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Guias e Dicas
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Livro de projetos de eletricidade v3i, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia Elétrica

versão preliminar de espedificações de projeto

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2015

Compartilhado em 11/12/2015

francisco-andre-de-oliveira-neto-2
francisco-andre-de-oliveira-neto-2 🇧🇷

4.7

(54)

41 documentos

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Baixe Livro de projetos de eletricidade v3i e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! ORENITAÇÕES BÁSICAS PARA A EXECUÇÃO D:: PROJ:: TOS ELÉTRICOS FRANCISCO ANDRÉ DE OLIVEIRA NETO UNHRNCEIATEMMOIDE o |, REVISÃO 6 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 2 SUMÁRIO 1 APRESENTAÇÃO DE PROJETOS DE ELETRICIDADE ............................................... 5 1.1 Sistema oficial de medidas......................................................................................... 12 1.2 Uso de escalas ............................................................................................................ 13 1.3 Codificação de projetos e equipamentos.................................................................... 13 1.4 Estrutura padrão de apresentação de projeto definido pelo ATP-MO ....................... 15 1.5 Verificação dos documentos do projeto ..................................................................... 18 1.6 Lista de cargas elétricas.............................................................................................. 18 1.7 Esquemas unifilares.................................................................................................... 19 1.8 Plano de classificação de áreas................................................................................... 19 1.9 Memorial descritivo ................................................................................................... 22 1.10 Folhas de dados de equipamentos .............................................................................. 23 1.11 Estudo de curto circuito e fluxo de carga................................................................... 23 2 ILUMINAÇÃO .................................................................................................................. 24 3 DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS ........................................... 27 3.1 Maneira de instalação dos condutores segundo a NBR 5410 .................................... 29 3.2 Maneira de instalação dos condutores segundo a NBR 14039 .................................. 30 3.2.1 Fatores de correção para escolha dos condutores adequados às correntes de projeto 32 3.2.2 Como obter o condutor adequado a corrente de projeto .................................... 34 3.2.3 Condutor neutro.................................................................................................. 35 3.2.4 Condutor de proteção ......................................................................................... 37 4 LANÇAMENTO DE CABOS EM DUTOS...................................................................... 38 5 DIMENSIONAMENTO DE DUTOS................................................................................ 42 6 SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA SPDA.............. 50 7 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE ATERRRAMENTO ................................... 59 8 SELEÇÃO DOS CONDUTORES NO PROJETO DE ATERRAMENTO DE SISTEMAS ELETRÔNICOS ........................................................................................................................ 69 9 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE ATERRAMENTO .................................... 72 9.1 DIMENSIONAMENTO DE MALHAS DE ATERRAMENTO PELO MÉTODO DO IEEE ................................................................................................................................ 79 10 DEFINIÇÕES CHAVES.................................................................................................... 85 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 5 1 APRESENTAÇÃO DE PROJETOS DE ELETRICIDADE Este capítulo é baseado na norma PETROBRAS N-2040 - apresentação de projetos de eletricidade que fixa as condições mínimas exigíveis para a elaboração apresentação e gerenciamento de documentos de projetos de eletricidade para instalações da PETROBRAS. A elaboração de qualquer projeto elétrico deve ser precedida do efetivo conhecimento das necessidades do cliente bem como do arcabouço de normas e procedimentos destinados a orientar os diversos dimensionamentos bem como sua apresentação sistematizada e padronizada. A elaboração do projeto pode ser dividida em dois casos a saber: a) projeto de uma instalação nova b) projeto de modificação ou ampliação de uma instalação existente. Nesse caso, torna-se imprescindível que o projeto “como construído” esteja atualizado e cadastrado no SINDOTEC. Em qualquer caso, será necessária a elaboração de um conjunto de documentos conforme definido a seguir: • Projeto “Básico de Eletricidade” Conjunto de informações e documentos técnicos necessários e suficientes que define as características básicas e conceituais de um sistema elétrico para a elaboração do projeto de detalhamento. O projeto básico de eletricidade deve ser realizado levando em consideração os critérios de projeto elaborados para o empreendimento. 1) lista de documentos de projeto; 2) cronograma de projeto e de emissão de documentos; 3) listas de cargas elétricas, nas categorias normal, essencial e de emergência; 4) diagramas unifilares básicos; 5) diagramas lógicos e/ou funcionais típicos; 6) lista de dados contendo os parâmetros dos principais equipamentos e circuitos elétricos da instalação, tais como: dados de geradores, transformadores, motores, painéis, conversores de freqüência, reatores, baterias de capacitores, retificadores, baterias de acumuladores, cabos etc.. Os parâmetros apresentados nesta lista de dados devem ser obtidos, Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 6 nesta etapa do projeto básico, a partir de dados típicos disponíveis em normas e na literatura técnica. Estas referências técnicas devem ser indicadas nesta lista de dados; 7) relatório de estudo de fluxo de potência, contemplando os cenários de carga máxima, média e mínima do sistema elétrico; 8) relatório de estudo de curto-circuito, contemplando os cenários que levam aos maiores valores de falta a serem utilizados para o dimensionamento dos principais equipamentos da instalação; 9) relatório de estudo de queda de tensão durante a partida dos motores, considerando cenários com geração normal, essencial e de emergência. Nesta etapa de projeto básico, é permitida a modelagem simplificada do sistema elétrico, sem a necessidade do modelamento dos controles de tensão e velocidade associados às máquinas elétricas síncronas; 10) relatório de avaliação da estabilidade eletromecânica do sistema, o qual deve, nesta etapa de projeto básico, identificar as situações que levam à perda de sincronismo do sistema elétrico, tanto em regime permanente (pequenas perturbações), quanto durante transitórios (curtos- circuitos, rejeições de carga, reaceleração de motores, perda de geração etc.), de modo a subsidiar estudos mais detalhados nas etapas posteriores do projeto; 11) relatório de avaliação de transitórios eletromagnéticos, o qual deve, nesta etapa de projeto básico, identificar as situações transitórias, normalmente sob o ponto de vista de sobretensões, passíveis de ocorrerem no sistema elétrico, tais como: energização de transformadores, interrupção de pequenas correntes indutivas em disjuntores e contatores, tensões de restabelecimento transitórias em disjuntores, de modo a subsidiar estudos mais detalhados nas etapas posteriores do projeto; 12) relatório de estudo de harmônicos introduzidos no sistema elétrico, em instalações que contenham fontes geradoras de distorções harmônicas, tais como cargas acionadas por conversores de freqüência, UPS, baterias de capacitores. Nesta etapa de projeto básico, deve ser feita uma estimativa das prováveis conseqüências da presença de correntes Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 7 harmônicas no sistema elétrico, tais como: sobreaquecimento de equipamentos, sobretensões advindas de circuitos ressonantes, necessidade de filtros etc. Neste estudo de harmônicos, devem ser considerados os requisitos indicados nas ANSI IEEE Std 519 e ANSI IEEE Std 1531; 13) relatório dos estudos de simulação em tempo real dos estados transitórios e estacionários do sistema elétrico de potência; 14) Folhas de Dados dos equipamentos elétricos principais; 15) especificações técnicas de engenharia de equipamentos e de sistemas; 16) desenhos e documentos das instalações físicas preliminares dos sistemas e equipamentos elétricos, incluindo subestações, salas de painéis, salas de cabos, casas de controle, motores, sistemas de iluminação, aterramento e encaminhamentos de eletrodutos aparentes, subterrâneos e de circuitos de força e controle; 17) memoriais descritivos para o projeto de detalhamento de eletricidade tais como: distribuição de força, sistemas de alimentação normal, essencial e de emergência, aterramento, iluminação, proteção, automação, medição, intertravamento, traceamento e aquecimento elétrico industrial, sinalização e alarme e proteção contra descargas atmosféricas; 18) estudos preliminares de áreas classificadas contendo atmosferas explosivas, incluindo a elaboração das listas de dados de processo, definição das extensões das regiões classificadas, os grupos de gases inflamáveis ou poeiras combustíveis e classes de temperatura. Estes estudos devem conter o memorial descritivo sobre as avaliações de risco, os critérios utilizados para a seleção dos tipos de proteção de equipamentos e os níveis de proteção de equipamentos (EPL) para atmosferas explosivas; 19) livros do projeto básico (“Data Books”) de eletricidade contendo toda a documentação gerada. 20) Cadastramento no SINDOTEC. • Projeto Executivo (ou de Detalhamento) de Eletricidade Conjunto de informações e documentos técnicos necessários e suficientes cujo conteúdo Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 10 N-58 - Símbolos gráficos para Fluxogramas de processo de Engenharia; N-59 - Símbolos gráficos para tubulação; N-381 - Execução de desenhos Técnicos; N-1710 - Codificação de Documentos Técnicos de Engenharia; N-2064 - Emissão e Revisão de Documentos de Projeto. Quaisquer itens não cobertos pelas normas da PETROBRAS indicadas devem obrigatoriamente atender às normas da ABNT aplicáveis. Caso não sejam cobertos por normas ABNT, devem atender aos requisitos das normas internacionais IEC ou ISO aplicáveis. REQUISITOS DE SEGURANÇA EM PROJETO DE ELETRICIDADE INDICADOS NA NORMA REGULAMENTADORA NO 10 (NR-10) Os projetos de eletricidade devem atender aos requisitos de segurança indicados na norma regulamentadora NR-10 e devem prover: 1. A especificação de dispositivos de desligamento de circuitos que possuam recursos para impedimento de reenergização, para sinalização de advertência com indicação da condição operativa. 2. A instalação de dispositivo de seccionamento de ação simultânea, que permita a aplicação de impedimento de reenergização do circuito. 3. Cnsiderar o espaço seguro, quanto ao dimensionamento e a localização de seus componentes e as influências externas, quando da operação e da realização de serviços de construção e manutenção. 4. Segregação de circuitos elétricos com finalidades diferentes, tais como: circuitos de força de alimentação normal, essencial e de emergência, comunicação, sinalização, controle e tração elétrica devem ser identificados e instalados separadamente, salvo quando o desenvolvimento tecnológico permitir o compartilhamento, respeitadas as definições do projeto indicadas no Memorial Descritivo de projeto. 5. A definição da configuração do sistema de aterramento, a obrigatoriedade ou não da interligação entre o condutor de neutro e o de proteção e a conexão à terra das partes condutoras não destinadas à condução de corrente elétrica. 6. Dispositivos de seccionamento que incorporem recursos fixos de equipotencialização e aterramento do circuito seccionado. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 11 7. Condições para adoção de aterramento temporário, com o objetivo de atender a requisitos de segurança quando da desenergização para intervenções em circuitos de força, tais como montagem, comissionamento ou manutenção. 8. O atendimento ao que dispõem as normas regulamentadoras de Saúde e Segurança no Trabalho, as regulamentações técnicas oficiais estabelecidas, e ser assinado por profissional legalmente habilitado. 9. O projeto de eletricidade deve assegurar que as instalações proporcionem aos trabalhadores iluminação adequada e uma posição de trabalho segura, de acordo com a norma regulamentadora NR-17. 10. Que as instalações elétricas possuam sinalização adequada de segurança, destinada à advertência e à identificação, obedecendo ao disposto na norma regulamentadora NR-26 de forma a atender, dentre outras, as situações a seguir: a) identificação de circuitos elétricos; b) travamentos e bloqueios de dispositivos e sistemas de manobra e comandos; c) restrições e impedimentos de acesso; d) delimitações de áreas; e) sinalização de áreas de circulação, de vias públicas, de veículos e de movimentação de cargas; f) sinalização de impedimento de energização; e g) identificação de equipamento ou circuito impedido. 11. Que as áreas que contenham instalações ou equipamentos elétricos, tais como: subestações, salas de painéis, salas de cabos e casas de controle, sejam dotadas de proteção contra incêndio e explosão, obedecendo ao disposto na norma regulamentadora NR-23. 12. O Memorial Descritivo do projeto de eletricidade deve conter, no mínimo, os seguintes itens de segurança, conforme requisitos da norma regulamentadora NR-10: a) especificação das características relativas à proteção contra choques elétricos, queimaduras e outros riscos adicionais; b) indicação de posição dos dispositivos de manobra dos circuitos elétricos: (Verde - “D”, desligado e Vermelho - “L”, ligado); c) descrição do sistema de identificação de circuitos elétricos e equipamentos, incluindo dispositivos de manobra, de controle, de proteção, de intertravamento, dos condutores e Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 12 os próprios equipamentos e estruturas, definindo como tais indicações devem ser aplicadas fisicamente nos componentes das instalações; d) recomendações de restrições e advertências quanto ao acesso de pessoas aos componentes das instalações; e) precauções aplicáveis em face das influências externas; f) o princípio funcional dos dispositivos de proteção, constantes do projeto, destinados à segurança das pessoas; g) descrição da compatibilidade dos dispositivos de proteção com a instalação elétrica. 1.1 Sistema oficial de medidas As unidades utilizadas nos documentos constituintes de um projeto de eletricidade devem ser as unidades do sistema oficial de medidas, Sistema Métrico (SM), com abreviações, prefixos e sufixos normalizados. Outras unidades são aceitas se constarem do QGU, anexo à resolução CONMETRO no 12 que dispõe sobre o uso do SM no Brasil. O Sistema Internacional de Unidades, ratificado pela 11ª CGPM/1960 e atualizado até a 18ª CGPM/1987, compreende: a) Sete unidades de base: Unidade Símbolo Grandeza metro m comprimento quilograma kg massa segundo s tempo ampére A corrente elétrica kelvin K temperatura termodinâmica mol mol quantidade de matéria candela cd intensidade luminosa b) duas unidades suplementares: Unidade Símbolo Grandeza radiano rad ângulo plano esterradiano sr ângulo sólido c) unidades derivadas, deduzidas direta ou indiretamente das unidades de base suplementares; Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 15 1.4 Estrutura padrão de apresentação de projeto definido pelo ATP- MO O ATP-MO, definiu uma estrutura padronizada de geração e apresentação de documentos de projeto em mídia e celulose. A nomeação dos arquivos será de acordo com a N-1710 acrescentando-se a extensão do aplicativo que o gerou. Exemplo: NÚMERO DO DOCUMENTO NOME DO ARQUIVO DE-3476.01-1221-800-PAR-001 DE-3476.01-1221-800-PAR-001.DGN FD-3476.01-1221-800-PAR-001 FD-3476.01-1221-800-PAR-001.DOC As pastas (subdiretórios e divisórias dos Book´s), deverão ser nomeadas conforme a seguir: 1 GERAL Lay out, fluxogramas de processo e engenharia, esquemas unifilares, plano de classificação de áreas, lista de documentos e plano de classificação de áreas . 2 CIVIL e TOPOGRAFIA Desenhos, levantamento topográficos e altimétricos. 3 MECÂNICA Desenhos e isométricos 4 ELÉTRICA Desenhos e memorial descritivo 5 INSTRUMENTAÇÃO e AUTOMAÇÃO Desenhos e isométricos 6 LI´s Listas de: dados, instrumentos, materiais, cabos. 7 RM´s Requisições de Materiais 8 FD´s e ET´s Folhas de dados de equipamentos e Especificações técnicas de equipamentos 9 MC´s Memória de cálculos 10 ANÁLISE DE RISCO Relatório de análise de risco 11 DOCUMENTOS DO FABRICANTE Conforme construído dos equipamentos adquiridos 12 FOTOS Fotos para auxílio no projeto Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 16 A formatação dos desenhos em geral segue critérios definidos: formato, escalas de desenhos, texto, legenda, níveis (layer), setagem, legenda de cores, conforme apresentado a seguir. FORMATO • Os formatos deverão estar disponíveis em um diretório específico e na escala • Os formatos deverão ser inseridos no desenho na escala desejada e em forma de célula. • Os formatos dos documentos adotados pela norma N-381 deverão estar colocados no nível 63 do aplicativo padrão Microstation ESCALAS NO DESENHO • Os desenhos devem ser executados na escala 1:1, sendo necessário escalar o formato. • Quando houver desenhos com escalas diferentes, deverá ser escolhido uma escala como padrão, sendo as partes necessárias escalonadas. TEXTO • Fonte 32, Peso 0, TX 2, para desenhos. • Fonte 32, Peso 3, TX 3, para títulos e carimbo. • Fonte 32, Peso 0, TX 2, para cotas. LEGENDA • a) Documentos de referência Fonte 32, TX 3, Peso 3 – Número do desenho Fonte 32, TX 2, Peso 0 – Título • b) Revisões Fonte 32, TX 1.6, Peso 0, para lista de revisões – Formatos A0, A1, A2 Fonte 32, TX 1.3, Peso 0, para lista de revisões – Formatos A3 • d) Cliente / Programa / Área / Título / Número Fonte 32, TX 3, Peso 3 • e) Proj./Exec./Verif./Aprov./Escala/Ext./Padrão/Folha/Data Fonte 32, TX 2, Peso 0 • f) Número Fonte 32, TX 3, Peso 3 • g) Proj. : ATP-MO/DP • h) Aprov. : ATP-MO • i) Folha ; xx / yy • j) Data : dd / mm / aa NÍVEIS (LAYERS) Nº do Nível Nome do Nível 3 Tubulação 4 Elétrica 5 Instrumentação 6 Pavimentação e arruamento 7 Drenagem Pluvial Limpa, Oleosa e Contaminada 8 Lay Out 9 Estrutura Metálica 10 Civil 11 Classificação de Áreas 63 Formato Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 17 SETAGEM NO MICROSTATION PARA DESENHO NOVO Antes de iniciar o desenho, utilizar os arquivos semente configurados de acordo com a WORKING UNITS da seguinte maneira: a) Para trabalhos em milímetros, usar RESOLUTION 10/100, que permite escalar o padrão em até 500 vezes. b) Para trabalhos em centímetros, usar RESOLUTION 10/1000. SETAGEM NO MICROSTATION PARA DESENHO CONCLUÍDO a) Mudar a RESOLUTION b) Trazer o desenho para escala 1:1. c) Escalar o padrão na escala indicada no desenho. CONFIGURAÇÃO PARA CORES DA LEGENDA Cor Legenda Nº Cor Microstation Existente 0 Futuro 0 A Demolir / A Retirar 1 A Construir 3 A Relocar 2 Obs.: Todos os textos serão na cor preta independente da cor da legenda TABELA PARA FORMATOS PADRONIZADOS ESCALA A4 A3 A2 A1 A0 FATOR CONV. 1:1 210x297 297x420 420x594 594x841 841x1189 1 1:10 2100x2970 2970x4200 4200x5940 5940x8410 8410x11890 0.100 1:15 3150x4455 4455x6300 6300x8910 8910x12615 12625x17835 0.066 1:20 4200x5940 5940x8400 8400x11880 11880x16820 16820x23780 0.050 1:25 5250x7425 7425x10500 10500x14850 14850x21025 21025x29725 0.040 1:50 10500x14850 14850x21000 21000x29700 29700x42050 42050x59450 0.020 1:100 21000x29700 29700x42000 42000x59400 59400x84100 84100x118900 0.010 1:125 26250x37125 37125x52500 52500x74250 74250x105025 105125x148625 0.008 1:150 31500x44550 44550x63000 63000x89100 89100x126150 126150x178350 0.006 1:200 42000x59400 59400x84000 84000x118800 118800x168200 168200x237800 0.005 1:250 52500x74250 74250x105000 105000x148500 148500x210250 210250x297250 0.004 1:500 10500x148500 148500x210000 210000x297000 297000x420500 420500x594500 0.002 1:1000 210000x297000 297000x420000 420000x594000 594000x841000 84100x1189000 0.001 TAMANHO DE TEXTOS DE ACORDO COM A ESCALA TAM(mm) ESC. 2 3 4 5 6 8 1:10 20 30 40 50 60 80 1:15 30.3 45.45 60.6 75.75 96 121.2 1:20 40 60 80 100 120 160 1:25 50 75 100 125 150 200 1:30 60 90 120 150 180 240 1:40 80 120 160 200 240 320 1:33 1/3 67 100 134 168 200 268 1:50 100 150 200 250 300 400 1:75 150 225 300 375 450 600 1:100 200 300 400 500 600 800 1:125 250 375 500 625 750 1000 1:150 333.3 500 666.6 833.3 1000 1333.3 1:200 400 600 800 1000 1200 1600 1:250 500 750 1000 1250 1500 2000 1:500 1000 1500 2000 2500 3000 4000 1:1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 20 recintos fechados, das informações relativas ao projeto de ventilação e ar condicionado, que influenciam a classificação e extensão das áreas classificadas. Deve ser elaborado a partir da coleta de informações das características do processo e da instalação. Para isto, além das recomendações técnicas prescritas nas normas, devem ser consultados os representantes da unidade nas seguintes disciplinas: • Operação; • Manutenção; • Projeto; • Segurança industrial; • Processo. No memorial descritivo devem ser registradas todas as condições operacionais que nortearam a elaboração do plano de classificação de áreas1, como por exemplo: • Procedimentos e instruções operacionais; • As taxas de falhas dos componentes envolvidos; • A disponibilidade de recursos para manutenção da unidade; • As informações de acidentes ocorridos anteriormente na unidade e em outras unidades similares. As Plantas de classificação de áreas são um conjunto de desenhos que mostram em escala o leiaute completo da instalação, assinalando as extensões das áreas potencialmente explosivas definidas a partir das informações contidas nas listas de dados das substâncias inflamáveis, das fontes de risco e das informações constantes no memorial descritivo da classificação de áreas, para todas as elevações. Constituem um conjunto de documentos composto por: • Plantas-baixas; • Vistas de perfil (também chamadas de “cortes verticais”); • Detalhes de montagem. As plantas de classificação de áreas, incluindo-se plantas baixas e vistas de perfil, devem ser executadas em escala, claramente indicada, e devem conter, no mínimo, o contorno de todos os equipamentos de processo, indicando nome e TAG dos referidos equipamentos. É prática recomendada que para as instalações compostas por várias unidades (ou módulos), além das plantas baixas detalhadas de cada unidade (ou módulo), que seja 1 Embora a N-2706 não especifique onde esse registro deva ser feito, a UN-RNCE adotou que esse registro seja feito no Memorial Descritivo da Classificação de áreas. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 21 confeccionada uma planta baixa geral de toda a instalação, em escala, indicando apenas as maiores extensões de áreas classificadas de cada unidade. Esta planta geral intitula-se “Plano geral simplificado de classificação de áreas”, contendo uma nota mencionando que para informações detalhadas de cada região, consultar as plantas específicas das unidades (ou módulos). Não é permitido incluir como detalhe de projeto, a simples reprodução da figura de classificação de área constante em norma técnica referenciada. Os detalhes devem refletir as características e dimensões próprias da instalação sob estudo. Não é permitido incluir como notas do documento, recomendações genéricas contidas nas normas referenciadas, como por exemplo: “As distâncias mostradas são para uma refinaria típica, devendo ser adotadas mediante cuidadosa análise”. O projeto deve, portanto, estar em formato conclusivo e customizado para a instalação sob estudo. As seguintes informações devem constar nas plantas de classificação de áreas: • Vista de perfil das elevações e equipamentos de processo; • Vista de perfil dos níveis que possuam acessos interligados; • Vista de perfil das canaletas e depressões existentes na unidade; • Indicação da direção predominante dos ventos; • Identificação do grupo a que pertencem as substâncias inflamáveis presentes; • Identificação da classe de temperatura para os equipamentos Ex, para cada região; • Identificação das fontes de risco, com nome e TAG, conforme respectiva lista de dados; • Indicação dos locais e extensões classificadas como Zona 0, Zona 1, Zona 2 e área não classificada, mediante simbologia definida no Capítulo 6 da N-2706; • representação da influência de áreas classificadas por fontes de risco existentes em unidades adjacentes; • outros dados relevantes para permitir adequada especificação e instalação de equipamentos Ex. • Locação das placas de indicação de área classificada. A equipe responsável pela execução do plano de classificação de áreas deve possuir treinamento em instalações elétricas em áreas classificadas. Em empreendimentos de ampliação, modernização ou desativação de unidades, torna-se necessária a atualização do plano de classificação de áreas. Não é permitida a criação de novos documentos que abordem apenas o escopo reduzido de alterações. Devem ser atualizados os documentos existentes. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 22 Na atualização de documentos, deve ser incorporada e detalhadamente indicada, a abrangência das alterações efetuadas. Não é permitida a colocação de descrições genéricas do tipo: “revisado conforme comentários” ou “revisado onde indicado”. A lista de dados das substâncias inflamáveis é um conjunto de informações sobre as substâncias inflamáveis presentes no processo e deve ser apresentada conforme padrão apresentado no Anexo da norma PETROBRAS N-2155. A mesma deve ser elaborada pela equipe responsável pela elaboração do plano de classificação de áreas, devendo ser informados no referido documento as fontes onde os dados foram obtidos. O memorial descritivo de classificação de áreas, é o documento propício para registrar todas as informações não constantes nos desenhos e lista de dados. Quando os dados forem obtidos de publicações técnicas, devem ser informados: o nome da entidade, ano e número de edição e o número do volume, caso aplicável devendo constar os seguintes dados: • Os parâmetros operacionais das pressões, vazões e temperaturas; • Limites operacionais máximos permitidos pela segurança; • Velocidade média de vento considerada no estudo. Nenhum documento será válido individualmente, devendo sempre ser analisado em conjunto. O plano de classificação de áreas, por envolver questões de segurança industrial, deve ter parecer técnico de funcionário próprio que tenha capacitação em instalações Ex. Este parecer técnico integra o conjunto de documentos do plano de classificação de áreas. 1.9 Memorial descritivo O memorial descritivo é um documento que contém as filosofias adotadas para os sistemas de força, aterramento, iluminação, proteção, medição, intertravamento, sinalização, alarme e SPDA. Para as filosofias dos sistemas de proteção, intertravamento, sinalização e alarme, os memoriais devem ser acompanhados dos respectivos diagramas lógicos e deve atender a NR-10. É um descritivo com as características básicas das instalações elétricas e uma descrição completa das instalações, considerando para cada área, prédio ou parte do prédio as premissas estabelecidas pelas normas PETROBRAS N-1996, N-1997, N-1998, N-2006 e N- 2039. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 25 Iluminação de emergência Os sistemas de iluminação de emergência têm a finalidade de, na falta da fonte principal de energia elétrica, assegurar o mínimo de iluminância necessária à segurança do pessoal e da instalação. A iluminação de emergência inclui a iluminação de escape, a iluminação de segurança, e a iluminação de substituição, definidas de acordo com a norma IEC 60598-2-22. Nenhuma outra carga pode ser ligada aos circuitos de iluminação de emergência. A iluminação de emergência deve clarear áreas escuras de passagens, horizontais e verticais, incluindo áreas de trabalho e áreas técnicas de controle de restabelecimento de serviços essenciais e normais, na falta de iluminação normal. A intensidade da iluminação deve ser suficiente para evitar acidentes e garantir a evacuação das pessoas, levando em conta a possível penetração de fumaça nas áreas. O sistema de iluminação de emergência deve: • permitir o controle visual das áreas abandonadas para localizar pessoas impedidas de locomover-se; • manter a segurança patrimonial para facilitar a localização de estranhos nas áreas de segurança pelo pessoal da intervenção; • sinalizar inconfundivelmente as rotas de fuga utilizáveis no momento do abandono do local; • sinalizar o topo do prédio para a aviação comercial. Em casos especiais, a iluminação de emergência deve garantir, sem interrupção, os serviços de primeiros socorros, de controle aéreo, marítimo, ferroviário e outros serviços essenciais instalados. O tempo de funcionamento do sistema de iluminação de emergência deve garantir a segurança pessoal e patrimonial de todas as pessoas na área, até o restabelecimento da iluminação normal, ou até que outras medidas de segurança sejam tomadas. No caso do abandono total do edifício, o tempo da iluminação deve incluir, além do tempo previsto para a evacuação, o tempo que o pessoal da intervenção e de segurança necessita para localizar pessoas perdidas ou para terminar o resgate em caso de incêndio. Este tempo deve ser respaldado pela documentação de segurança do edifício aprovada pelo usuário e do poder público. Devem ser respeitadas as limitações da visão humana, com referência às condições fisiológicas da visão diurna e noturna e o tempo de adaptação para cada estado. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 26 A variação da intensidade de iluminação não pode ser superior ao valor de 20:1. O sistema de iluminação de emergência deve estar continuamente em operação quando a iluminação normal estiver ligada. Portanto, quando em contínua operação, as luminárias destes sistemas devem ser consideradas na determinação dos níveis de iluminância dos ambientes cobertos pelo projeto. A iluminação de emergência pode contudo ser composta de luminárias autônomas com bateria incorporada. Para equipamentos enquadrados na NR-13 deverá ser previsto sistema de iluminação de emergência com baterias ou alimentados por gerador de emergência, se disponível, instaladas em local apropriado, ou luminárias autônomas, certificadas, com controle de carga nas baterias. Para dimensionamento dos sistemas de iluminação de emergência nas áreas de processo, estações de transferência e outras, utilidades, laboratórios, áreas administrativas, enfermaria etc., rotas de fuga e outros, deve ser atendida a NBR-10898. Estações de controle, bomba de incêndio, gerador de emergência, salas de controle, subestações e salas de painéis, centrais de CO2, e outros pontos onde previstas manobras em caso de black-out e emergências na planta, devem ter iluminamento mínimo de 15 lux, e 50 lux nos frontais dos painéis essenciais e críticos para manobras e segurança, com iluminação em áreas externas para acesso a estes locais. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 27 3 DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS Os condutores, para os propósitos deste capítulo, são os cabos elétricos isolados de potência destinados a transportar energia com o mínimo de perdas3. Se caracterizam pela: seção transversal, capacidade de condução de corrente, norma de fabricação e tensão de isolamento, UU0 , conforme a NBR 6251. Os cabos unipolares e multipolares devem atender às seguintes normas: a) os cabos com isolação de EPR, à ABNT NBR 7286; b) os cabos com isolação de XLPE, à ABNT NBR 7287; c) os cabos com isolação de PVC, à ABNT NBR 7288 ou à ABNT NBR 8661. Os cabos não-propagantes à chama, livres de halogênio e com baixa emissão de fumaça e gases tóxicos devem atender à ABNT NBR 13248. Os condutores utilizados nas linhas elétricas podem ser de cobre ou alumínio, sendo que, o uso de condutores de alumínio só é admitido nas condições estabelecidas abaixo: • Em instalações de estabelecimentos industriais, desde que, simultaneamente: a) a seção nominal dos condutores seja igual ou superior a 16 mm²; b) a instalação seja alimentada diretamente por subestação de transformação ou transformador, a partir de uma rede de alta tensão, ou possua fonte própria, e c) a instalação e a manutenção sejam realizadas por pessoas qualificadas. • Em instalações de estabelecimentos comerciais, desde que, simultaneamente: a) a seção nominal dos condutores seja igual ou superior a 50 mm²; b) os locais onde não hajam dificuldades com relação a rotas de fugas em situações de emergências tais como: edificações residenciais com altura inferior a 50 m e edificações não residenciais com baixa densidade de ocupação e altura inferior a 28 m e c) a instalação e a manutenção sejam realizadas por pessoas qualificadas. Em locais, onde a fuga de pessoas em situação de emergência possa ser longa e tumultuada não é permitido, em nenhuma circunstância, o emprego de condutores de alumínio. O dimensionamento dos condutores deve levar em consideração uma série de fatores tais como: CARGA a) Tensão nominal; 3 Para uma orientação específica sobre cabos de controle, de instrumentação ou para outras linhas elétricas de sinal, recomenda-se a consulta às normas aplicáveis a esses produtos e aos seus fabricantes. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 30 No método G, o espaçamento entre os cabos unipolares é de no mínimo uma vez o diâmetro externo do cabo. 3.2 Maneira de instalação dos condutores segundo a NBR 14039 Os métodos de referência são os métodos de instalação para os quais a capacidade de condução de corrente foi determinada por cálculo. São eles: • A - cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares ao ar livre; • B - cabos unipolares espaçados ao ar livre; • C - cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares em canaletas fechadas no solo; • D - cabos unipolares espaçados em canaletas fechadas no solo; • E - cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares em eletroduto ao ar livre; • F - cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares em banco de dutos ou • eletrodutos enterrados no solo; • G - cabos unipolares em banco de dutos ou eletrodutos enterrados e espaçados um cabo por duto ou eletroduto não condutor; • H - cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares diretamente enterrados; • I - cabos unipolares espaçados diretamente enterrados. Observações importantes 1. Nos métodos A e B, o cabo é instalado com convecção livre (sobre isoladores, bandejas, leitos etc.) e a distância a qualquer superfície adjacente deve ser de no mínimo 0,5 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo unipolar, ou no mínimo 0,3 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo tripolar, sem levar em consideração o efeito da radiação solar direta. 2. Nos métodos C e D, o cabo é instalado em canaleta fechada, com 0,5 m de largura e 0,5 m de profundidade, e a distância a qualquer superfície adjacente Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 31 deve ser de no mínimo 0,5 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo unipolar, ou no mínimo 0,3 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo tripolar. 3. No método E, o cabo é instalado num eletroduto não condutor e a distância a qualquer superfície adjacente deve ser de no mínimo 0,3 vez o diâmetro externo do eletroduto, sem levar em consideração o efeito da radiação solar direta. 4. No método F, os cabos unipolares são instalados num eletroduto não condutor e os cabos tripolares em eletrodutos não condutores, metálico no solo de resistividade térmica de 2,5 K.m/W, a uma profundidade de 0,9 m. Foi considerado, no caso de banco de duto, largura de 0,3 m e altura de 0,3 m, e com resistividade térmica de 1,2 K.m/W. 5. No método G, os cabos unipolares são instalados em eletrodutos não condutores espaçados do duto adjacente em uma vez o diâmetro externo do duto, no solo de resistividade térmica de 2,5 K.m/W, a uma profundidade de 0,9 m. Foi considerado, no caso de banco de duto, largura de 0,5 m e altura de 0,5 m, com quatro dutos, e com resistividade térmica de 1,2 K.m/W. 6. No método H, o cabo é instalado diretamente no solo de resistividade térmica de 2,5 K.m/W, a uma profundidade de 0,9 m. 7. No método I, o cabo é instalado diretamente no solo de resistividade térmica de 2,5 K.m/W, a uma profundidade de 0,9 m e o espaçamento entre os cabos unipolares deve ser no mínimo igual ao diâmetro externo do cabo. Para cada método de instalação, indicado pelas normas NBR 5410 e 14039, é apresentado os métodos de referência no qual ele se enquadra, a ser utilizado para a obtenção da capacidade de condução de corrente. As normas de condutores isolados e de cabos unipolares ou multipolares definem três temperaturas características, em função do tipo de isolação, consideradas na superfície externa do condutor propriamente dito (interface condutor isolação): 1. a temperatura máxima para serviço contínuo, zφ , utilizada para definir a capacidade de condução de corrente do condutor, zI ; 2. a temperatura limite de sobrecarga, sφ , na qual o condutor pode permanecer por até 100 h, a cada 12 meses, em um máximo de 500 h ao longo de sua vida útil; 3. a temperatura limite de curto-circuito, kφ , na qual o condutor não pode permanecer por mais do que 5 s. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 32 Tabela 1: Temperatura características dos condutores Tipo de isolação Temperatura máxima para serviço contínuo (condutor) ºC Temperatura limite de sobrecarga (condutor) ºC Temperatura limite de curto- circuito (condutor) ºC Ploicloreto de vinila (PVC) até 300mm² 70 100 160 Ploicloreto de vinila (PVC) maior que 300mm² 70 100 140 Borracha etileno-propileno (EPR) 90 130 250 Borracha etileno-propileno (EPR-105) 105 140 250 Polietileno reticulado (XLPE) 90 130 250 Quando um condutor, inicialmente sem corrente e, portanto, na temperatura ambiente, é percorrido, a partir de um determinado instante, por uma corrente de valor constante, I (corrente contínua ou corrente alternada de valor eficaz constante), após um período transitório, sua temperatura atinge um valor de regime, Rφ . Observe-se que: 4. quando a corrente zII = , zR φφ = ; 5. quando a corrente zII 45,1= , admite-se que sR φφ ≅ . 3.2.1 Fatores de correção para escolha dos condutores adequados às correntes de projeto A NBR-5410 e a NBR-14039 fornecem as capacidades de condução de corrente dos condutores isolados e dos cabos unipolares e multipolares, zI , considerando: ∆ condutores de cobre e de alumínio; ∆ isolações de PVC, EPR e XLPE; ∆ 2 e 3 condutores carregados; ∆ temperatura ambiente de 30 ºC e temperatura do solo de 20 ºC (linhas subterrâneas); ∆ resistência térmica do solo de 2.5 k.m/W (linhas subterrâneas); ∆ métodos de referência. A NBR-5410 e a NBR-14039 também fornecem três fatores de correção, que são: I. correção da temperatura ambiente ou do solo (fator 1f ); O valor da temperatura ambiente a utilizar é o da temperatura do meio circundante quando o condutor considerado não estiver carregado. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 35 aplicáveis (no caso mais geral 321 ffff ××= ). Procede-se, então, como no caso anterior, ou seja: ( ) SIII BZtabelaB →′≥⎯⎯ →⎯′ próximo mais . Deve estar atento para o fato que: a corrente fictícia de projeto é apenas um artifício de cálculo para utilizar diretamente as tabelas da norma e que a capacidade de condução de corrente real, prevista para o condutor de seção S será fII ZZ ×= . Em qualquer ponto de utilização da instalação, a queda de tensão verificada não deve ser superior aos seguintes valores, dados em relação ao valor da tensão nominal da instalação: ∆ 7%, calculados a partir dos terminais secundários do transformador MT/BT, no caso de transformador de propriedade da(s) unidade(s) consumidora(s); ∆ 7%, calculados a partir dos terminais secundários do transformador MT/BT da empresa distribuidora de eletricidade, quando o ponto de entrega for aí localizado; ∆ 5%, calculados a partir do ponto de entrega, nos demais casos de ponto de entrega com fornecimento em tensão secundária de distribuição; ∆ 7%, calculados a partir dos terminais de saída do gerador, no caso de grupo gerador próprio. Estes limites de queda de tensão são válidos quando a tensão nominal dos equipamentos de utilização previstos for coincidente com a tensão nominal da instalação. A queda de tensão nos circuitos terminais pode ser superior a 4% para baixa tensão ou 5% para média tensão. Quedas de tensão maiores que as indicadas são permitidas para equipamentos com corrente de partida elevada, durante o período de partida, desde que dentro dos limites permitidos em suas normas respectivas. 3.2.3 Condutor neutro O condutor neutro não pode ser comum a mais de um circuito e pertencendo a um circuito monofásico deve ter a mesma seção do condutor de fase. Quando, num circuito trifásico com neutro, a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos forem superiores a 15%, a seção do condutor neutro não deve ser inferior à dos condutores de fase, podendo ser igual à dos condutores de fase se essa taxa não for superior a 33%. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 36 Tabela 4: Seção reduzida do condutor neutro. Seção dos condutores de fase mm² Seção reduzida do condutor de neutro mm² S≤25 S 35 25 50 25 70 35 95 50 120 70 150 70 185 95 240 120 300 150 400 185 3.2.3.1 Seção do condutor neutro quando o conteúdo de terceira harmônica das correntes de fase for superior a 33% Quando, num circuito trifásico com neutro ou num circuito com duas fases e neutro, a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos forem superiores a 33%, a corrente que circula pelo neutro, em serviço normal, é superior à corrente das fases. A seção do condutor neutro pode ser determinada calculando-se a corrente no neutro sob a forma: ∑ = n j jI 1 2 , onde: ∑ = = n j jhn IfI 1 2 é a resultante da corrente de projeto do circuito, valor eficaz total, o valor eficaz da componente fundamental, ou componente de 60 Hz; com os valores eficazes das componentes harmônicas presentes na corrente de fase; e hf dado na tabela 5. Tabela 5: Fator hf para a determinação da corrente de neutro hf Taxa de terceira harmônica % n+φ3 n+φ2 33 a 35 1,15 1,15 36 a 40 1,19 1,19 41 a 45 1,24 1,23 46 a 50 1,35 1,27 51 a 55 1,45 1,30 56 a 60 1,55 1,34 61 a 65 1,64 1,38 ≥66 1,73 1,41 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 37 3.2.4 Condutor de proteção A seção de qualquer condutor de proteção deve satisfazer as condições estabelecidas em relação a equipotencialização e aos tempos de seccionamento máximos e ser capaz de suportar a corrente de falta presumida. A seção dos condutores de proteção deve ser obtida pela tabela 8 ou calculada pela fórmula k tIS 2 = , aplicável apenas para tempos de seccionamento ≤ 5s, onde S é a seção do condutor, em milímetros quadrados; I é o valor eficaz, em Amperes, da corrente de falta presumida, considerando falta direta; t é o tempo de atuação do dispositivo de proteção responsável pelo seccionamento automático, em segundos e k é um fator que depende do material do condutor de proteção, de sua isolação e outras partes, e das temperaturas inicial e final do condutor. Tabela 6: Seção mínima do condutor de proteção Seção dos condutores de fase em mm² Seção mínima do condutor de proteção correspondente em mm² 16≤S S 3516 ≤< S 16 35>S 2 S Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 40 eql - Comprimento equivalente total (m) el - Comprimento retilíneo na entrada da curva (m) α - ângulo de curvatura (rad) R - Raio de curvatura (m) Para o caso em que µ R e × ≥ 10 l , o comprimento equivalente pode ser aproximado por: αµ××= eeeq ll 5. O acréscimo de comprimento virtual pode então ser calculado por ( )1−=∆ ×αµeell . Ex1. Como exemplo, seja calcular o incremento virtual de um trecho de eletroduto cujo comprimento do trecho reto na entrada de uma curva de 90º é de 10m. Supondo o coeficiente de atrito dinâmico de 0,1 e o lançamento de 3 condutores em trifólio com diâmetro externo de 37mm. mmee 10137739,2 ≡∴×= φφ , utilizar eletroduto de 4 polegadas. 2,1 37100 371 1 20 = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − =k então 12,02,11,0 =×=µ . Aplicando a equação de l∆ , temos me 1,2110 2 12,0 =⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −=∆ × π l . Ex.2 Qual a tração de puxamento pelo condutor desenvolvida nas condições do ex1, supondo um cabo 2x120mm²? p Sn × ×℘× = µ l 2kg/mm02156,0 1202 52,325,1212,0 = × ×× = × ×× =℘∴ Sn p lµ . Ex.3 Quantos homens serão necessários para se fazer o puxamento do cabo do exercício anterior? 5 Se 2 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ µ R é desprezível em relação a 1l então ( ) ( )[ ]αµαµ ×+××= senheeq coshll . Utilizando as expressões das funções hiperbólicas temos: αµ αµαµαµαµ × ×−××−× ×=⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − + + = eeeee eeeq lll 22 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 41 17,0 30 25,1212,052,3 = ×× =Hn . Um homem será suficiente! Quando houver necessidade de se fazer o puxamento mecânico, devem tomar-se precauções adicionais entre elas prover o sistema de um dinamômetro de forma a garantir que a tensão máxima de puxamento não seja ultrapassada. O esquema abaixo pode ser utilizado e a força de puxamento calculada por: ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛× = 2 cos2 lidovalor βP F .6 6 Da física temos que esse tipo de máquina não tem ganho nenhum de força. Se o ângulo fosse nulo o dinamômetro iria indicar a dobro da força aplicada. Então, a força aplicada é a metade do valor indicado no dinamômetro. Se o angulo é maior que zero, então: ( ) 2 cos 2 cos 2 cos βββ ×+=×+×= CpCpe TFTFF admitindo que Cp TF = então 2 cos2 β× = DC FT . Diagrama de forças eF DF pF CT β Cabo Dinamômetro Cabo de aço Roldana ou polia Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 42 5 DIMENSIONAMENTO DE DUTOS Dutos são meios, de seção circular ou não, destinados a conter condutores elétricos providos de isolação, permitindo tanto a enfiação como a retirada destes. Os eletrodutos são os dutos mais comumente utilizados e devem ser suficientemente fechados em toda sua extensão, de modo que os condutores só possam ser instalados e/ou retirados por puxamento e não por inserção lateral. Eletrocalhas são dutos de linha elétrica fechados e aparentes, constituídos por uma base com cobertura desmontável, destinado a envolver por completo condutores elétricos providos de isolação, permitindo também a acomodação de certos equipamentos elétricos. Canaletas são dutos de linha elétrica instalados ou construídos, no solo ou no piso, ou acima do solo ou do piso, aberto, ventilado ou fechado, com dimensões insuficientes para a entrada de pessoas, mas que permitem o acesso aos condutores ou eletrodutos nele instalados, em toda a sua extensão, durante e após a instalação. Uma canaleta pode ser parte, ou não, da construção da edificação. 5.1.1 Prescrições das normas NBR-5410 e NBR 14039 quanto a utilização e dimensionamento de eletrodutos • A taxa máxima de ocupação em relação à área da seção transversal do eletroduto não deverá exceder a: 53% para o caso de um condutor ou cabo; 31% para o caso de dois condutores ou cabos e 40% para o caso de três ou mais condutores ou cabos quando se tratar de tensões menores que 1.000V. Para tensões entre 1kV e 36,2kV usar 40% para o caso de um condutor ou cabo e 30% para os demais casos. • A máxima distância retilínea entre dois pontos não deve exceder a 15m em instalações internas e 30m para instalações externas. Deve-se reduzir essa distância de 3m para cada curva de 90º utilizada. Se isso não for possível, calcular a distância máxima permissível e para cada 6m ou fração se utilize eletroduto de tamanho nominal imediatamente superior. • O somatório das curvas entre dois pontos não devem ser superior a 270º • As curvas feitas diretamente no eletroduto, não devem reduzir efetivamente o seu diâmetro interno. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 45 Tabela 7: Dimensões e massa teórica dos eletrodutos NBR 5597 nφ mm eφ mm e mm m kg/m 15 ½ 21,3±0,5 2,25 1,093 20 ¾ 26,9±0,5 2,25 1,414 25 1 33,7±0,5 2,65 2,088 32 1 ¼1 42,4±0,5 3,00 2,989 40 1½ 48,3±0,5 3,00 3,437 50 2 60,3±1,0 3,35 4,812 65 2 ½ 73,0±1,0 3,75 6,534 80 3 88,9±1,0 3,75 8,035 90 3 ½ 101,6±1,0 4,25 10,386 100 4 114,3±1,0 4,25 11,741 125 5 141,3±1,0 5,00 17,063 150 6 168,3±1,0 5,30 21,611 MONTAGEM APARENTE Na montagem aparente os seguintes critérios devem ser obedecidos e especificados pelo projetista: • Devem ser adotado suportes espaçados de no máximo 2,5m para eletrodutos com diâmetro igual ou menor que ¾’’ e 3 m para maior ou igual a 1’’. • Atentar para que as fixações não coincidam com luvas ou conduletes e as distâncias entre os eletrodutos do feixe devem ser tais que permitam a utilização de ferramenta de aperto; • Verificar se os eletrodutos e conexões possuem no mínimo 5 fios de rosca inseridos; • O afastamento mínimo entre eletrodutos e superfícies aquecidas deve ser de 30cm. • Verificar a existência de amassamentos e danos na galvanização, devido ao manuseio incorreto dos equipamentos e ferramentas; • As uniões e unidades seladoras devem ser afastadas de qualquer obstáculo no mínimo 1,5 vezes o diâmetro externo do tubo. Existindo mais de um eletroduto chegando em uma mesma caixa, podem ficar defasadas entre si. Preferencialmente, a parte móvel das uniões devem ser montadas na parte superior para as montagens verticais; • As unidades seladoras devem ser montadas o mais próximo possível dos invólucros à prova de explosão, não ultrapassando o afastamento de 45cm; Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 46 • O somatório das deflexões entre dois pontos de puxamento seja inferior a 270º. O enchimento das unidades seladoras deve ser feito após o lançamento dos cabos e efetuados os testes. A espessura da massa seladora deve ser, no mínimo, igual ao diâmetro do eletroduto e nunca inferior a 16mm; • A terminação dos eletrodutos deverá ser sempre com bucha de acabamento. REDES SUBTERRÃNEAS Nas montagens subterrâneas os seguintes critérios devem ser obedecidos e especificados pelo projetista: • Para quebra de concreto, lajotas ou asfalto, utilizar equipamento pneumático tipo martelete e uso de retroescavadeira para escavações. Para escavação manual, atentar para a equipe encarregada dos serviços e o uso de ferramentas apropriadas, como: pás, picaretas, xibancas, etc.. • Valas até 1,5m de profundidade podem ser escavadas manual ou mecanicamente, não sendo, normalmente, necessário o escoramento. Para profundidades até 1m, devem escavar-se 0,5m de cada lado a fim de permitir a movimentação de pessoal. • O envelopamento deve ser precedido de uma camada de concreto de 5cm de espessura com largura que sobressaia, no mínimo 5cm para cada lado. Essa largura é necessária quando for necessário a utilização de formas. A posição relativa e o afastamento entre eletrodutos nos envelopes devem ser conforme desenhos de projeto, no posicionamento dos eletrodutos em caixas de passagens, estes devem sobressair da parede de uma distância igual as diemensões das buchas de acabamento. • Quando não indicado em projeto, a cota mínima entre o topo do envelope de concreto e o nível do solo deve ser igual a 60cm. • O afloramento de eletrodutos ao nível do piso devem ser no mínimo 15cm entre o inicio da parte roscada e o ponto de afloramento, a fim de permitir o concreto de acabamento feito acima da cota de piso. O posicionamento dos eletrodutos de Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 47 espera deve ser executado através de gabaritos duplos e a verificação da verticalidade dos mesmos, feita através de prumo e nível. • Antes da liberação da rede de eletrodutos para concretagem, devem ser feitos testes de aceitação e verificação do estado interno da rede. Para isso devem ser introduzidos nos eletrodutos gabaritos com 90% do diâmetro interno dos mesmos. • O concreto não deve ser lançado em queda livre para que não haja desagregação dos componentes ou danos aos eletrodutos. Utilizar vibradores adequados, a fim de obter um bom adensamento. Concretar trechos entre duas caixas de uma só vez. • Identificar o topo do envelope com o concreto ainda em processo de pega, com o emprego de uma nata de 3mm de oxido de ferro. A desforma do envelope deve ser feita após 3 dias. Em seguida procede-se o reaterro compactado em camadas de 20cm. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 50 6 SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA SPDA As descargas atmosféricas são responsáveis por vários transtornos tais como: perturbações no sistema elétrico, danos ao patrimônio e lesões nas pessoas. Por isso, o sistema de proteção contra descargas atmosféricas deve ser projetado tendo em vista os aspectos de segurança pessoal, proteção das instalações e redução dos efeitos de interferências sobre cabos dos sistemas elétricos, sinalização e instrumentação. Onde for necessário, deve ser projetado um sistema para proteção contra descargas atmosféricas (SPDA), de acordo com a norma NBR-5419. A necessidade ou não de um SPDA deve ser comprovada através de memória de cálculo, aplicando o modelo eletrogeométrico, sendo que para os prédios da subestação, casa de controle, laboratório devem ser considerados com proteção Nível “I”. Nas áreas de processo, estocagem e manuseio de fluidos inflamáveis, o plano de proteção contra descargas atmosféricas deve considerar nível de proteção I e ser apresentado sobreposto ao plano de classificação de áreas, indicando vents, respiros atmosféricos e outros. Nos documentos de projeto do SPDA devem constar os captores, as descidas, a localização dos eletrodos de terra, todas as ligações efetuadas, as características dos materiais a serem empregados, bem como as áreas de proteção estabelecidas em plano vertical e horizontal. A malha de aterramento dos pára-raios deve ser interligada com a malha de aterramento do sistema elétrico. A quantidade de raios que atingem a terra em um ano, nível ceráunico de uma região é um dado estatístico, e sua densidade pode ser calculada pela seguinte equação 25,104,0 TdNg ×= , onde: Td - Índice ceráunico da região, ou seja, o número de dias de trovoada por ano em uma dada região gN - Densidade de raios na região (raios/km²/ano) A metodologia atual para se estimar a freqüência média anual de ocorrência de uma descarga em uma estrutura é função do índice ceráunico, e pode ser calculada pela seguinte equação 610−××= ged NAN , Onde: Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 51 eA -Área de exposição equivalente(m²) dN - Freqüência média de descarga atmosférica em uma estrutura (raios/ano). A área de exposição equivalente é calculada adicionando a altura da estrutura as dimensões da base e procede-se a concordância nos vértices considerando o raio igual a altura. Se as dimensões da estrutura forem: H - altura a - comprimento b - largura então: ( ) 22 HbahbaAe π++×+×= Os locais onde a Petrobras atua no RN possuem nível ceráunico maior que 20 o que equivale a uma densidade de 1,7 raios/km²/ano e uma probabilidade de mais de 30.000 raios/ano. Quanto maior a densidade de raios, maior a possibilidade de uma estrutura não protegida ser danificada. A necessidade de proteção é função do risco de danos a uma estrutura. O risco, por sua vez, é definido pela seguinte expressão: EPxAxBxCxDxNdc = 9 Onde: A é um fator relacionado ao tipo de ocupação a que se destina a estrutura a ser protegida; B é um fator relacionado ao tipo de construção; C é um fator relacionado ao conteúdo da estrutura a ser protegida; 9 Ver tabelas 7 a 11 Figura 1 KINDERMANN .Descargas Atmosféricas, 1992 Figura 2 H a b Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 52 D é um fator relacionado a localização da estrutura a ser protegida; E é um fator relacionado a topografia da região; A freqüência média anual admissível de danos deve atender aos seguintes limites reconhecidos internacionalmente: Se os riscos forem maiores que 10-3 por ano são considerados inaceitáveis e, portanto, é obrigatório a utilização de um SPCDA10. Se os riscos forem menores que 10-5 por ano são, em geral, considerados aceitáveis e, portanto, não necessitam de um SPDA. Se os riscos situam-se entre 10-5 e 10-3, a conveniência de um SPDA deve ser decidida por acordo entre projetista e usuários. Esse procedimento, no entanto, não se aplica à determinação da necessidade ou não de um SPDA em tanques contendo fluido inflamável. MODELO ELETROGEOMÉTRICO A teoria da esfera rolante foi criada pelo professor Anton Schwaigger em 1923, e em 1969 Paul F. Offerman utilizou-a para o dimensionamento da proteção de tanques de óleo inflamável. Os pontos de maior intensidade do campo elétrico no solo e nas extremidades são geralmente aqueles mais próximos da extremidade do líder descendente. Portanto, a superfície de uma esfera com centro na extremidade do líder antes do seu ultimo salto é o lugar geométrico dos pontos a serem atingidos pela descarga. Estes pontos podem então ser simulados por uma esfera fictícia, cujo raio seja igual ao comprimento do último trecho a ser vencido pelo líder descendente, sendo esse o parâmetro utilizado para posicionar os captores segundo o modelo eletrogeométrico, cujo valor é dado por: 65,0 .max10 iR ×= 11, onde: R é o raio da esfera fictícia (m) e .maxi o valor de crista máximo do primeiro raio negativo (KA). Os raios das esferas fictícias foram normalizados e encontram-se expressos na tabela 3 Tabela 8 NIVEL DE PROTEÇÃO R (M) VALOR DE CRISTA DE EFICIENCIA 10 Ver item 3 11 Equação formulada pelo GT-33 da CIGRÉ - Conferência Internacional de Grandes Redes Elétricas de Alta-Tensão, Paris. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 55 b) representação, em cotas, de todos os prédios, estruturas ou equipamentos a serem protegidos com a indicação do campo protegido pelos respectivos captores; c) representação em planta, vistas e cortes de todos os elementos captores, mostrando claramente os dispositivos de conexão aos cabos de descida, fixação destes cabos aos prédios, estruturas ou equipamentos bem como sua conexão a respectiva malha de aterramento; d) representação da malha de aterramento local destinada a dissipação dos surtos provocados pelas descargas atmosféricas provenientes dos captores; e) indicação do sentido de orientação do desenho. DIMENSIONANDO UM SPDA O correto dimensionamento de um SPDA é de fundamental importância para a instalação e àqueles que trabalham nessas instalações. Critérios para a proteção contra descargas atmosféricas CARACTERISTICA DO EQUIPAMENTO A PROTEGER Os equipamentos a serem protegidos são tanques metálicos de armazenamento de petróleo com forma cilíndrica, cujas dimensões, em geral, não ultrapassam ø = 6m e h=10m, confeccionados com chapa de aço com espessura maior que 4mm e cujo teto não dispõe de dispositivo de proteção corta-chama sendo, na maioria das vezes, aberto a atmosfera A NBR-5419 estabelece que os tanques metálicos de teto fixo são considerados autoprotegidos desde que atendam aos seguintes requisitos: a) todas as juntas entre chapas metálicas sejam rebitadas, aparafusadas com porcas ou soldadas; b) todas as tubulações que penetram no tanque sejam metalicamente ligadas a ele no ponto de entrada, de modo a assegurar a equalização de potencial; Figura 4 Estação coletora típica, E&P-RNCE Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 56 c) os respiros, válvulas de alívio e demais aberturas que possam desprender vapores inflamáveis sejam providos de dispositivos de proteção corta-chama; d) o teto tenha uma espessura mínima de 4mm, e seja soldado, aparafusado com porcas ou rebitado ao corpo do tanque. Diante disso podemos concluir que todas as condições são satisfeitas, com exceção da alínea “c” haja vista que o teto não dispõe de dispositivo protetor corta-chama. Logo, atendendo ao prescrito na norma em epígrafe, devemos prover um SPCDA que atenda às seguintes condições: a) quanto a metodologia de cálculo será utilizado o modelo eletrogeométrico ou das esferas rolantes ou fictícias. b) quanto ao nível de proteção será utilizado nível de proteção I ( R = 20m) VOLUME DE PROTEÇÃO DE REFERÊNCIA Não faz nenhum sentido falar em área a ser protegida pois não há como se proteger um volume utilizando-se um modelo bidimensional. Por outro lado, um mesmo volume de proteção pode não proteger determinadas estruturas, mesmo que possuam o mesmo volume, pois as formas geométricas são diferentes. Para suprir essa deficiência, consideraremos um volume de proteção de referência como sendo um paralelepípedo com as seguintes dimensões. Todo tanque de armazenamento ou conjunto de tanques envolvidos por esse paralelepípedo é considerado protegido contra descargas atmosféricas Tabela 10 Tipo de ocupação Fator A Casas e outras estruturas de porte equivalente 0,3 Casas e outras estruturas de porte equivalente com antena externa de televisão 0,7 Fábricas, oficinas e laboratórios 1,0 Locais de afluência de público (igrejas, pavilhões, teatros, museus, exposições,, lojas de departamento, correios, estações e aeroportos, estádio de esportes) 1,2 Escolas, hospitais, creches e outras instituições, estruturas de múltiplas atividades 1,7 Tabela 11 Tipo de construção da estrutura Fator B 22m 12m 10m Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 57 Estrutura de aço revestida com cobertura não metálica 0,2 Estrutura de concreto armado com cobertura não metálica 0,4 Estrutura de aço revestido ou de concreto armado com cobertura metálica 0,8 Estrutura de alvenaria ou concreto simples com qualquer cobertura exceto metálica ou de palha 1,0 Estrutura de madeira ou revestida de madeira com qualquer cobertura exceto metálica ou de palha 1,4 Estrutura de madeira, alvenaria ou concreto simples, com cobertura metálica 1,7 Qualquer estrutura com teto de palha 2,0 Tabela 12 Conteúdo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosféricas Fator C Residências comuns, edifícios de escritórios, fábricas e oficinas que não contenham objetos de valor ou particularmente suscetíveis a danos 0,3 Estruturas industrias e agrícolas contendo objetos particularmente suscetíveis a danos 0,8 Subestações de energia elétrica, usinas de gás, centrais telefônicas, estações de rádio 1,0 Industrias estratégicas, monumentos antigos e prédios históricos, museus, galerias de arte e outras estruturas com objetos de valor especial 1,3 Escolas, hospitais, creches e outras instituições, locais de afluência de público 1,7 Tabela 13 Localização da estrutura Fator D Estruturas localizadas em uma grande área contendo estruturas ou árvores da mesma altura ou mais altas 0,4 Estruturas localizada em uma área contendo poucas estruturas ou árvores de altura similar 1,0 Estruturas completamente isolada, ou que ultrapassa, no mínimo, duas vezes a altura de estruturas ou árvores próximas 1,0 Tabela 14 Topografia da região Fator E Planície 0,3 Elevações moderadas, colinas 1,0 Montanhas entre 300 e 900m 1,3 Montanhas acima de 900m 1,7 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 60 máxccI =corrente de falta máxima em A Portanto, temos: AIcc 152453 13200 máx =× = TEMPO DE DURAÇÃO DE FALTA Este é um fator importante a ser considerado para o dimensionamento dos condutores, pois trata-se do tempo durante o qual estes serão solicitados pela corrente de falta. Devemos considerar duas situações distintas quanto ao tempo de duração da corrente de falta, ou seja: atuação somente por elos fusíveis ou atuação por disjuntores na subestação, podendo ser tanto em redes de distribuição sem religadores automáticos quanto em redes com religamento automático. Quando há religamento, para o nível de corrente de falta considerado, os equipamentos de proteção normalmente utilizados atuariam, interrompendo a falta num tempo inferior a meio segundo. Assim, nas redes com religamento, que é o caso mais comum, tem-se a seguinte seqüência de operação: primeira operação do equipamento de operação; primeiro intervalo de rearme; segunda operação do equipamento de operação; segundo intervalo de rearme; e assim sucessivamente até o bloqueio de religamento, no caso de faltas permanentes. Para o nível de corrente da falta considerado, os religadores normalmente utilizados atuam entre 0,1 e 0,5s, os intervalo de rearme são de ordem de 2s e o máximo de operação para o bloqueio é igual a quatro. Para as piores condições, ter-se-iam quatro operações temporizadas, de 0,5s cada. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 61 Figura 5: Ciclos de aquecimento e resfriamento dos condutores com os religamentos no sistema, quando submetidos à corrente de falta SEÇÃO TRANSVERSAL DOS CONDUTORES Efetuando-se um balanço energético em um seguimento do condutor, tem-se: dWdQ = dQ =quantidade de calor gerada: θdcmdQ ××= e dtIRdW ××= 2 Sabendo-se que: SLm ××= γ ; CC CA r P P F = e ( )( )201º20 −+= θαCCC PP Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 62 onde: ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ == m emcondutor do ocompriment= m² emcondutor do al transversseção= ra; temperatua com aresistênci da variaçãode ecoeficient= CC; em e C)20º (acondutor do aderesistivid condutor. do específico peso = s em tempode ldiferencia = A emcondutor pelo circula que corrente = Wemcondutor do ôhmica aresistênci = J em dissipada elétrica energia = Cº em ra temperatude ldiferencia = Cg/º emcondutor do específicocalor = g emcondutor do massa = 20 L S dt I R dW d c m α ρρ γ θ Substituido as equações tem-se: ( )( ) S dtLFI dcSL r 20120 2 −+××× =××××× θαρ θγ ou seja, ( )( ) dtIF dcS r 2 20 2 201 = −+× ×××× θαρ θγ que. integrando, conduz à fórmula: ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +− ∆ +××× ××× = i r cK Ft IS θ α θγ αρ 201 1ln 20 Equação 3 onde, ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ =∆ 1 Tabela conforme unidade, de sistema ao relativa constante = Cº condutor. do inicial atemperatur= C .condutor pelo atingida final ra temperatu= - i i K f f θ θ θθθ Para condutores monometálicos não-ferrosos, 1=rF . Para condutores ferrosos ou núcleo de aço ( aço cobreado e aço aluminizado), rF apresenta valores variando de 1,2 a 1 , dependendo da composição. Os dados para a utilização da equação estão tabulados na Tabela 2 PERDAS DE CALOR DURANTE OS INTERVALOS DE REARME Quando há religamento no sistema, a partir do primeiro religamento ocorrerá uma Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 65 irradiação e condução no condutor, para intervalos de religamentos considerados. A seguir, será determinada a bitola necessária para os condutores de prumada e de interligação dos eletrodos de um sistema de aterramento de uma rede de distribuição, consideradas as condições críticas de corrente de falta já apresentadas, para um sistema de energia elétrica com religamento automático. Na distribuição de energia elétrica, está amplamente disseminada a aplicação de religadores automáticos, com intervalos de religamento (rearme) de 2 s. Para os religadores convencionais e para o nível de corrente de falta considerado, os tempos críticos de atuação para o desligamento são de: • 0,05 s para operações rápidas; e • 0,5 s para operações temporizadas. Tabela 15: Sistemas e unidades Sistema→ Drandeza↓ MKS SI Imperial I A A A γ kg/m³ g/cm³ Lb/pol³ A ºK ºC ºF θ Ω.m²/m Ω.mm²/m Ω.C.mil/pé ρ ºK-1 ºC-1 ºF-1 t s s s k 1 4,1868 161,2 c Cal/kgºK Cal/gºC Btu/LbºF Tabela 16: Dados característicos dos condutores (SI) Caractéristicas→ Condutores↓ c γ α 20ρ Aço 0,114 7,80 0,0038 0,201000 Cobre 0,092 8,90 0,0038 0,017241 Aço-cobre 30% 0,110 8,15 0,0038 0,058600 Aço-cobre 40% 0,108 8,25 0,0038 0,043960 Tabela 17: Temperatura e bitolas dos condutores (religamento automático) Material Temp. máxima admissível Bitola crítica iθ 1θ 2θ 3θ 4θ Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 66 Aço 400 6 AWG 40 81,5 76,3 124 112,5 Cobre 800 6 AWG 40 146,8 134,4 276,9 248,9 Aço-cobre 30% 800 4 AWG 40 91,9 88,2 149 141 Aço-cobre 40% 800 6 AWG 40 189,6 172,2 391,6 349,5 5θ 6θ fθ Conclusão 164,6 148,8 206,2 Aceitável com boa margem de segurança 437,6 386,7 624,4 Aceitável com boa margem de segurança 211,5 198,9 280 Aceitável com boa margem de segurança 662,6 582,9 1018,8 Não aceitável (amolece) DETERMINAÇÃO DA BITOLA DO CONDUTOR Para um sistema de 13,2 kV e observando-se as considerações apresentadas, têm-se situações descritas a seguir: (Obs.: para o cabo de aço-cobreado, a temperatura final foi considerada como 800ºC, pois, a partir de 850ºC, esse tipo de condutor perde sua rigidez mecânica.) l. Sistemas sem religamento (a) para cabo de cobre: AI 1524= Ci º40=θ Cf º400=θ st 5,0= 240,5 mmS = (#8AWG) (b) para cabo de aço-cobreado, 30% de condutividade IACS: AI 1524= Ci º40=θ Cf º800=θ st 5,0= Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 67 260,7 mmS = (#8AWG) (c) para cabo de aço-cobreado, 40% IACS: AI 1524= Ci º40=θ Cf º800=θ st 5,0= 261,6 mmS = (#8AWG) 2. Sistemas com religamento Levando-se em conta a possibilidade de ajuste em quatro operações temporizadas, tem- se então a tabela III como resultado das condições acima dispostas. CONSIDERAÇÕES SOBRE AS CONEXÕES As conexões cabo-cabo, cabo-haste fazem parte integrante do sistema de aterramento e deverão suportar as correntes de falta durante os tempos considerados sem ter alterado suas características mecânicas ou elétricas. Deverão ainda apresentar resistência elétrica própria e resistência elétrica de contato desprezível, visando minimizar o efeito Joule. Na norma IEEE-80, consideram-se as conexões exotérmicas como "só cabos", tendo em vista seu desempenho nos ensaios efetuados. Ou seja, um sistema de aterramento onde se utilizam conexões, exotérmicas pode ser considerado como se os cabos e eletrodos utilizados fossem contínuos. Assim sendo, o dimensionamento apresentado para os condutores não depende das conexões, entre os elementos constituintes do sistema de aterramento. . CONCLUSÕES Grande parte das concessionárias de energia elétrica utilizam cabo de ccobre nu # 2 AWG ou 25mm², superdimensionando a instalação, quando poderiam utilizar as seguintes bitolas para os diversos tipos de materiais: • fio de cobre nu, # 6 AWG ou 10 mm². • fio de aço-cobreado 40% IACS, # 6 AWG ou 10 mm². • fio de aço-cobreado 30% IACS, # 4 AWG ou 16 mm2. • cordoalha de aço-cobreado 30% IACS, 16 mm², formação sete fios. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 70 mH 4ln2,0ext µ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛×= d hL Equação 8 para wlh > ou ( wlD 2> ), mH 4ln2,0ext µ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛××= d llL ww Equação 9 onde: ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ = = = m. em fio, do ocomprimentl m, em fio diâmetro d m, em terra,de plano do altura h w Figura 6: Auto-indutância de condutores sólidos para ambas configurações: quando wlh > ou wld 2> A equação 8 mostra que um aumento de h para um dado diâmetro d aumenta L . Pode parecer que este aumento ocorre indefinidamente, mas acima de uma certa altura (Exatamente quando h é igual wl ), o fluxo produzido pela corrente fica não uniforme. Exatamente neste ponto, a equação 9 (representativa de indutância no espaço livre) passa a ser aplicada. Assim sendo, quanto maior for o diâmetro do fio, menor será a auto-indutância extL . Entretanto, extL não muda significativamente com o diâmetro, pois ha uma relação logarítmica entre eles. Dessa forma, por exemplo, um aumento de 10 vezes no diâmetro reduz extL por um fator de 2. Consequentemente, muitas vezes, o instalador ou encarregado de manutenção não consegue eliminar problemas de ruído no terra simplesmente com o aumento do diâmetro do fio. A indutância interna é resultado dos efeitos dos campos magnéticos internamente ao próprio condutor. Assim, está intimamente relacionada com efeito pelicular, pois os dois Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 71 fenõmenos são interativos. Em baixas freqüências, a densidade de corrente é uniforme. Quando a freqüência do sinal aumenta, há uma concentração de corrente na periferia do condutor (efeito pelicular), com a conseqüente concentração de campo magnético na superfície e, portanto, a indutância intL , também diminui. Para sinais CC ou de baixas freqüências, o valor de intL e dado por: wlL ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= π µ 8 0 int em H Equação 10 Assim, para um fio de cobre ( m H 104 7−×= πµo ) no ar, tem-se que: wlL 05,0int = em Hµ Equação 11 À medida que a frequência aumenta, intL diminui a aproxima-se assintoticamente de um valor intHFL que é aproximadamente igual a int025,0 L da equação 11. Os valores de freqüência em que se atinge intHFL para alguns condutores típicos são os seguintes: • cabo coaxial de 40Ω: 65 kHz; • cabo paralelo com diâmetro de fio de 1mm e fios separados de 2mm: 27 kHz. Assim, no projeto e dimensionamento de aterramentos de sistemas eletrônicos, devem ser considerados todos os elementos componentes dos condutores, pois em freqüências elevadas um mesmo condutor pode apresentar baixa resistência e alta impedância, distorcendo assim o comportamento esperado do sistema de aterramento e causando falhas de operação dos equipamentos eletrônicos. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 72 9 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE ATERRAMENTO Uma das formas mais simples de aterramento é composto de uma única haste vertical e a fórmula para calcular o valor da resistência de aterramento considerando o solo homogêneo é: ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= 18ln 21 d l l R h π ρ Equação 12 ou ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛= d l l R h 2ln 21 π ρ Equação 13 Onde: hR1 - é a resistência de aterramento de uma haste vertical em um solo homogêneo em Ω ρ - é a resistividade do solo considerada uniforme em m×Ω l - é o comprimento da haste efetivamente cravado no solo em m d - é o diâmetro da haste em m INTERLIGAÇÃO DE HASTES EM PARALELO Como uma haste, na grande maioria dos casos, não é suficiente para garantir um valor baixo de resistência de aterramento, torna-se necessário a interligação de hastes em paralelo. Essa interligação, contudo, tem como conseqüência uma superposição das áreas de influência das hastes consideradas individualmente, implicando na alteração do valor da resistência de cada uma quando considerada como parte do conjunto. Para reduzir os efeitos dessa superposição, o afastamento entre hastes deve ser no mínimo igual ao comprimento da própria haste. A resistência htR de aterramento de cada haste do conjunto será calculada por: ∑ = += n m hmhhht RRR 1 Equação 14 Observe que a resistência da haste individual aumentou de um valor correspondente ao segundo termo da equação 5, por isso é que na associação de hastes em paralelo, a resistência equivalente é diferente de n R h1 tendo em vista o termo de resistência mútua que é dado por: Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 75 Onde: hR1 é a resistência de aterramento de uma haste vertical em Ω hR2 é a resistência de aterramento equivalente de 2 hastes verticais em paralelo em Ω AR é a resistência de aterramento equivalente de “n” hastes verticais em linha em Ω ( )3∆R é a resistência de aterramento equivalente de 3 hastes verticais em configuração triangular em Ω qvR é a resistência de aterramento equivalente para hastes verticais em configuração quadrado aberto em Ω qcR é a resistência de aterramento equivalente para hastes verticais em configuração quadrado denso em Ω cR é a resistência de aterramento equivalente para hastes verticais em configuração circular em Ω ρ é a resistividade do solo em Ω.m l é o comprimento da haste em m d é o diâmetro da haste em m e é o espaçamento entre as hastes em m ( )nAk é o coeficiente de redução para “n” hastes alinhadas ( )3∆k é o coeficiente de redução para 3 hastes em configuração triangular qvk é o coeficiente de redução para hastes em formação quadrado aberto qck é o coeficiente de redução para hastes em formação quadrado fechado ( )nck é o coeficiente de redução para “n” hastes em formação circular n é o número de hastes da assossiação r é o raio do círculo (m) A é a área da malha em m² xk 04,041,11 −= ladomenor ladomaior =x razão aspecto Tabela 19: Valores de γ e β n γ β 4 2,7071 8 4,2583 9 5,8971 12 5,3939 16 8,5545 6,0072 20 6,4633 24 6,8363 25 11,4371 7,1479 28 7,4195 32 7,6551 36 14,0650 49 16,8933 64 19,5003 81 22,3069 100 24,9589 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 76 Tabela 20: Coeficiente de redução para haste alinhada Coeficientes de redução (k) da resistência de hastes verticais Cravadas no solo e configuração alinhada - regular D iâ m et ro d (in ) C om pr im en to (m ) A fa st am en to (m ) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 0,568 0,410 0,326 0,272 0,235 0,208 0,186 0,169 0,155 0,144 0,134 0,125 0,118 0,111 3 0,548 0,387 0,303 0,250 0,214 0,188 0,167 0,151 0,138 0,127 0,118 0,110 0,103 0,097 4 0,537 0,375 0,291 0,239 0,203 0,177 0,157 0,142 0,129 0,119 0,110 0,102 0,096 0,090 2 5 0,530 0,367 0,283 0,231 0,196 0,171 0,151 0,136 0,123 0,113 0,105 0,097 0,091 0,088 3 0,555 0,395 0,311 0,258 0,221 0,194 0,174 0,157 0,144 0,133 0,123 0,115 0,108 0,102 4 0,543 0,381 0,291 0,245 0,209 0,182 0,162 0,147 0,134 0,123 0,114 0,106 0,100 0,094 2,44 5 0,535 0,372 0,288 0,236 0,201 0,175 0,155 0,140 0,127 0,117 0,108 0,101 0,094 0,089 3 0,564 0,406 0,321 0,268 0,231 0,204 0,183 0,166 0,152 0,141 0,131 0,122 0,115 0,109 4 0,550 0,390 0,306 0,253 0,217 0,190 0,170 0,151 0,140 0,129 0,120 0,112 0,105 0,099 ½` 3 5 0,541 0,380 0,295 0,243 0,207 0,181 0,161 0,145 0,133 0,122 0,113 0,105 0,099 0,093 2 0,571 0,413 0,329 0,275 0,238 0,210 0,128 0,171 0,157 0,146 0,136 0,127 0,120 0,113 3 0,550 0,389 0,305 0,252 0,216 0,189 0,169 0,153 0,140 0,129 0,119 0,111 0,105 0,099 4 0,539 0,376 0,292 0,240 0,204 0,178 0,159 0,143 0,130 0,120 0,111 0,103 0,097 0,091 2 5 0,531 0,368 0,284 0,232 0,197 0,171 0,152 0,137 0,124 0,114 0,105 0,098 0,092 0,086 3 0,557 0,397 0,313 0,260 0,223 0,196 0,176 0,159 0,146 0,134 0,125 0,117 0,110 0,103 4 0,544 0,383 0,298 0,246 0,210 0,184 0,164 0,148 0,135 0,124 0,115 0,107 0,101 0,095 2,44 5 0,536 0,374 0,289 0,237 0,202 0,176 0,156 0,141 0,128 0,118 0,109 0,101 0,095 0,089 3 0,566 0,408 0,324 0,270 0,233 0,206 0,185 0,168 0,154 0,142 0,132 0,124 0,117 0,110 4 0,552 0,392 0,307 0,255 0,218 0,192 0,171 0,155 0,141 0,130 0,121 0,113 0,106 0,100 5/8” 3 5 0,543 0,381 0,297 0,245 0,209 0,182 0,162 0,147 0,134 0,123 0,114 0,106 0,100 0,094 2 0,573 0,415 0,331 0,277 0,240 0,212 0,190 0,173 0,159 0,147 0,137 0,129 0,121 0,114 3 0,552 0,391 0,301 0,254 0,217 0,191 0,170 0,154 0,141 0,130 0,120 0,112 0,106 0,099 4 0,540 0,378 0,293 0,241 0,205 0,179 0,160 0,144 0,131 0,120 0,112 0,104 0,097 0,092 2 5 0,532 0,369 0,285 0,233 0,198 0,172 0,153 0,137 0,125 0,115 0,106 0,099 0,092 0,087 3 0,559 0,399 0,315 0,262 0,225 0,198 0,177 0,160 0,147 0,136 0,126 0,118 0,111 0,104 4 0,546 0,384 0,300 0,247 0,211 0,185 0,165 0,149 0,136 0,125 0,116 0,108 0,101 0,096 2,44 5 0,537 0,375 0,290 0,238 0,203 0,177 0,157 0,142 0,129 0,119 0,110 0,102 0,096 0,090 3 0,566 0,408 0,324 0,270 0,233 0,206 0,185 0,168 0,154 0,142 0,132 0,124 0,17 0,110 4 0,552 0,392 0,307 0,255 0,218 0,192 0,171 0,155 0,141 0,130 0,121 0,113 0,106 0,100 ¾ 3 5 0,543 0,381 0,297 0,245 0,209 0,182 0,162 0,147 0,134 0,123 0,114 0,106 0,100 0,094 2 0,576 0,420 0,335 0,281 0,243 0,215 0,194 0,176 0,162 0,150 0,140 0,131 0,123 0,117 3 0,554 0,394 0,309 0,256 0,220 0,193 0,171 0,156 0,143 0,132 0,122 0,114 0,107 0,101 4 0,542 0,380 0,295 0,243 0,207 0,181 0,161 0,145 0,133 0,122 0,113 0,105 0,099 0,093 2 5 0,534 0,371 0,287 0,235 0,200 0,174 0,154 0,139 0,126 0,116 0,107 0,100 0,093 0,088 3 0,562 0,402 0,318 0,265 0,228 0,200 0,180 0,163 0,149 0,138 0,128 0,120 0,113 0,106 4 0,548 0,387 0,302 0,250 0,214 0,187 0,167 0,151 0,138 0,127 0,118 0,111 0,103 0,097 2,44 5 0,539 0,377 0,292 0,240 0,205 0,179 0,159 0,143 0,130 0,120 0,111 0,103 0,097 0,091 3 0,571 0,414 0,329 0,276 0,238 0,211 0,189 0,172 0,158 0,146 0,136 0,128 0,120 0,113 4 0,556 0,396 0,312 0,259 0,222 0,195 0,175 0,158 0,145 0,133 0,124 0,116 0,109 0,103 1 3 5 0,546 0,385 0,300 0,248 0,212 0,185 0,165 0,149 0,136 0,125 0,116 0,109 0,102 0,096 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 77 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE ATERRAMENTO COMPOSTOS POR ELETRODOS HORIZONTAIS Tabela 21: Resistência de aterramento de condutores horizontais enterrados RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO DE UM CABO HORIZONTAL ENTERRADO ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −= 12ln dh l l R ac π ρ RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO DE CONDUTORES ENROLADOS EM FORMA DE ANEL E ENTERRADOS HORIZONTALMENTE dh r r R aanel 2ln2π ρ = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛++−= 42 85,10656,18584,02373,0ln2 2 l h l h l h dh l l R a π ρ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛+−+= 42 12,3732,10284,4912,2ln2 4 l h l h l h dh l l R a π ρ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛−⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛+−+= 42 4,125128,28512,12851,6ln2 6 l h l h l h dh l l R a π ρ ⎥⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ −+= 21 2ln k A lk dh l l R a π ρ Onde: chR é a resistência de aterramento de um cabo enterrado horizontalmente em Ω aρ é a resistividade aparente do solo em Ω.m l é o comprimento do cabo em m d é o diâmetro do cabo em m r é o raio do círculo (m) L L L l r r Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 80 hct LLL += Cálculo dos coeficientes de malha, de superfície, de cerca e de irregularidade. Coeficiente de malha Coeficiente que introduz no cálculo, a influência da profundidade da malha, do diâmetro do condutor, do número de condutores e do espacamento entre condutores. ( ) ( )⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − +⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − + += 12 8ln 48 2 16 ln 2 1 22 Nk k d h ed he hd eK h ii m ππ Equação 22 Onde: 0 1 h hkh += é a correção de profundidade da malha e 10 =h . Quando existem hastes cravadas ao longo do perímetro ou nos cantos, 1=iik . Quando as malhas não possuírem hastes cravadas na periferia ou no cantos ( )n ii n k 2 2 1 = . cl NNN ×= Coeficiente de superfície É um coeficiente que introduz no cálculo a maior diferença de potencial entre dois pontos distintos distanciados de 1m. Relaciona todos os parâmetros da malha que induzem tensões na superficie do solo. Tais como: número de condutores, espacamento entre condutores e profundidade da malha. ( )cl NNmáximon ,= ( )⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ −+ + += −25,0111 2 11 n s eheh K π Equação 23 Coeficiente de cerca Coeficiente que introduz no cálculo o efeito produzido pelo diâmetro do condutor, a profundidade da malha, espaçamento entre condutores e a distância entre a periferia da malha e qualquer ponto fora dela. ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ⎥⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ++⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + +++ = 1 1... 3 1 2 1ln1ln 2 1 22 2222 ne x e x e x ehhd xehxhK xc ππ Equação 24 ( )cl NNmáximon ,= Coeficiente de irregularidade Coeficiente que introduz no cálculo o efeito da não uniformidade da distribuição da corrente da malha para o solo e vice-versa. A maior dispersão de corrente verifica-se na periferia da malha e principalmente nos vértices da mesma. nKi 172,0656,0 += Equação 25 Cálculo das tensões de passo, toque, malha e transferência. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 81 Tensão de malha É a diferenca de potencial a que ficará submetida uma pessoa que estando no centro de uma sub-malha, tocar com as mãos uma estrutura aterrada à malha. mmi t m IKKL E ×= ρ Equação 26 Tensão de passo na malha É a diferença de potencial entre 2 pontos no solo separados de 1m, na periferia da malha. msi t s IKKL E ×= ρ Equação 27 Tensão de toque na cerca perimetral da malha É a diferença de potencial a que ficará submetida uma pessoa que toque a cerca estando a 1m dela. mic t s IKKL E ×= ρ Equação 28 ( ) ( )xcxcc KKK −= +1 CRITÉRIOS DE SEGURANÇA Devemos ter, sempre, para a segurança das pessoas: tm EE ≤ , tc EE ≤ e ps EE ≤ Se essas condições não forem atendidas, devemos diminuir o espaçamento entre condutores ou aumentar a área da malha. Para estimar-mos o comprimento de condutor necessário, utilizamos a expressão a seguir: ( )( )s im Khc tIKK L ρ ρ ××+ ×××× > ,174,0116 CÁLCULO DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO DA MALHA ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + ++= AhAL R /201 11 20 11ρ Equação 29 CONDIÇÃO DE VALIDADE DO MÉTODO Os limites recomendados para malhas quadradas ou retangulares são: ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ > < ≤≤ ≤ me hd mh n 5,2 25,0 5,225,0 25 Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 82 ÍNDICE DE PARÂMETROS PARA O PROJETO PARÂMETRO DESCRIÇÃO PARÂMETRO DESCRIÇÃO A Área da malha em m² cism KKKK ;;; Coeficientes de malha, superfície, irregularidade e cerca ρ Resistividade do solo em h Profundidade de lançamento do cabo R Resistência de aterramento da malha d Diâmetro do cabo cl. Largura e comprimento da malha N Número de condutores eee cl ;; Espaçamentos largura e comprimento x Distância da cerca a malha de terra cl nn ; Número de condutores na largura e comprimento scm EEE ;; Tensão de malha, cerca e superfície hc LL ; Comprimento dos condutores e hastes mI Corrente de malha tL Comprimento total de condutores Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 85 10 DEFINIÇÕES CHAVES SINDOTEC Sistema de cadastramento e armazenamento de documentação técnica no âmbito da UN-RNCE. O endereço do site é: http://164.85.182.1/portal/ CONFORME CONSTRUÍDO Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 86 11 Relação dos principais sítios para consultas relativos a projetos em eletricidade ABNT http://www.abnt.org.br/home_new.asp ANSI http://www.ansi.org/ CENELEC http://www.cenelec.org/Cenelec/Homepage.htm CEPEL http://www.cepel.br/ CERTUSP http://www.iee.usp.br/ CONSOLEEx http://atmosferasexplosivas.com.br/ HEALTH & SAFETY EXECUTIVE http://www.hse.gov.uk/comah/sragtech/techmeasareaclas.htm IEC http://www.iec.ch/ IEE http://www.iee.org/ IEEE http://standards.ieee.org/ INMETRO http://www.inmetro.gov.br/ INTERNEX http://www.internex.eti.br/ IP http://www.energyinst.org.uk/index.cfm NCC http://www.ncc.org.br/br/indexbr.htm NFPA http://www.nfpa.org NORMAS ABNT http://10.4.40.143/petrobras/ NORMAS ESTRANGEIRAS http://10.4.40.114/normas/ NORMAS PETROBRAS http://nortec.engenharia.petrobras.com.br/ UCIEE http://www.uciee.org/principal/default.aspx FICHA DAS PROPRIEDADES FÍSICO QUÍMICO DOS PRODUTOS contidos no site http://www.sms.petrobras.com.br/ clicar em segurança e ficha de produtos. Projeto elétrico Francisco André de Oliveira Neto 87 12 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ABNT - NBR - 5410 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão; ABNT – NBR - 5419 - Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Rio de Janeiro, 2006 ABNT - NBR - 5597 - Eletroduto de aço-carbono e acessórios, com revestimento protetor e rosca NPT - Requisitos ABNT – NBR - 5597 - Eletroduto de aço-carbono e acessórios, com revestimento protetor e rosca NPT - Requisitos ABNT - NBR - 60815 - Relatório técnico: guia para seleção de isoladores sob condições de poluição.jun/2006 ABNT - NBR - 7397 - Produto de aço ou ferro fundido revestido de zinco por imersão a quente - Determinação da massa do revestimento por unidade de área. ABNT - NBR - 7397 - Produto de aço ou ferro fundido revestido de zinco por imersão a quente - Determinação da massa do revestimento por unidade de área. ABNT - NBR - 7399 - Produto de aço ou ferro fundido revestido de zinco por imersão a quente - Verificação da espessura do revestimento por processo não destrutivo ABNT - NBR - 7399 - Produto de aço ou ferro fundido revestido de zinco por imersão a quente - Verificação da espessura do revestimento por processo não-destrutivo ABNT NBR 11106 .Cálculo de ventilação para compartimento de baterias em plataformas marítimas de produção de petróleo. Dezembro/1989. ABNT NBR 13534- Instalações elétricas em estabelecimentos assistenciais de saúde.1995 ABNT NBR IEC 50 - Vocabulário eletrotécnico internacional - Capítulo 826: Instalações elétricas em edificações, Novembro/1997 ABNT NBR IEC 60079-0 - Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas - Requisitos Gerais. Janeiro/2007 ABNT NBR IEC 60079-1 Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas - Parte 1: Invólucros à prova de explosão "d". Outubro/2006 ABNT NBR IEC 60079-10 Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas parte 10: classificação de áreas. Setembro/2006 ABNT NBR IEC 60079-13 Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas - Parte 13: Construção e utilização de ambientes ou edificações protegidas por pressurização. Abril/2007 ABNT NBR IEC 60079-14 - Equipamentos elétricos para atmosferas explosivas - Instalações elétricas em atmosferas explosivas. Janeiro/2007
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