade Luminosa (Candela - cd): é a potência da radiação luminosa numa dada direção.
3. Fluxo Luminoso (Lúmem - lm): é a potência de radiação total emitida por uma fonte de luz percebida pelo olho humano.
4. Iluminamento (Lux - E): é a relação entre o fluxo luminoso que incide sobre uma determinada superfície e a superfície sobre a qual incide.
5. Luminância (cd/m^2 ): é a intensidade luminosa de uma superfície dividida pela área da superfície iluminada.
6. Eficiência Luminosa (lm/W): é a eficiência luminosa de uma fonte que dissipa 1 Watt para cada lúmem emitido.

2.3- PROJETO DE ILUMINAÇÃO

O projeto de iluminação de um estabelecimento envolve algumas decisões preliminares relativas a:

Reator Ignitor de

alta tensão

1. Escolha do tipo de lâmpada para os ambientes: incandescente, fluorescente, etc...
2. Escolha do tipo de iluminação: direta, indireta, semidireta, semi-indireta, semiconcentrante direta ou concentrante direta.
3. Determinação ou conhecimento das dimensões do local e das cores do piso, parede e teto.
4. Determinação ou conhecimento da altura das mesas, bancadas de trabalho ou máquinas a serem operadas, conforme o caso.
5. Conhecimento sobre a possibilidade de fácil manutenção das luminárias.

2.3.1- SELEÇÃO DA ILUMINÂNCIA

a) Índices de iluminamento de interiores: ver tabela correspondente aos índices de iluminamento requeridos para diferentes atividades, classificadas em três grupos: A, B e C.

b) Seleção da iluminância: baseado na tabela referente a escolha da iluminância, procede-se a escolha da mesma da seguinte maneira:  Analisa-se a característica da tarefa e escolhe-se o peso relativo a idade do observador, a velocidade e precisão exigidas na operação e a refletância da superfície onde se desenvolve a tarefa.

 Somam-se os valores encontrados na etapa anterior considerando-se o sinal algébrico.

 Quando o valor final for -2 ou -3 utiliza-se a iluminância mais baixa do grupo; quando o valor final for +2 ou +3 utiliza-se a iluminância mais alta; nos outros casos, o valor central é utilizado.

2.3.2- MÉTODO DOS LÚMENS PARA CÁLCULOS DE ILUMINAÇÃO

 Fluxo Total Necessário: (lúmens)

E: iluminamento desejado, em lux S: área do compartimento, em m^2 u: fator de utilização d: fator de depreciação

O Fator de Utilização é determinado em função:  Do tipo de lâmpada a ser utilizado, sua potência e o modelo da luminária.  Do índice do local, tabelado em função das dimensões do compartimento e do tipo de iluminação ( indireta e semi-indireta ou direta e semidireta), de acordo com o método da GENERAL ELECTRIC.

Superfícies brancas 70% Superfícies claras 50% Superfícies medianamente claras

Superfícies escuras 10% Absorção total 0%

 Número de Luminárias:

: fluxo de cada luminária (produto do fluxo de uma lâmpada pelo número de lâmpadas da luminária).

3.1 - Definições gerais

Condutor elétrico : corpo constituído de material bom condutor, destinado à transmissão da eletricidade.

Isolação: conjunto de materiais isolantes aplicados sobre o condutor com o objetivo de mantê- lo isolado eletricamente do ambiente que o circunda. Exemplos de materiais empregados na isolação de condutores: cloreto de polivinila (PVC), polietileno (PE), polietileno reticulado (XLPE), borracha etileno - propileno (EPR).

Isolamento: é o termo empregado para definir a isolação quantitativamente. Por exemplo: Tensão de isolamento de 750 V.

Cobertura: invólucro externo, não metálico e contínuo, sem função de isolação, destinado a proteger o condutor contra influências externas. Exemplos de materiais utilizados na cobertura dos condutores: neoprene, polietileno, borracha de silicone, PVC.

3.2 - Tipos de condutores

Os condutores de baixa tensão podem ser classificados de acordo com o seu

comportamento quando submetidos à ação do fogo, em função dos materiais empregados na

cobertura e na isolação, podendo ser:

Um condutor sólido, maciço, com ou sem isolação, constitui um fio elétrico. O conjunto de fios encordoados, não isolados entre si, constitui um cabo , podendo o conjunto ser isolado ou não.

Os cabos podem ser:

 Unipolares: quando são constituídos por um condutor de fios trançados, com cobertura isolante.  Multipolares: quando são constituídos por dois ou mais condutores isolados, envolvidos por uma camada de proteção ou cobertura comum. Os cabos multipolares constituídos por dois, três ou quatro condutores isolados entre si são denominados de cabos bipolares, tripolares ou tetrapolares, respectivamente. Os condutores internos são chamados de veias.

extinção do fogo, constatadas através dos ensaios de índice de oxigênio e queima vertical

(fogueira).

Os CABOS SlNTENAX FLEX são recomendados para instalações fixas de luz e força em

prédios residenciais, comerciais, industriais, etc., em circuitos de distribuição e circuitos

terminais e para linhas subterrâneas de energia em baixa tensão.

A grande novidade do CABO SINTENAX FLEX é a sua excelente flexibilidade, garantida

pelo condutor com classe de encordoamento 5. Isso facilita o manuseio, reduzindo o tempo e

o custo de instalação.

CABOS EPROTENAX FLEX:

Características:

Os compostos de PVC isentos de chumbo utilizados na cobertura conferem aos CABOS

EPROTENAX FLEX características especiais quanto à resistência à chama e auto - extinção

da chama na cobertura, constatada através do ensaio de bico de “Bunsen” (NBR 6244).

Os CABOS EPROTENAX FLEX são recomendados para instalações fixas de luz e força em

prédios residenciais, comerciais, industriais, etc., em circuitos de distribuição e circuitos

terminais e para linhas subterrâneas de energia em baixa tensão.

DESCRIÇÃO

1 ) CONDUTOR:

Metal: fio de cobre nu, têmpera mole.

Encordoamento: classe 5.

(2) ISOLAÇÃO:

Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO anti - chama.

(3) ENCHIMENTO:

Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO.

(4) COBERTURA:

Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO anti - chama.

A grande novidade do CABO EPROTENAX FLEX é a sua excelente flexibilidade, garantida

pelo condutor com classe de encordoamento 5. Isso facilita o manuseio, reduzindo o tempo e

o custo de instalação.

Observações:

Seção nominal: é a área aproximada da seção transversal do fio ou a soma das seções dos fios

componentes de um cabo, sem incluir a isolação e a cobertura, se houver. A seção nominal de

um cabo multipolar é igual ao produto da seção do condutor de cada veia pelo número de

veias que constituem o cabo. Os condutores elétricos devem ser especificados pela sua seção

em mm^2.

CABO MULTIPLEXADO: é aquele formado por dois ou mais condutor isolado, ou cabos

unipolares, dispostos helicoidalmente, sem cobertura.

O cobre e o alumínio são os metais mais utilizados na fabricação de condutores elétricos,

porque possuem boas propriedades elétricas e baixo custo.

DESCRIÇÃO

(1) CONDUTOR:

Metal: fio de cobre nu, têmpera mole.

Encordoamento: classe 5.

(2) ISOLAÇÃO:

Composto termofixo de borracha

HEPR (EPR/B - Alto módulo).

(3) ENCHIMENTO:

Composto termoplástico de

PVC SEM CHUMBO.

(4) COBERTURA:

Composto termoplástico de PVC

SEM CHUMBO resistente à chama.

3 v cos

P I (^) p  n

Três fases (circuitos trifásicos equilibrados):

3 Vcos

n p

P I 

3.3.2- Fatores que devem ser levados em consideração na determinação da seção

nominal de um condutor Esses fatores são:  Tipo de isolação e de cobertura

 Número de condutores carregados  Maneira de instalar

 Proximidade com outros condutores

 Temperatura ambiente ou do solo (para condutores enterrados diretamente no solo) TIPO DE ISOLAÇÃO: Determina a temperatura máxima a qual os condutores

poderão ser submetidos em regime permanente, em curto-circuito ou em condição de

sobrecarga (tabela 3.1).

Fig. 3.4- Ligações monofásicas, bifásicas e trifásicas.

N F 1 F 2 F 3

220 V 220 V

220 V

220 V

127 V

Tabela 3.1: Temperaturas Características dos Condutores Tipo de isolação Temperatura máxima em regime permanente (oC)

Temperatura limite de sobrecarga (oC)

Temperatura limite de curto-circuito (oC)

Cloreto de polivinila (PVC)

70 100 160

Polietileno (PE) 70 90 150

Polietileno reticulado (XLPE)

90 130 250

Borracha etileno propileno (EPR)

90 130 250

NÚMERO DE CONDUTORES CARREGADOS:

Nas ligações monofásicas a dois condutores (F-N) a corrente elétrica percorre o condutor fase

e retorna pelo condutor neutro, por isso, essas ligações são consideradas com dois condutores

“vivos”.

Nas ligações monofásicas a três condutores (F-F-N) são considerados três condutores “vivos”.

Nas ligações bifásicas a três condutores (F-F-N) são considerados três condutores “vivos”.

Nas ligações bifásicas a dois condutores (F-F) são considerados dois condutores “vivos”.

Nas ligações trifásicas a três condutores (F-F-F) são considerados três condutores “vivos”.

Nas ligações trifásicas a quatro condutores (F-F-F-N) existem quatro condutores “vivos”. Se o

circuito for equilibrado, são considerados apenas três condutores “vivos”.

MANEIRA DE INSTALAR:

Influencia na capacidade de condução de corrente dos condutores e pode ser definida de

diversas formas (tabela 3.2):

Tabela 3.2: Maneiras de instalar ou tipos de linhas elétricas Referência Descrição A 1 Condutores isolados, cabos unipolares ou cabo multipolar em eletroduto embutido em parede