Avaliação e Dimensionamento de Cargas Elétricas em Instalações, Resumos de Engenharia Civil

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Sumário

• 1 – Introdução..........................................................................................................................................................
  • 1.1 – Definições
  • 1.2 – Partes componentes de um projeto elétrico...............................................................................................
• 2 – Modalidade de ligações
• 3 – Ramais
• Rede de Baixa Tensão
• 4 – Etapas de um projeto
  • 4.1 – Determinação da carga estimada
  • 4.1.1 - EXERCÍCIOS I .........................................................................................................................................
  • 4.2 – Divisão das cargas em circuitos
  • 4.3 – Potência instalada e potência de demanda
  • 4.4 – Cálculo da intensidade de corrente
    • 4.4.1 – Cálculo da corrente nominal (In)
    • 4.4.2 – Corrente de projeto (Ip) nos alimentadores
    • 4.4.3 – determinação dos condutores
• 5 - EXERCÍCIOS II..................................................................................................................................................
• CARGA INSTALADA E AVALIAÇÃO DE DEMANDAS EM INSTALAÇÕES ELÉTRICAS EM BAIXA TENSÃO
  • 1 - DETERMINAÇÃO DA CARGA INSTALADA
  • 2 - AVALIAÇÃO DE DEMANDAS
  • 2.2 - MÉTODO DE AVALIAÇÃO - SEÇÃO B....................................................................................................
• 3 - EXEMPLOS DE AVALIACÃO DE DEMANDAS
  • CASO 1.............................................................................................................................................................
  • CASO 2.............................................................................................................................................................
  • CASO 3.............................................................................................................................................................
  • CASO 4.............................................................................................................................................................
  • CASO 5.............................................................................................................................................................
• REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

2 – Modalidade de ligações

Os prédios são alimentados, normalmente, pela rede de energia da empresa concessionária local (Light, Ampla, Copel etc.). Excepcionalmente, o consumidor terá energia com geração própria, geralmente, isso acontece em caráter provisório, até a concessionária local tenha condições de abastecer, ou quando se deseja ter um sistema de alimentação próprio, em caso de haver uma interrupção provisória por parte da concessionária. As ligações da instalação predial à rede de distribuição da concessionária se classificam em:

a) Provisórias → Quando se referem a um serviço de instalação de caráter transitório e que, dentro de determinado tempo, serão substituídas por instalações permanentes. É o que acontece com as ligações de força provisórias para o funcionamento de máquinas para a construção, durante a fase de execução de obras de um edifício.

b) Temporárias → Quando se destinam a funcionar apenas durante um determinado tempo, após o qual serão desligados e removidos os equipamentos. É o que acontece nas ligações pra circos, parques de diversões ou festejos de ruas de caráter cívico, religioso ou popular.

c) Definitivas → Quando se destinam as instalações de caráter permanente. As tensões de fornecimento ao consumidor podem ser em baixa tensão (220 V / 127 V – 380 V / 220 V no caso da Light) ou em média e alta-tensão (6 kV – 13,2 kV – 13,8 kV, 25 kV, 138 kV ou 230 kV).

3 – Ramais

A ligação de uma instalação à rede de distribuição de energia é feita por um ramal de ligação. Este ramal é constituído de duas partes:

a) Ramal externo → É o trecho compreendido entre a rede de distribuição e o limite da propriedade particular com a via pública.

b) Ramal interno → É o trecho situado na propriedade particular.

Os ramais de ligação podem ser classificados em aéreo, subterrâneo ou misto (ramal de entrada subterrâneo ligado à rede aérea da concessionária).

Aéreo

Subterrâneo

Misto

Rede de Baixa Tensão

3.1.1-Quadros de Distribuição

A quantidade de quadros parciais a ser instaladas em um consumidor depende: a) Do número de centro de cargas (Exemplo: Residências, Sobrado, Triplex e outros) b) Aspecto econômico c) A versatilidade adequada

Quadro de Distribuição Bifásico ( Com proteção DR e DPS)

DR → Diferencial Residual

Os Disjuntores diferencias exercem múltiplas funções,pois,além de realizarem proteção dos condutores contra sobrecorrentes, garantem a proteção de pessoas contra choques elétricos e a proteção dos locais contra incêndios, nas condições descritas pela norma Brasileira de instalações Elétricas, a NBR 5410/2004. Além disso, esses disjuntores são ideais para controlar o isolamento da instalação, impedindo o desperdício de energia por fuga excessiva de corrente e assegurando a qualidade da instalação.

DPS → Dispositivo de proteção contra surtos

A NBR 5410/2004, Estabelece as prescrições para o uso e localização dos DPS. É um dispositivo de proteção contra sobretensões transitórias (surtos de tensão ) anulando as descargas indiretas na rede elétrica causados por descargas atmosféricas. A NBR 5410/2004, Também determina que: “Na utilização dos DPS instalados junto com o ponto de entrada da linha elétrica na edificação ou no quadro de distribuição principal, o mais próximo possível do ponto de entrada”.

Exemplo de utilização do DPS

DPS 20KA → Recomendado como proteção única e primária em instalações em zonas a raios classificados como AQ1 ( Desprezível). Deve ser instalado no circuito elétrico no qual o equipamento esta conectado. DPS 30 KA → Recomendado como proteção única e primária em redes de distribuição de baixa tensão situados em áreas urbanas e densamente edificadas, expostas a raios classificados como indiretos (AQ2). Deve ser instalado junto ao quadro de distribuição central da rede elétrica. DPS 45 KA → Recomendado como proteção única e primária em redes de distribuição de baixa tensão situados em áreas rurais e urbanas com pouca edificação, em zonas expostas a raios classificados como diretos (AQ3) e com históricos freqüentes de sobretensões. Deve ser instalado junto ao quadro de distribuição central da rede elétrica.

4 – Etapas de um projeto

4.1 – Determinação da carga estimada

A primeira etapa de um projeto de instalações elétricas é uma estimativa preliminar da carga para uma consulta prévia à concessionária de energia elétrica local.

Usam-se, em geral, tabelas de normas aprovadas ou de uso consagrado. No caso de residências e apartamentos, nos quais, em geral, se emprega a iluminação incandescente, não há necessidade da elaboração de um projeto luminotécnico. Abaixo temos as tabelas utilizadas para essa estimativa.

Tabela 4.1 Densidade de carga de ponto de luz

Local Densidade de carga (W/m²) Residências

Salas 25 - 30 Quartos 20 Escritórios 25 - 30 Copa e cozinha 20 - 25 Banheiro 10 Dependências 10 Diversos

Escritórios, salas de aula 30 - 40 Lojas 30 - 40 Hotéis Recepção 50 - 70 Quartos 10 - 15 Bibliotecas 30 - 50 Bancos 30 - 40 Igrejas 10 - 20 Laboratórios 40 - 50 Restaurantes 15 - 20 Depósitos 5 - 10 Galerias de arte 30 - 40 Auditórios Platéia 10 - 20 Palco 150 - 300 Garagens comerciais 5 - 10

No caso de escritórios, estabelecimentos comerciais e industriais, não se dispensam o projeto de iluminação, principalmente se a iluminação for fluorescente, lâmpadas mistas, vapores metálicos etc.

Os equipamentos de utilização de uma instalação podem ser alimentados diretamente (elevadores, motores), através de tomadas de corrente de uso especifico ( TUEs ) ou através de tomadas de corrente de uso não específico (tomadas de uso geral, TUGs );

Número mínimo de TUGs:

Residências · Recintos com área < 6 m2 – no mínimo 1 tomada.

· Recintos com área > 6 m2 – no mínimo 1 tomada para cada 5m ou fração de perímetro, espaçadas tão uniformemente quanto possível.

· Cozinhas e copas – 1 tomada para cada 3,5m ou fração de perímetro, independente da área; acima de bancadas com largura > 30cm prever no mínimo 1 tomada.

· Banheiros – no mínimo 1 tomada junto ao lavatório, a uma distância mínima de 60cm do boxe, independentemente da área.

Tabela 4.2 Potências típicas dos eletrodomésticos

Exemplos :

1 – Calcular a carga estimada de uma residência com:

• sala: 4m x 4m = 16 m²
• 2 quartos: 3 m x 3m = 9 m² cada (1 condicionador de ar de 10.000 BTU’s em cada)
• 1 cozinha: 3,6 m x 2,50 m = 9 m²
• 1 banheiro: 2.00 m x 2,00 m = 4 m² (com chuveiro elétrico de 4.400 W)
• varanda: 3,00m x 1,50 m = 4,50 m²

Solução: Iluminação: Sala = 30 W x 16 m² = 480 W Quartos = 2 x 9 m² x 20 W = 360 W Cozinha = 9 m² x 20 W = 180 W Banheiro = 4 m² x 10 W = 40 W Varanda = 4,50 m² x 10 W = 45 W Total = 1.105 W

Tomadas TUE’s Sala = 16 m ÷ 1 tomada/5 m = 3,2 = 4 tomadas (400 VA x 0,9 = 360 W) Quartos = 12 m ÷ 1 tomada/5 m = 2,4 = 3 x 2 = 6 tomadas (600 VA x 0,9 = 540 W) Cozinha = 12,20 m ÷ 1 tomada / 3,5 m = 3,48 = 4 tomadas (600 + 400 = 1.000 VA x 0,9 = 900 W) Banheiro = 1 tomada (100 VA x 0,9 = 90 W) Varanda = 1 tomada (100 VA x 0,9 = 90 W) Total = 1.980 W

TUG’s Chuveiro = 4.400 W Condicionador de ar = 2 x 1.400 = 2.800 W

Total da carga estimada = 1.105 + 1.980 + 2.800 = 5.885 W

2 – Calcular a carga estimada de uma loja comercial com:

• Salão:8 m x 20 m = 160 m² (3 condicionadores de ar de 30.000 BTU’s)
• Copa: 1,50 m x 2,50 m = 3,75 m² (1 cafeteira elétrica)
• Banheiro: 1,50 m x 2,00 m = 3 m²

Solução: Iluminação: Salão = 160 m² 40 W = 6.400 W Copa = 3,75 m² x 20 W = 75 W Banheiro = 3 m² x 10 W = 30 W Total = 6.505 W

Tomadas TUG’s Salão = 160 m² ÷ 1/30 m² =5,3 = 6 tomadas (1.200 VA x 0,9 = 1.080 W) Copa = 8 m ÷ 1 tomada/3,5 m² = 2,28 = 3 tomadas (600 + 200 = 800 VA x 0,9 = 720 W) Banheiro = 1 tomada (100 VA x 0,9 = 90 W) Total = 1.890 W

TUE’s Condicionador de ar = 3 x 3.600 W = 10.800 W Cafeteira = 1.000 W Total = 11.800 W

Total da carga estimada = 6.505 + 1.890 + 11.800 = 20.185 W

Para calcularmos, de acordo com a norma, a potência de alimentação, ou seja, a demanda máxima (Palim) deve fazer: Palim = f (P1 + P2)

Onde P2 é a soma das potências dos aparelhos fixos da unidade residencial. Podem-se, também, usar as tabelas 4.4 e 4.5 para a determinação do fator de demanda para instalações em geral.

Tabela 4.4 – Fatores de demanda para instalações em geral

Uso Fator de Demanda (f) Iluminação 1 Aquecimento e condicionador de ar 1 Tomadas (TUG’s) onde N é o número de Tomadas (Não considerar as destinadas à ligação de aparelhos fixos)

N

Aquecimento de água (boillers, chuveiros, torneiras etc.)

Fogões e fornos elétricos 0,

Tabela 4.5 – Fatores de demanda globais de acordo com a finalidade do prédio

Tipo Potência Instalada (kW)

Fator de Demanda global (f)

Prédios de apartamentos

Até 3 3,1 a 120 Acima de 120

Prédios de escritórios Até 20 Acima de 20

Hotéis (sem cozinhas)

Até 20 20,1 a 100 Acima de 100

Hospitais Até Acima de 50

Colégios, quartéis e semelhantes

Até 15 Acima de 15

Exemplos:

1 – Calcule a potência de demanda de um circuito residencial com as seguintes cargas:  3 lâmpadas incandescentes de 100 W;  5 tomadas de uso geral (100 VA); . Utilizando a tabela 4. P1 = Iluminação e TUG = (3 x 100 W) + (5 x 100 W x 0,9) = 300 W + 450 W = 750 W P alim = 750 W x 0,86 = 645 W

Utilizando a tabela 4. Iluminação = 3 x 100 W x 1 = 300 W TUG’s = 0,1 + 0,9 = 0,28 x 5 x 100 x 0,9) = 126 W 5 P alim = 426 W

Neste caso, devemos adotar o cálculo que levou ao maior resultado final.

2 – Calcule a potência de demanda de um circuito destinado a alimentar um forno elétrico de 1.500 W.

Palim = 0,7 x 1.500 W = 1.050 W

4.4 – Cálculo da intensidade de corrente

Todos os circuitos deverão estar protegidos contra curtos-circuitos, sobrecargas e outras anomalias, através dos dispositivos de segurança, tais como: disjuntores, fusíveis, contactores, relés, etc. Mas, para isso, se torna necessário o cálculo das correntes nominais e de projeto.

4.4.1 – Cálculo da corrente nominal (In)

Corrente nominal é aquela consumida pelo aparelho, equipamentos ou circuitos, sendo dada por:

Circuitos monofásicos:

In = P(watt) = ampères U(volt) x η x cos φ In = corrente nominal (A) U = tensão (V) P = potência (W) Circuitos trifásicos (3 Ф + N): η = rendimento cos φ = fator de potência In = P(watt) = ampères 1 x U(volt) x η x cos φ

Circuitos trifásicos equilibrados:

In = P(watt) = ampères √3 x U(volt) x η x cos φ

Tabela 4.6 – Fator de potência e rendimentos dos equipamentos mais comuns

Equipamentos cos φ η Lâmpadas incandescentes 1 1 Lâmpadas mistas 1 1 Lâmpadas fluorescentes com starter 0,5 0,6 a 0, Lâmpadas fluorescentes com reator 0,8 a 0,98 0,6 a 0, Lâmpadas de vapor de mercúrio 0,5 0, Lâmpadas de vapor de sódio 0,85 0, Equipamentos resistivos 1 1 Motores trifásicos (tipo gaiola) Até 600 W 0,5 - 1 a 4 CV 0,75 0, 5 a 50 CV 0,85 0, Mais de 50 CV 0,90 0, Obs.: verificar sempre a placa do motor

Exemplos:

1 – Calcular a corrente de consumo de um circuito composto por 8 lâmpadas incandescentes de 60 W, ligadas numa rede monofásica de 127 V.

In = P = 8 x 60 W = 480 W = 3,8 A U x η x cos φ 127 V x 1 x 1 127 V

2 – Calcular a corrente de consume de um motor trifásico, tipo gaiola, de 5 CV ligado a uma rede trifásica de 220 V.

In = P = 1 x 5 CV x 736 W = 3.680 W = 12,64 A √3 x U x η x cos φ 1,73 x 220 x 0,9 x 0,85 291,16 V

Condicionadores de ar cos φ = 0,75, η = 0,75 e f1 = 1

Pn = 5 x 1.200 x 1 = 10.500 W

In = P = 10.500 = 48,99 A √3 x U x η x cos φ 1,73 x 220 x 0,75 x 0,

Corrente total = 18,24 + 4,11 + 48,99 = 71,34 A

4.4.3 – determinação dos condutores

Para definirmos a bitola dos condutores dos circuitos, deve-se levar em consideração a queda de tensão máxima admissível entre o quadro de distribuição e o ponto mais distante. A queda de tensão máxima admissível pela NBR-5410 é:  Iluminação e tomadas: 3%  Motores, fornos e outros circuitos indutivos: 5%

O ideal é adotar no máximo 2% para ambos os casos.

Na tabela a seguir, temos a seção mínima do condutor levando-se em consideração:  Material do eletroduto (magnético ou não-magnético);  Corrente do projeto;  Fator de potência;  Queda de tensão máxima admissível;  Comprimento do circuito; e  Tensão entre as fases.

ΔU = V/A x km Ip x ℓ

ΔU = queda de tensão admissível em Volts. Ip = corrente do circuito em ampère ℓ = distância entre o quadro de distribuição e o ponto mais distante do circuito em metros.

Tabela 4.7 – Quedas de tensão unitária. Condutores isolados com PVC (Pirastic Antiflam e Pirastic-flex Antiflam) em eletroduto ou calha fechada. Eletroduto ou calha de material não-magnético Eletroduto ou calha material magnético Circuito monofásico Circuito trifásico Circuito mono ou tri Seção cosφ = 0,8 cos φ = 1 cosφ = 0,8 cos φ = 1 cosφ = 0,8 cos φ = 1 mm² (V/A x km) (V/A x km) (V/A x km) (V/A x km) (V/A x km) (V/A x km) 1,5 23 27,6 20 24 23 27, 2.,5 14 16,8 12 14,4 14 16, 4 8,7 10,4 7,5 19 8,7 10, 6 5,8 7 5,1 6,1 5,8 7 10 3,5 4,2 3 3,6 3,5 4, 16 2,3 2,5 1,95 2,1 2,3 2, 25 1,5 1,7 1,27 1,4 1,5 1, 35 1,1 1,2 0,95 1 1,1 1, 50 0, 83 0,83 0,72 0,72 0,83 0, 70 0,61 0,55 0,53 0,48 0,61 0, 95 0,47 0,42 0,41 0,37 0,47 0, 120 0,39 0,31 0,34 0,27 0,4 0, 150 0,34 0,27 0,3 0,24 0,35 0, 185 0,3 0,24 0,26 0,21 0,31 0, 240 0,25 0,18 0,22 0,15 0,26 0,

Exemplo:

Um circuito trifásico em 220 V, com 50 metros de comprimento,alimenta um QDF que serve a diversos motores. A corrente nominal total é 130 A. Pretende-se usar eletroduto de aço. Considerando uma queda de tenção de 2% determine a bitola dos condutores. ΔU = 0,02 x 220 = 4,4 V 50 m = 0,05 km

ΔU = 4,4 = 0,67 V/A x km, entrando na tabela considerando cos φ = 0,8 por Ip x ℓ 130 x 0,05 se tratar de circuitos alimentando motores temos o cabo # 70 mm².

No caso de pequenas cargas podemos calcular a bitola dos condutores multiplicando a potência do circuito (W) pela distância (m) e utilizar as tabelas 4.8 e 4.9.

Tabela 4.8 – Soma dos produtos potência x distâncias (Wm) U = 127 V % de queda de tensão Seção 1% 2% 3% 4% mm² ∑[P(watts) x ℓ (metros)] 1,5 5.263 10.526 15.789 21. 2,5 8.773 17.546 26.319 35. 4 14.036 28.072 42.108 56. 6 21.054 42.108 63.162 84. 10 35.090 70.100 105.270 140. 16 56.144 112.288 168.432 224. 25 87.725 175.450 263.175 350.90 0 35 122.815 245.630 368.445 491. 50 175.450 350.900 526.350 701. 70 245.630 491.260 736.890 982. 95 333.335 666.710 1.000.065 1.333. 120 421.080 842.170 1.263.240 1.604. 150 526.350 1.052.700 1.579.050 2.105. 185 649.165 1.298.330 1.947.495 2.596. 240 842.160 1.684.320 2.526.480 3.368. 300 1.052.700 2.105.400 3.158.100 4.210. 400 1.403.600 2.807.200 4.210.800 5.614. 500 1.754.500 3.509.000 5.263.500 7.018.

Tabela 4.9 – Soma dos produtos potência x distâncias (Wm) U = 220 V % de queda de tensão Seção 1% 2% 3% 4% mm² ∑[P(watts) x ℓ (metros)] 1,5 21.054 42.108 63.163 84. 2,5 35.090 70.100 105.270 140. 4 56.144 112.288 168.432 224. 6 84.216 168.432 253.648 336. 10 140.360 280.720 421.080 561. 16 224.576 449.152 673.728 898. 25 350.900 701.800 1.052.700 1.403. 35 491.260 982.520 1.473.780 1.965. 50 701.800 1.403.600 2.105.400 2.807. 70 982.520 1.965.040 2.497.560 3.930. 080 95 1.333.420 2.666.840 4.000.260 5.333. 120 1.604.320 3.368.640 5.052.960 6.737. 150 2.105.400 4.210.800 6.316.200 8.421. 185 2.596.660 5.193.320 7.789.980 10.386. 240 3.368.640 6.737.280 10.105.920 13.474. 300 4.210.800 8.421.600 12.632.400 16.843. 400 5.614.400 11.228.800 16.843.200 22.457. 500 7.018.000 14.036.000 21.054.000 28.072.

Tabela 4.10 – Número de condutores isolados com PVC, em eletroduto de PVC

Número de condutores no eletroduto Seção 2 3 4 5 6 7 8 9 10 mm² Tamanho nominal 1,5 16 16 16 16 16 16 20 20 20 2,5 16 16 16 20 20 20 20 25 25 4 16 16 20 20 20 25 25 25 25 6 16 20 20 25 25 25 25 32 32 10 20 20 25 25 32 32 32 40 40 16 20 25 25 32 32 40 40 40 40 25 25 32 32 40 40 40 50 50 50 35 25 32 40 40 50 50 50 50 60 50 32 40 40 50 50 60 60 60 75 70 40 40 50 50 60 60 75 75 75 95 40 50 60 60 75 75 75 85 85 120 50 50 60 75 75 75 85 85 x 150 50 60 75 75 85 85 x x x 185 50 75 75 85 85 x x x x 240 60 75 85 x x x x x x

Equivalência em polegadas: 16 mm = 3/8” 20 mm = ½” 25 mm = ¾” 32 mm = 1” 40 mm = 1 ¼” 50 mm = 1 ½” 60 mm = 2” 75 mm = 2 ½”

85 mm = 3”

Agora, se os condutores não tiverem as mesmas bitolas devemos somar as seções transversais de todos eles e aplicarmos as tabelas 4.11 e 4.12.

Tabela 4.11 – Taxa de ocupação para eletrodutos de aço

Tamanho nominal Ocupação máxima diâmetro externo 40% da área 33 % da área (mm) (mm²) (mm²) 16 53 44 20 90 75 25 152 125 31 246 203 41 430 354 47 567 468 59 932 769 75 1.525 1. 88 2.147 1. 100 2.816 2. 113 3.642 3.

Equivalência em polegadas: 16 mm = 3/8” 20 mm = ½” 25 mm = ¾” 31 mm = 1” 41 mm = 1 ¼” 47 mm = 1 ½” 59 mm = 2” 75 mm = 2 ½”

88 mm = 3” 100 mm = 4” 113 mm = 6”

Tabela 4.12 – Dimensões totais dos condutores isolados

Pirastic Antiflan Pirastic-flex

seção nominal

diâmetro ext(mm) área total (mm²) diâmetro ext área total (mm²) fio / cabo fio / cabo (mm) (mm²) 1,5 2,5 / 3,0 6,2 / 7,1 3 ,1 7, 2,5 3,4 / 3,7 9,1 / 10,7 3,7 10, 4 3,9 / 4,2 11,9 / 13,8 4,2 13, 6 4,4 / 4,8 15,2 / 18,1 5,1 20, 10 5,6 / 5,9 24,6 / 27,3 6,6 34, 16 6,5 / 6,9 33,2 / 37,4 7,8 47, 25 8,5 56,7 x x 35 9,5 71 x x 50 11,5 104 x x 70 13,5 133 x x 95 15 177 x x 120 16,5 214 x x 150 18,5 269 x x 185 20,5 330 x x 240 23,5 434 x x

Exemplo:

1 – determine a bitola do eletroduto de PVC capaz de acondicionar 6 condutores de 2,5 mm².

Utilizando a tabela 4.10 o eletroduto é 20 mm ou ½”.

2 – Determine o eletroduto de aço capaz de acondicionar 4 cabos de 4 mm² e 2 cabos de 6 mm².

Cabos de 4 mm² = 4 x 13,8 = 55,2 mm² (tabela 4.11)

Cabos de 6 mm² = 2 x 18,1 = 36,2 mm² (tabela 4.11)

Total da área ocupada pelos 6 cabos = 91,4 mm²

O eletroduto será pela tabela 4.12 = 25 mm 0u ¾”.