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Desenvolvimento de uma Ferramenta para Projecto de Quadros

1. 52 Arm rios e Barramentos em poste Permitem uma temperatura de opera o at 70 C picos de temperatura at 150 C Estas caixas s o tamb m resistentes corros o Figura 4 1 Caixas Modulares de Poli ster 3 De referir que as suas aplica es s o variadas podendo encontrar se na ind stria es taleiros navais destilarias refinarias fundi es e petroqu micas entre outras Apesar de tudo a solu o n o muito usada devido ao seu elevado custo e pequena flexibilidade de instala o Sendo que s o tal como no nome transparece pr prias para solu es mo dulares A sua utiliza o pr pria para aparelhos de instrumenta o at mesmo em instala es n o industriais Fabricam se tamb m em poli ster aquilo que se designa como os arm rios murais Neste caso existem dois tipos os ARIA e os PolySafe ambos homologados segunda as normas internacionais 15 16 17 Estes quadros t m v rios tamanhos pelo que a sua utiliza o variada Come ando por analisar os da s rie ARIA estes arm rios s o fabricados em poli ster refor ado com fibra de vidro Estes arm rios s o classe IT de isolamento tendo um ndice de protec o de IP66 O n vel de protec o contra for as mec nicas externas de IK10 Permitem uma temperatura de opera o at 70 C picos de temperatura at 150 C Os PolySafe t m caracter sticas muito similares aos ARIA variando apenas o ndice de prote
2. o esta disserta o cont m mais cinco cap tulos No cap tulo 2 analisam se generalidades condicionantes e normas que regem a cons tru o de quadros el ctricos de baixa tens o Faz se ainda uma an lise dos ndices de protec o e das classes das instala es el ctricas enquadrando este estudo com a con cep o dos quadros el ctricos feita tamb m uma an lise de normas de refer ncia No cap tulo 3 feita uma an lise sobre trabalhos j realizados na rea tentando ilus trar quais os precedentes ao estudo efectuado durante este projecto mais especificamente quanto aos m todos de c lculo No cap tulo 4 tenta se fazer um resumo em forma de descri o que explicite todas as solu es existentes na GE de arm rios barramentos e respectivos suportes Fazendo uma an lise das suas aplica es e formas de montagem tentando enquadrar essas parti cularidades nos objectivos desta disserta o No cap tulo 5 apresenta se a ferramenta software desenvolvida a qual permite o c lculo de for as electrodin micas e esfor os nos suportes dos barramentos permitindo um dimensionamento do espa amento entre estes suportes apresentado tamb m um caso pr tico analisado luz das considera es definidas nesta disserta o No cap tulo 6 apresentada uma conclus o s ntese do trabalho sendo tamb m feita uma refer ncia perspectiva de trabalhos futuros Introdu o Cap tulo 2 Quadros El ctr
3. uma multinacional americana fundada por Thomas Edison em 1879 quando inventou a primeira l mpada de filamento Desde ent o a General Elec tric transformou se num poderoso Grupo Industrial e Financeiro com mais de 300 000 colaboradores espalhados por todo o mundo A General Electric Consumer amp Industrial tem mais de 110 000 produtos contando com mais de 25 Centros Fabris em 12 pa ses A F brica da General Electric Consumer amp Industrial em Portugal situa se em Vila Nova de Gaia A Power Protection uma divis o da GE Consumer Industrial e um dos neg cios basilares da GE a divis o respons vel pela distribui o de equipamentos de baixa tens o que incluem mecanismos equipamento modular e industrial automatismos e controlo quadros e arm rios assim como solu es de engenharia para a automatiza o de processos industriais Sendo que esta disserta o se prende com a realiza ao de um trabalho sobre projectos de quadros el ctricos de baixa tens o Passa pela integra o das solu es de baixa tens o quadros e arm rios com a instala o e dimensionamento dos barramentos e respectivos suportes 2 Introdu o Este projecto foi realizado em comunica o com as v rias divis es da GE desde o nicio produ o at ao cliente final Isto porque um projecto que tem implica es e condicionantes que v o desde o processo produtivo at s pr prias necessidades das instala es el ctri
4. ME OL 021 OL 001 01 08 os um o Jg o II co os o o O A eass or os ok 050 co ca ous ars 91623 Esozi teceaa 293101 o0zs2 05294 ose 2589 Gzget e809 DULL cessa S290 ostr UZEL 0USZLIE 222801 egs crase DOD0zE 29998 os 22801 oleg OEZ 22602 sele 2399 9321 18492 12239 6399S EL 2902 WS Ste oz UZEL eee Hee 88 066 092 26l 02 eI919U OJUQUIOJA 9 9JUDISISIY OJUDUIOJA OP SOLOJEA T E PIOQRL ozto 1290 0 0EEC 0 amoo 600 0 eleo o 2900 0 D3z0 0 9g00 0 8020 0 stooo eetoo o 8 00 0 olog o YOL 0LZ9 oge s 0497 0091 Der 8490 1990 teg o eee 002 0 ggero reo o easo o 99 e e802 2 9992 gecel 0 008 oost oost 8 029 sale vete 0 002 gee san O S o st in micos 0002 ore 002 0091 01091 0049 0029 00E osz ooz 0043 002 osez 0045 Dom DUL 0002 0019 DUST 003 0022 Zo oz 0L 5 oz 0085 DUST ooze 0081 00Z3 006 0092 000z 0005 osse 0082 004 DUES 000 ta 088l 68 3 666 DL 5 00L Foose ooe oosz osn cons ooe onez ost Tm onc oocz om os ox om om A e R Foose we oooz oou foose 00 onzz oszi oose Joose oo com ou os oe a fees em IC Esfor os Electrod Curto Circuitos o o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 200000000000 TT ooroo o1qoD wo soyuouTeIIeg Z E UPqeL 46 3 2 Esfor os Electrodin micos 47 3 2 2 M todos dos Elementos Finitos Este m todo tem como prop sito reduzir a determina o
5. No entanto a formula o do c lculo dos esfor os ser feita aqui Assim como a demons tra o de quais os valores das for as existentes nos apoios Atrav s do valor eficaz de Le poss vel obter as correntes por fase equa o 3 36 que resultam nos valores de for as electrodin micas entre fases Figura 3 9 For as por Fase Os esfor os electrodin micos entre as fases s o os seguintes Foot Fea Talt t Frelt o I t IBU 3 40 Fac t a La t R Ie t O valor de uo corresponde permeabilidade do vazio e as equa es seguintes represen tam os valores de for as electrodin micas em cada fase Falt Falt F Faclt Fut Fav t Foe t 3 41 Felt Falt Fealt Pode se dizer que o maior valor de for a electrodin mica aparece sempre na fase b 38 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos Sendo que d representa a dist ncia entre as barras ou entre fases No caso das fases serem compostas por mais do que uma barra a dist ncia d compreendida entre os centros dos conjuntos de barras Segundo a bibliografia pesquisada a f rmula que permite obter a for a electrodin mica m xima apresentada na equa o 3 42 quando as barras s o percorridas pela mesma corrente 2 Sendo que a altera o vis vel da equa o 3 39 considerar J Ip altera o essa que se deve considera o de as correntes que precorrem as diferentes fases serem sim tricas corrente de
6. com a evolu o da electr nica em especial da capacidade de computa o estes problemas de resolu o de sistemas complexos foi sendo resolvido Actualmente a grande ind stria por exemplo autom vel aeroespacial qu mica farmac utica e de petr leo usam este tipo de tecnologia baseada em mec nica computacional para simularem sistemas de grande complexidade 31 O m todo dos elementos finitos baseado na ideia que poss vel dividir todo o tipo de sistemas em v rias partes f sicas consequentemente a solu o ser tamb m representada por v rias partes As partes f sicas podem ser a geometria a cinem tica o material e as condi es de fronteira sendo estas as permissas para cada problema Este m todo pode ser dividido em tr s grandes premissas 31 1 o sistema pode ser constitu do por v rias formas geom trias simples chamadas de elementos finitos 2 por cada elemento finito as vari veis desconhecidas podem ser aproximadas por combina es lineares de polin mios alg bricos por par metros indeterminados e por rela es alg bricas Sendo os par metros indeterminados uma representa o das vari veis desconhecidas em determinados pontos da geometria chamados de n s do elemento 48 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos 3 todas as rela es alg bricas s o feitas de acordo com considera es de continuidade e de equil brio Figura 3 18 Exemplo de uma malha utilizando
7. necess rio tomar em considera o diversos factores Tenta se focar alguns dos pontos principais a ter em conta Um dos factores de maior preponder ncia a poss vel expans o das instala es el ctricas pelo que se deve prever uma correcta constitui o de reservas idealmente representando 30 de margem para amplia o da instala o futura Uma das caracter sticas mais importantes na concep o de um quadro el ctrico ga rantir em todas as situa es a instala o de um aparelho de corte de entrada Todos os quadros exigem a instala o de repartidores de energia O outro factor que influencia grandemente o dimensionamento geral dos quadros el ctricos a sua localiza o na instala o visto que esta condiciona a escolha do inv lucro Na realidade os ndices de protec o do inv lucro TP ndice de Protec o contra a Pe netra o de s lidos ou l quidos IK ndice de Protec o contra choques mec nicos s o dependentes das caracter sticas do local da instala o Por isso necess rio fazer escolhas criteriosas quanto localiza o dos quadros el ctricos de forma a optimizar a instala o a todos os n veis t cnicos e de custo A constru o de instala es de manobra e quadros de distribui o est na sua grande parte subordinada aos requisitos impostos por quest es locais Estes requisitos ser o em muito maior n mero se o equipamento estiver junto ao cen tro de consumo
8. o da for a de forma uniforme ao longo da barra equa o 5 2 l F 0 2 15 5 5 1 F l Mm x e F Mm s 8 5 2 poss vel igualando a componente da for a das equa es obter a grandeza a alcan ar que a da dist ncia entre suportes l Mm x 8 9 2 2 m z 5 3 0 P d l Mm x 8 A p m o 1 5 4 0 2 2 Mm x 40d Pe gt 5 5 70 Ferramenta para Quadristas nicio do C lculo 13 Janela 1 Implica o fornecimento por parte do utilizador de corrente nominal presente no quadro 2 Escolha do n mero de barramentos por fase e da sec o dos barramentos a utilizar Is 8 Projecto n o Vi vel Retorna ao nicio do Processo de C lculo s o dadas algumas sugest es para alterar o mesmo n barramento x Sec o escolhida mm 23 Janela 1 Valor da corrente de curto circuito cc dado pelo utilizador 2 Valor da dist ncia entre fases dado pelo utilizador 3 Janela 1 Valores das medidas referentes s ranhuras dos verifica o da viabilidade do projecto atrav s da compara o suportes a e b em mm entre a resist ncia do material fornecida pelo utilizador e a 2 Possibilidade de introdu o do valor da resist ncia minima que este ter que ter resist ncia m xima do material que comp em o suporte N mm2 3 Verificac o a viabilidade do Projecto 4 Janela 1 Apresenta o do relat rio final com todos os res
9. o das partes condutoras acess veis a um condutor de protec o ligado terra e que fa a parte das canaliza es fixas por forma a que as partes condutoras acess veis n o possam tornar se perigosas em caso de defeito do isolamento principal e Classe II Equipamento em que a protec o contra os choques el ctricos n o garantida apenas pelo isolamento principal Para os equipamentos da classe II s o previstas medidas complementares de seguran a tais como o duplo isolamento ou o isolamento refor ado Estas medidas n o incluem meios de liga o terra de protec o e n o dependem das condi es de instala o Classe III Equipamento em que a protec o contra os choques el ctricos ga rantida por meio de uma alimenta o tens o reduzida de seguran a TRS ou tens o reduzida de protec o TRP 2 1 Generalidades sobre Quadros El ctricos 7 2 1 2 Requisitos Os requisitos que regem estes equipamentos s o legislados e normalizados Vai se tentar enquadrar o projecto de acordo com as normas portuguesas Os requisitos a que estes equipamentos obedecem referem se tamb m aos seus aspec tos gerais de dimensionamento que implicam regras que ter o que ser respeitadas na sua concep o e projecto Mas quando se fala de requisitos para estes equipamentos fala se nomeadamente de e Protec o das Instala es e Protec o de Pessoas Nos diferentes tipos de protec o das ins
10. Os inv lucros s o umas das partes constituintes dos quadros el ctricos e t m como principal fun o a protec o dos utilizadores das instala es onde estar o instalados assim como dos equipamentos constituintes do quadro em quest o O inv lucro tem por miss o proteger os utilizadores contra choques el ctricos e proteger os equipamentos contra os riscos devidos envolvente 19 16 Quadros El ctricos de Baixa Tens o E L i Figura 2 4 Arm rios Murais 3 2 2 1 Normas Aplic veis Grande parte das condicionantes aplicac o de inv lucros encontram se fixadas no R T LE B T 12 pelo que se extraem aqui alguns artigos relevantes do mesmo Artigo 413 2 2 Parte 4 Secc o 41 Com o equipamento el ctrico em funci onamento todas as partes condutoras que estejam apenas separadas das partes activas por um isolamento principal devem ser colocadas no interior de um inv lucro isolante que possua um c digo IP n o inferior a IP2X Artigo 413 2 3 Parte 4 Sec o 41 O inv lucro isolante deve ser capaz de suportar as solicita es mec nicas el ctricas e t rmicas suscept veis de se produzirem Artigo 413 2 6 Parte 4 Sec o 41 Quando o inv lucro tiver portas ou tampas que possam ser abertas sem a ajuda de uma ferramenta ou de uma chave todas as partes condutoras que ficarem acess veis quando a porta ou a tampa estiverem abertas devem ser Figura 2 5 Arm rio de Solo 3
11. animais e dos bens contra os perigos e danos que podem resultar da utiliza o de instala es el ctricas existem os seguintes tipos de protec o consoante o tipo de riscos existentes 12 e Protec o contra os choques el ctricos 1 Protec o contra contactos directos 2 Protec o contra contactos indirectos Protec o contra os efeitos t rmicos Protec o contra sobreintensidades Protec o contra as correntes de defeito Protec o contra as sobretens es A escolha do tipo de construc o para uma instala o de manobra orientada principalmente pela classe de protec o requerida relativamente protec o contra contactos directos e contra a entrada de corpos estranhos As consi dera es referentes manuten o de rotina e f cil utiliza o podem tamb m constituir factor de decis o no tipo de construc o O adjudicat rio respons vel pela montagem do equipamento dever verificar se a construc o escolhida satisfaz s exig ncias de seguran a para o local previsto 2 Referem se assim devido sua import ncia na seguran a dos utilizadores e na defini o dos quadros el ctricos os choques el ctricos defeito este que pode causar electrocuss o e que ocorre quando o corpo humano entra em contacto com superf cies condutoras a potenciais diferentes 13 Existem ent o dois tipos de contactos j antes referidos que provocam a electrocuss o o contacto d
12. e base tamb m fabricado com chapa galvanizada n o pintada no painel posterior e KIT de acoplamento Neste caso os ndices de protec o dependem de os arm rios serem e sem porta IP40 IKOT Sistema de barramentos pr fabricado com sec es vari veis consoante a corrente corrente nominal de 63 a 400 A e com um poder de corte j definido 4 1 Arm rios e Inv lucros existentes 55 Figura 4 5 Arm rios Modula 630K 3 e com porta opaca IP41 IK08 e com porta transparente IP41 IK07 Al m do sector industrial este tipo de solu o tamb m recomendado para instala es do sector terci rio Modula Plus Este um arm rio destinado distribui o el ctrica de baixa tens o tamb m no sector industrial e terci rio tal como o anterior concebido para ser um arm rio em forma de KIT para ser montado equipado e electrificado por quadristas e instaladores O arm rio encontra se em conformidade com as normas 15 16 17 um arm rio de distribui o que capaz de suportar a instala o de disjuntores abertos de 400 at 4000 A e interruptores de corte em carga at 2500 A A estrutura do arm rio em chapa de a o com os seguintes ndices de protec o e sem porta IP30 e com porta opaca IP50 Na realidade este o nico arm rio em que o dimensionamento dos suportes e c lculo do distanciamento entre eles pass vel de se realizar Em todos os restantes arm rio
13. e sem porta IP30 IK10 e com porta opaca IP54 IK10 Das suas caracter sticas destaca se o valor de resist ncia din mica contra curto circuitos ipkm r 110kA No caso do sistema ser mural este ter uma limita o de opera o aos 400 A de corrente nominal 4 2 Barramentos 57 Figura 4 7 Sistema VP Arm rios de solo e murais 3 4 2 Barramentos Para o tipo de instalac o aqui estudado prev se apenas o uso de barramentos de cobre e n o de alum nio for equal conductivity aluminium is lighter than copper and while this is an advantage in some aplications it is not usually important in indoor types of switchgear up to 33 kV Here weight is not a decisive factor so much as bulk particulary in metal clad or other enclosed types and as aluminium conductors must have about 60 greater sectional area than copper for the same current rating the latter material is often preferred 32 Sendo a utiliza o do cobre uma solu o que corresponde realidade do mercado Neste caso come a se por explorar as solu es de repartidores Ent o e como j foi referido anteriormente estes sistemas de barramentos pr fabricados estar o preparados para funcionarem desde os 63 A aos 400 A Existem os repartidores para suporte em calha DIN e corrente nominal de 63 A Barras de Cu 6 5x9 mm 3 e corrente nominal de 80 A Barras de Cu 10 x 6 L 80 mm dimensionada para 21kA pico e corrente nom
14. gt 3 47 3 2 Esfor os Electrodin micos 41 Figura 3 13 Esfor o de Flex o For a Aplicada uniformemente pelo Barramento Sendo que o momento de flex o m ximo Mm x ga 3 48 y ely ol NI No in cio necess rio no entanto saber qual a barra barramento que se utilizar Para isso necess rio saber qual a corrente prevista no quadro e a prevista evoluc o para a instala o Ke poss vel calcular a corrente de servico Iservico prever para o referido quadro Iservico Ke E I A 3 49 Esta corrente permite obter atrav s de tabelas pr prias para o efeito quais os valores das sec es dos barramentos a utilizar por compara o com as correntes m ximas admiss veis nestes 29 Estes valores encontram se normalizados 11 A tabela 3 2 explicita tais valores Feita esta escolha ser ent o poss vel numa fase posterior calcular os esfor os nos apoios que sustentam os barramentos tornando se poss vel determinar quais os distanci amentos entre apoios Os barramentos t m um momento resistente m nimo necess rio para que o trabalho de flex o se efectue com seguran a e que obtido pela equa o w gt 3 50 Neste caso o o depende do material de qual feito o barramento e Cobre o 1000 a 1200 kg mm 42 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos e Alum nio gt o 400 a 600 kg mm Para que a barra resista ao curto circuito o seu m dulo de flex
15. o elementos girantes considerando uma for a electromotriz directa e sim trica com uma matriz de imped ncias com acoplamento c clico entre fases em que s o utilizados os elementos das diagonais principais das matrizes de imped ncias nodais Sendo a rede equivalente a um gerador pode se dizer ent o que estas componentes s o como apresentadas em seguida 3 1 Curto Circuitos 29 Va v9 Z4 0 0 Lj Va Za ly Ve l 0 l 10 Z olx l Z L 3 13 Vo 0 0 0 Zo Lo L0 Lo Conhecendo ent o as condicionantes anteriores o c lculo dos diversos tipos de curto circuitos assim tricos ser explicitado nos pontos seguintes desta secc o 3 1 2 1 Curto Circuito Fase Fase No caso do curto circuito fase fase sabe se que n o existe neutro falta de contacto terra pelo que se pode concluir que a componente homopolar zero Sendo este um dos pressupostos para a determinac o da express o que permite calcular este tipo de curto circuito Supondo o sistema apresentado na figura 3 2 percebe se que aparece apenas nas fases de defeito existindo apenas circulac o de corrente nessas fases Trif sica Figura 3 2 Curto Circuito Fase Fase Antes da formulac o final ao problema necess rio antes perceber alguns c lculos iniciais e auxiliares que permitem simplificar e resolver o problema Para come ar a matriz de Fortescue ser representada por 7 de forma tamb m a que a formula o matem tica se torne mais per
16. o permite ilustrar visualmente quais os interfaces da ferramenta software com o utilizador Nessa perspectiva a primeira janela de contacto com o utilizador aquando da abertura da ferramenta apresentada na figura 5 3 Nesta janela podem se ver tr s bot es 5 1 Software Desenvolvido 73 Figura 5 3 Menu que Inicia a Ferramenta Desenvolvida O primeiro bot o permite o nicio do software lancando o processo de c lculo propria mente dito No caso de se pressionar este bot o ser lancado imediatamente o formul rio seguinte O segundo bot o referente a uma ajuda para que o utilizador entenda o processo que rege o programa premindo esse bot o aberta uma janela onde poss vel ver um diagrama vis vel na figura 5 1 onde explicitado esse funcionameno O terceiro bot o Sair referente possibilidade de terminar o programa Em caso de sa da do programa sem ter iniciado o processo de c lculo existe a possibilidade de o iniciar de novo atrav s de um bot o presente na primeira folha vis vel do ficheiro de excel isto para n o ser necess rio fechar e voltar a abrir o arquivo de Excel Dando nicio ao processo e tendo j premido o bot o de nicio do c lculo a janela de interacc o com o utilizador inicial a apresentada na figura 5 4 Nesta janela e como se pode ver ent o requerido ao utilizador a inserc o do valor da corrente de servi o do quadro essa escolha e o pressionar do b
17. parques fotovoltaicos ilumina o p blica linhas ferrovi rias metro etc Ambas as solu es pressup em a utiliza o de repartidores Sendo assim n o se aplicar o c lculo dos esfor os a esta solu o de arm rio Estas solu es podem ser usadas em caso de instala es de classe II e com correntes de servi o n o superiores a 400 A Para que se entenda o que um repartidor estes encontram se explicitados na figura 4 4 As solu es anteriores s o referentes todas a arm rios fabricados em poli ster tor nando a instala o automaticamente numa de classe IT e eram tamb m arm rios para instala es com valores de corrente nominal n o superior a 400 A No entanto em muitas das reas do sector industrial os arm rios existentes ter o que suportar correntes mais elevadas de opera o Assim apresentam se as solu es que aparecem de seguida A estas solu es dado o nome de sistemas de arm rios onde existem os seguintes e Modula 630K met lico e Modula Plus met lico e VP poli ster Modula 630K Este um arm rio fornecido em forma de KIT met lico com capacidade para operar a uma corrente nominal m xima de 630 A certificado pelas normas 15 16 17 Possui uma capacidade para suportar uma corrente de pico de curto circuito ipkm r 60KA Estes arm rios s o fabricados em chapa de aco revestida com pintura poxy nas portas pain is laterais tecto tampas superior e inferior
18. ximas o valor da constante c 1 0 quer a ocorr ncia do curto circuito seja pr xima ou afastada dos geradores e curto circuito trif sico sim trico c U iri f sico RPA 3 31 Za e curto circuito fase fase cc C Uyn __ 3 32 fase fase ER Zi e curto circuito fase terra ce a 3 33 Zfase terra ER EN Z E Zol e curto circuito fase fase terra v3 0 Un ER ee Za 3 34 Za Zo Zo A 2 3 1 4 Corrente de Curto Circuito para a determina o dos Esfor os O c lculo do CC necess rio para o dimensionamento dos equipamentos da rede No entanto os curto circuitos t m um per odo transit rio outro sub transit rio at chegar sua fase permanente Assim poss vel fazer uma an lise temporal evolu o do CC E a partir dessa an lise mais minuciosa que se determinar por fase o instante de ocorr ncia do valor de maior esfor o electrodin mico Os esfor os electrodin micos ser o calculados tendo em conta a corrente de pico do defeito Mas uma forma de individualizar por fase os valores das correntes ser apre sentada em seguida Pode se modelizar este defeito considerando que a rede el ctrica constitu da por uma fonte de energia em corrente alternada AC de valor constante Pode se utilizar o circuito da figura 3 5 onde a imped ncia a jusante Ze est precedida por um interruptor e uma carga de imped ncia Zm Assim Zm o equivalente da rede global que se
19. 5 mm de espessura com um comprimento de 1650 mm Todos os barramentos s o fabricados de forma a terem suportes nas extremidades O barramento vertical pode ser instalado numa cela lateral esquerda ou direita integrada num arm rio com 900 mm de largura ou ent o numa cela lateral acopl vel O barramento horizontal pode ser instalado a qualquer altura na estrutura do arm rio ocupando 250 mm at barras de sec o 125 x 5 mm ou 300 mm para barras de sec o 160 x 5 mm Para as diversas correntes nominais pode se ver os barramentos fabricados pela GE na tabela 4 3 Pode se instalar at 2140 A em arm rios com 500mm de profundidade m ximo de 2 barramentos por fase e 4000 A em arm rios com 700 mm de profundidade at 4 barras por fase De ressalvar que neste caso os suportes para o barramento horizontal e vertical s o os mesmos Para este arm rio e para estas correntes o suporte universal assim como os barramentos e as formas de montagem O suporte utilizado fabricado em poli ster refor ado a fibra de vidro e tem as caracter sticas construtivas presentes na figura 4 13 63 4 2 Barramentos SN empoj ole ou opez pesioatu aytodns 7 y ems 64 Arm rios e Barramentos Claro que prender este projecto a solu es da GE tornava se muito limitativo E visto que a definic o e forma do c lculo se aplica a todos os instaladores tornou se a ferramenta desenvolvida abrangente no sentido em que ela se aplica
20. Circuito Fase Terra 3 1 2 3 Curto Circuito Fase Fase TerTa 3 1 3 Compila o de f rmulas para a determina o da lee 3 1 4 Corrente de Curto Circuito para a determina o dos Esfor os 3 2 Esfor os Electrodin micos e 3 2 1 Aspectos Gerais de Dimensionamento 3 2 2 M todos dos Elementos Finitos 3 3 Conclus o hist E 4 94 EA a RAD A as 4 Arm rios e Barramentos 4 1 Arm rios e Inv lucros existentes ee 4 2 BarramentosS ssa sue a ana a has E a a GS ew 43 Conclus o s s s mac po AME eb ER A ee Be a 23 23 24 24 27 29 30 31 32 33 36 37 47 50 CONTE DO 5 Ferramenta para Quadristas 5 1 Software Desenvolvido e 5 1 1 Interface com o Utilizador 008 5 2 Aplica o da Ferramenta ee 5 2 1 Utilizando os pressupostos de dimensionamento daGE 5 2 2 Utilizando os pressupostos de dimensionamento propostos 5 3 Conclus o 6 S ntese e Conclus es 6 1 S ntese 6 2 Trabalhos Futuros Refer ncias 67 67 72 77 79 80 83 83 85 88 Lista de Figuras 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 3 16 3 17 3 18 3 19 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 8 4 9 Contacto Directo Tl tesa do SE E de big shee ete 9 Contacto
21. Esfor os Electrodin micos Figura 3 19 Exemplos da utiliza o do m todo dos elementos finitos 7 8 9 se optou por n o incluir esta an lise de forma concreta nesta disserta o N o tendo sido tamb m encontrada nenhuma refer ncia aplica o desta tecnologia optimiza o construtiva para estes equipamentos 3 3 Conclus o Este cap tulo contribuiu para o entendimento do autor acerca das considera es t cnicas na determina o tanto de curto circuitos como de esfor os O estudo efectuado permite tamb m um maior enriquecimento te rico a toda a es trutura deste projecto j que foi poss vel esmiu ar as formas de c lculo necess rias realiza o das componentes pr ticas O conhecimento das v rias formas de c lculo induziu a uma melhor defini o do pro cesso utilizado na ferramenta analisado em maior detalhe no cap tulo 5 Foi tamb m importante adquirir o entendimento que se focaram v rias reas da enge nharia com especial foco na electrot cnica estudo das correntes e seus efeitos no material e mec nica estudo dos esfor os e efeitos nos suportes Cap tulo 4 Arm rios e Barramentos Ap s uma an lise das possibilidades te ricas do projecto abordar se neste cap tulo a sua implementa o t cnica direccionada para solu es utilizadas pela General Electric Antes demais ser necess rio apresentar as solu es utilizadas na empresa quanto ao tipo de arm rios industria
22. a qualquer secc o de barramentos e a qualquer tipo de instalac o Portanto no caso de o quadrista fabricar os seus pr prios arm rios e os seus pr prios suportes porque t m essa capacidade produtiva pode utilizar a ferramenta de forma a optimizar a sua constru o O suporte de barramentos da GE j pr determinado de f brica com uma dist ncia entre fases j definida e material construtivo com um momento resistente j conhecido poss vel utilizando a ferramenta desenvolvida neste projecto e que se apresenta nos cap tulos seguintes a inser o dos par metros desejados aplicando os a cada solu o fa bricada Existe no entanto um factor que comum a todos existe na realidade a possibilidade de montar barramentos pintados nos quadros el ctricos E apesar de esta ter sido durante muitos anos uma solu o usada visto que para uma sec o inferior se permitiam correntes de servi o elevadas hoje esta uma solu o construtiva que n o se usa Por experi ncia chegou se conclus o que a utiliza o de barramentos pintados era muito onerosa devido a e custo elevado de manuten o pintura peri dica dos barramentos e jun es e custo de instala o ap s a instala o necess rio fazer rectifica es minuciosas m o aos barramentos e jun es Estas necessidades consumiam uma quantidade de tempo e recursos que hoje n o se acredita ser rent vel Por isso na realidade assim como n
23. alguns par metros da rede facto que n o se verifica muitas vezes no instalador ou quadrista A utiliza o deste factor k depreende que nas redes com ramifica es a rela o E igual em todos os ramos No caso te rico de R 0 ou seja no caso da resist ncia do percurso de curto circuito ser nula o factor da equa o anterior k pode atingir o valor 2 Como na presente disserta o o tema referente a quadros el ctricos de baixa tens o sabe se que k nunca excede o valor de 1 8 2 Portanto para o c lculo desta corrente de pico e por uma quest o de seguran a considerar se sempre e para o c lculo do distanciamento entre suportes k 1 8 22 36 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos Figura 3 7 Varia o de K em fun o de R X CEI60909 5 4 3 2 Esfor os Electrodin micos Como j foi referido os esfor os electrodin micos s o uma das manifesta es dos curto circuitos nos barramentos dos quadros el ctricos Al m da temperatura estes esfor os po dem causar danos irrepar veis nos equipamentos A selec o adequada dos equipamentos a utilizar torna se assim fundamental Esta escolha interfere com par metros como a protec o dos equipamentos visto que uma adequada escolha de sec o consoante a corrente de servi o e suporte s o funda mentais para evitar defeitos de opera o Assim e antes de efectivar quais as formas de c lculo para
24. componente refe rente circula o de corrente para o neutro O valor da imped ncia homopolar depende da liga o que existe nos transformadores com isto quer se dizer que caso a liga o seja estrela tri ngulo ou estrela estrela etc pode ou n o existir a circula o da corrente ho mopolar O valor da imped ncia homopolar ter que ser fornecido Pelo que poss vel neste caso estabelecer as rela es que nos permitem caracterizar cada fase do sistema Ent o sabe se que Ir 1 1 1 La le lala Llei G 3 11 Ir a aq 1 Lo E que o mesmo se passa com a tens o Ve ple col Va Ve pe a 1 gt V 3 12 Vr a a 1 Vo y N o O valor de a nos sistemas anteriores a e De ambas as equa es anteriores de referir que a matriz que relaciona as fases com as suas componente directa inversa e homopolar a denominada matriz de Fortescue Estas equa es permitem obter rela es de forma bilateral ou seja se contrariamente ao apresentado anteriormente se queira obter as componentes Jy I e Io basta utilizar os sistemas anteriores mas fazendo a inversa da matriz de Fortescue Portanto a ideia aplicar a cada um dos circuitos tanto ao directo inverso e homo polar o teorema de Th venin Para cada uma das componentes do circuito o equivalente de Th venin visto de um n do sistema composto pela tens o em circuito aberto em s rie com a imped ncia equivalente Os geradores s
25. conhecimento adquirido assim como a ferramenta desenvolvida permitiram tamb m uma simplica o de um processo que era muitas vezes manual e baseado em bacos de c lculo j antigos Iniciou se ent o o processo de c lculo pelos curto circuitos que s o na realidade fen menos transit rios tendo se tornado por isso necess rio determinar qual o valor da corrente m xima ou corrente de pico Sabe se que esse valor que leva ao aparecimento do valor m ximo dos esfor os electrodin micos nos barramentos provocando um esfor o em forma de momento de flex o nos barramentos Atrav s da corrente nominal presente no qua dro feita a escolha de um determinado tipo de barramento o qual ter que resistir a este momento de flex o sem que ocorra deforma o inel stica Este momento de flex o leva ao aparecimento de um esfor o nos suportes que prendem os barramentos aos qua dros el ctricos Usando o valor desta for a aplicada aos suportes na ocorr ncia de um defeito curto circuito consegue se no limite saber se a produ o e o fabrico dos suportes respondem s necessidades das solicita es Atrav s da dist ncia entre barramentos ou fases e da dist ncia entre suportes previne se fisicamente e na pr tica os efeitos das for as electrodin micas Ent o o estudo realizado permite uma optimiza o quanto coloca o dos suportes nos quadros el ctricos tanto para a General Electric como para quadristas e instaladores qu
26. curto circuito m xima corrente de curto circuito sim trica A componente 1 correspondente corrente de pico do curto circuito Esta for mula o uma simplifica o de c lculo ao m todo anterior mas tamb m a que leva a um dimensionamento no limite m ximo de ocorr ncia de um defeito Ho 2 Fe Bl 3 42 P 0 0 P Esta for a pode tomar a forma num rica simplificada representada na equa o 3 43 2 gd Fe 0 2 L q 3 43 Nos barramentos as manifesta es dos esfor os electrodin micos materializam se em for as exteriores neles aplicadas Quando se submete um corpo a uma for a exterior o esfor o definido como a soma das for as interiores capazes de resistir a esta solicita o Se puede definir el esfuerzo como el valor total de las fuerzas interiores que resisten el cambio de forma de un cuerpo cuando est sometido a fuerzas ex teriores 26 Um esfor o uma varia o a n vel molecular das dist ncias entre os pontos desse corpo Portanto quando se produz um esfor o e este provoca deforma o produz se trabalho 27 Existem nesta perspectiva v rios tipos de esfor os Esfor os de Trac o Esfor os de Compress o Esfor os de Ruptura Esfor os de Flex o Para a an lise dos barramentos em quadros el ctricos todo o tipo de esfor os tem influ ncia nos barramentos mas especialmente para o c lculo do distanciamento entre apoios est se a re
27. da Ferramenta Para um teste aplica o da ferramenta e do processo de c lculo optou se por fazer esse teste solu o da GE visto que seria o nico caso em que seria poss vel obter a informa o necess ria por parte da sec o produtiva de uma empresa produtora destes equipamentos Assim foram requeridos os dados pressupostos que levaram ao dimensi onamento do suporte estudado e j referido 5 2 1 Utilizando os pressupostos de dimensionamento da GE Os pressupostos s o os que se apresentam em seguida e Valor da corrente nominal ou corrente de servi o Ig 40004 e Sec o do Barramento 4 x 160 x 5 mm e Valor eficaz da corrente de curto circuito Tee TOKA e Dist ncia entre fases no suporte d 90mm e Angulo do factor de pot ncia 78 46 e ngulo de esfazamento a 0 e Utilizando par metros da rede n o conhecidos T 65 No caso da GE mais do que os pressupostos apresentados anteriormente definida uma forma de c lculo que pressup e um curto circuito assim trico Ou seja a forma de calcular as correntes nas respectivas fases feita utilizando a equa o 3 36 sem simpli fica es e aqui reproduzida ilt V2 Ie sen wt a 4 sen a 4 e 71 5 8 Esta f rmula de corrente permite a obtenc o de valores de corrente de curto circuito por fase Sendo determinado o valor do esforco electodin mico m ximo por fase atrav s das equa es 3 40 3 41 Como j tinha s
28. da utiliza o do m todo dos elementos finitos 7 8 9 50 Caixas Modulares de Poli ster 121 52 Arm rios Murais ARIA 3 53 Arm rios Murais PolySate 3 sussa ss df Ed ria DUE dee oS 53 Repartidores 3 inn be eo ee eee A Se A E 54 Arm rios Modula 630K 3 ses ses Sad ee Sed ae oe ae eR 55 Arm rios Modula Plus Ds essi e eee ave ewe RRS ee Red oe 56 Sistema VP Arm rios de solo e murais 3 57 Suportes utilizados na gama industrial at os 630A de corrente nominal 3 58 Formas de montagem de barramentos at 630 A montados em cela e arm rio Mica da AAA RA A A ew op E 59 xi xii 4 10 4 11 4 12 4 13 5 1 5 2 5 3 5 4 5 9 5 6 5 7 5 8 5 9 LISTA DE FIGURAS Suportes para o sistema VP de arm rios 3 60 Exemplos de montagem em arm rios de sistema VP 61 Exemplo de Montagem de Barramentos no arm rio Modula Plus 3 61 Suporte Universal utilizado no arm rio Modula Plus 63 Diagrama do utilizador da Ferramenta desenvolvida 70 Ranhuras de suporte para sustenta o de barramentos 71 Menu que Inicia a Ferramenta Desenvolvida 13 1 Janela de Interface com o Utilizador a 74 2 Janela de Interface com o Utilizador o o oo a Ta 3 Janela de Interface com o Utilizador o o ooe a a To 4 Janela de Interface com o Utilizador 2 o a 00000
29. estes equipamentos poss vel verificar que o dimensionamento destes esfor os aparece directamente do electromagne tismo A idealiza o que existe uma for a dependente de correntes uma das leis b sicas da magnetoest tica A utiliza o da lei de Biot Savart ou da lei de Amp re podem levar a resultados que nos indicassem quais as for as existentes e as suas magnitudes 25 Na pr tica estamos a falar da for a que aparece entre dois fios condutores rectos e paralelos de comprimento l percorridos por duas correntes el ctricas A e I2 separados por uma dist ncia d O valor u corresponde permitividade do meio Os fios interagem entre eles com uma for a magn tica Ml Rise A P a 2 m d Fig T T 3 39 2 7 d As for as entre os fios constituem um par de ac o reac o logo podem ser de atra o ou de repuls o como se pode constatar na figura 3 8 Servindo como introduc o aos esforcos electrodin micos pode se agora fazer uma apro xima o ao problema luz deste projecto 3 2 Esfor os Electrodin micos 37 For as de Atrac o For as de Repuls o Figura 3 8 For a Magn tica 3 2 1 Aspectos Gerais de Dimensionamento Existe ent o um prop sito na determina o dos esfor os electrodin micos determi nando na pr tica quais as dist ncias entre os apoios que sustentam os barramentos Essa explora o ser feita numa fase posterior desta disserta o numa vertente mais pr tica
30. lculo Ima ginando uma rede emalhada com muitos n s de an lise a reduc o do sistema a uma imped ncia equivalente uma tarefa dif cil e complexa Assim estruturaram se outras formas de c lculo que pretendem simplificar este problema Aqui tentar se apresentar o m todo sistem tico para o c lculo das correntes de curto circuito 21 No final resultar o as express es que permitem obter as correntes de curto circuito Para an lise te rica e com car cter gen rico suponha se uma rede com nxn n s ou pontos nodais Assim para a modeliza o da forma de c lculo necess rio obter a matriz Z das imped ncias nodais equa o 3 1 Esta matriz inversa da matriz das admit ncias nodais Y Z Y 3 1 A matriz das impedancias constitu da pela imped ncia existente entre os diversos barramentos da rede a diagonal da matriz referente s imped ncias relativas terra 23 A matriz das admit ncias referida anteriormente obtida como explicitado em seguida Ya se Me ne Yin l Ya ac Me an Pa 3 2 Va a Pp sa Ey Sendo que os respectivos termos obt m se da seguinte forma 20 Prarga i Qcargali e fo l carga i carga i 1 1 Yii o er Yik FYshit JE jXe uivalente eradort X trans ormador i Ze uivalentereden i 4 i q g f i q i Rik _ Rip Xik A j k Yik RET Xik R2 X2 J R LX Das express es apresentadas anteriormente sabe se que o Ri a resist ncia da lin
31. n de defeito As varia es de tens o t m assim a sua forma de c lculo apresentada na equa o 3 5 Vr Z Lec 3 5 Por jun o das equa es 3 4 e 3 5 resulta Vec Vo Z Zee 3 6 Considera se tamb m que as correntes injectadas representadas por Tec t m apenas um elemento n o nulo e que se refere ao valor da corrente no ponto de defeito estando isso ilustrado na equa o 3 7 Hec ie Lo Conhecendo a equa o 3 7 e 3 6 sabendo que o ponto de defeito referente ao ponto k sabe se ent o que o elemento do vector de Vec referente a esse ponto pode ser 3 1 Curto Circuitos 27 FaseR FaseR FassiR Fases Fase T Fase T Fase Fases Fase T Componente Homopolar Componente Componente Directa Inversa Figura 3 1 Componentes directa indirecta e homopolar VE Vp Za 3 8 Sendo o valor de Zz a imped ncia correspondente ao n k e que coincide com a imped ncia equivalente de Th venin da rede vista desse barramento Assim e utilizando a equa o 3 8 completa se o ciclo de c lculo atrav s da equa o que se obt m a partir das condi es de p s defeito no pr prio n de defeito n k resulta a equa o Ve Zaef Lg 3 9 Como j referido Zqef representa a imped ncia de defeito que foi colocada no n defeito k Finalmente resulta a equa o de Tec por utiliza o da equa o 3 8 e da equa o 3 9 Fe
32. o W tem que ser superior ao momento resistente devido for a desenvolvida entre barramentos b b e Ni gt 70 CN Figura 3 14 Momento Resistente e Momento de In rcia um barramento por fase O c lculo do momento resistente e do momento de in rcia apresentado em seguida Por an lise da figura 3 14 podem se perceber os par metros contidos nas f rmulas de c lculo destes momentos equa o 3 51 e 3 52 respectivamente o momento resistente e momento de in rcia mel E m 3 51 b h gt mi 3 52 Sendo b x h largura e a altura respectivamente compondo assim a sec o do barra mento Mas neste caso espec fico existe a possibilidade de cada fase de barramentos ser cons titu da por mais do que um barramento E para todos esses casos espec ficos existe o c lculo individualizado dos momentos Sendo que o caso mais simples de se ter um bar ramento por fase foi o explicitado nas equa es 3 51 e 3 52 Pretende se em seguida apresentar todas as formas individuais de c lculo para os casos de cada fase ter dois tr s ou quatro barramentos por fase De notar apenas que para estas solu es se considera sempre que os barramentos s o montados paralelos uns aos outros e com a faces de maiores dimens es em paralelo Este tipo de montagem utilizada para casos de corrente de CC e de servi o elevadas Assim no caso de serem dois barramentos como consta na figura 3 15 podem se perceber os p
33. o m todo dos elementos finitos 6 Engineering design is the process of altering dimensions shapes and materials to find the best optimum configuration of the system to carry out certain specific function 31 Os elementos finitos podem ser de diferentes tamanhos e formas a sua disposi o pode ser efectuada da forma desejada e por locais de interesse O que quer dizer que poss vel dispor as formas dos elementos finitos da forma desejada por exemplo dispondo com mais densidade na regi o que se pretenda analisar com mais detalhe Estes elementos formam ent o uma estrututa de dados malhas ilustrado um exemplo na figura 3 18 pontos nodais sendo poss vel avaliar aproximadamente as grandezas de interesse nos fen menos analisados Este tipo de avalia o e defini o dos elementos finitos poder ter aplica o neste projecto para analisar os pontos nevr lgicos dos barramentos e dos quadros el ctricos permitindo uma avalia o minuciosa ao efeito que os esfor os electrodin micos ter o nas estruturas dos quadros el ctricos Aplicando este m todo a um problema espec fico podemos analisar duas situa es diferentes Caso se esteja a fazer uma an lise preliminar o sistema em an lise pode ser mais simples No caso de estar a fazer a verifica o a um sistema j desenhado e finalizado a an lise deve ser o mais exaustiva poss vel incluindo na an lise o maior n mero de par metros poss vel Portanto as
34. resist ncia deste Na segunda situa o visto que o fabricante quer saber qual a resist ncia m nima fadiga que ter que ter o material o projecto retorna sempre como vi vel at porque n o existe termo de compara o sendo dada a indica o de qual o valor da resist ncia que ter que ser cumprido na realidade esta indica o tamb m dada na primeira situa o mas apenas se o projecto segundo os par metros for vi vel As sugest es apresentadas anteriormente tamb m se aplicam a esta situa o Baseado nas informa es fornecidas pelo utilizador feito o c lculo dos espa amentos entre suportes e tamb m das for as que estar o a ser exercidas nestes O c lculo pode ser efectuado para qualquer valor de corrente de curto circuito valor eficaz e tipo de solu o de barramentos escolhida Na folha de c lculo ent o definida a corrente de pico do curto circuito equa o 3 38 e s o feitos de seguida os respectivos c lculos Para informa o do utilizador retornado atrav s dos formul rios o valor da for a electrodin mica o valor da for a real que o suporte ter que suportar o distancia mento entre suportes e a resist ncia fadiga m nima que o material do suporte ter que ter Na fase final tendo conclu do o processo sem erros ser apresentado um relat rio final do projecto contendo todas as informa es referentes ao mesmo 5 1 1 Interface com o Utilizador Esta sec
35. 0 x 10 mm com 1 metro de comprimento dimensionadas at 44kA de corrente de curto circuito de pico No sistema VP de arm rios os barramentos podem ter formas construtivas diferentes que aqui ser o apresentadas mas que por experi ncia da empresa se sabe que s o solu es que n o est o a ser implementadas Com isto est se a referir por exemplo os barramentos em forma C Sendo os barramentos com sec o rectangular as solu es de uso real e pr tico Apesar desta considera o estamos a falar de arm rios que t m possibilidade de ter correntes de servi o at 1250 A Na sua gama de barramentos existe ent o a possibilidade de montagem dos barramento na vertical consultar a tabela 4 1 ou a montagem dos barramentos na horizontal tabela 4 2 De referir que os espa amentos standard que se deve manter entre os suportes ou seja para a montagem dos barramentos est o tamb m explicitados nas tabelas referidas Tal como nos arm rios anteriores tamb m este quadro permite a montagem de barramentos na zona posterior aos aparelhos modulares que constituem o quadro el ctrico Podem se Tabela 4 1 Barramantos Verticais para o sistema VP de arm rios 3 Sec o dos Barramentos mm 2x20x5 2x30x5 2x20x10 2x30x10 Corrente Nominal A 1000 1250 Resist ncia corrente de CC de pico ka 40 53 63 110 63 110 Dist ncia entre Suporte mm 392 218 392 218 392 218 60 Arm rios e Barramen
36. 004 76 1 Gr fico da varia o da for a electrodin mica 78 Sec o de Suporte dos barramentos cc 2 0 2 ee a 79 Lista de Tabelas 2 1 2 2 2 3 2 4 3 1 3 2 4 1 4 2 4 3 Resumo das medidas de protec o contra contactos directos e indirectos 10 11 Resumo das medidas de protec o contra contactos directos 10 12 C digos de protec o contra penetra o de corpos s lidos e l quidos 10 18 C digos de protec o contra as ac es mec nicas 10 19 Valores de Momento Resistente e Momento In rcia 45 Barramentos em Cobre Electrol tico 11 46 Barramantos Verticais para o sistema VP de arm rios 3 59 Barramantos Horizontais para o sistema VP de arm rios 3 60 Sec es de Barramentos GE para arm rios Modula Plus 3 62 xiii xlv LISTA DE TABELAS Cap tulo 1 Introducao E feita aqui uma apresenta o do presente trabalho e aqui se pretende explicitar as condi es e a forma como se conduziu e estruturou o mesmo Este um cap tulo onde ser poss vel perceber qual o enquadramento do projecto quais os seus objectivos e qual foi a metodologia utilizada para os atingir 1 1 Enquadramento do Projecto O presente trabalho resulta de uma parceria efectuada entre a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto FEUP e a General Electric Power Controls Portugal GE A General Electric
37. 2 2 Inv lucros 17 Figura 2 6 Arm rio Subterr neo 3 protegidas por uma barreira isolante que tenha um c digo IP n o inferior a IP2X Esta barreira isolante destinada a impedir que as pessoas possam tocar acidentalmente nessas partes condutoras so deve poder ser retirada com a ajuda de uma ferramenta Artigo 413 2 8 Parte 4 Sec o 41 O inv lucro n o deve prejudicar as condi es de funcionamento do equipamento por ele protegido No caso dos inv lucros as normas aplic veis referem se aos seus ndices de protec o IP e IK Estes ndices de protec o s o regulados no caso do IP pela norma NP EN 60529 baseada na norma internacional IEC 60529 16 e no caso do IK pela norma EN 50102 baseada na norma international TEC 62262 17 a selec o dos elementos constituintes de uma instala o el ctrica e a sua execu o e subsequente verifica o s o dois dos quatro princ pios considerados fundamentais pelas regras t cnicas 19 Pode se portanto dizer que a selec o dos inv lucros tem que garantir a protec o dos equipamentos em que s o usados neste caso espec fico dos quadros el ctricos e t m tamb m que garantir a protec o de pessoas O c digo IPXX caracterizado por dois algarismos X relativos s influ ncias exter nas onde o equipamento ser instalado O primeiro algarismo refere se protec o contra a penetra o de corpos s lidos estranhos e varia entr
38. As solu es a adoptar devem portanto ser cuidadosamente analisadas na fase de planifica o 2 Na concep o de um quadro a protec o das massas influencia na obrigatoriedade de exist ncia de um barramento ou terminal para esse efeito T m que existir tamb m preocupa es a n vel da selectividade da instala o ou seja os circuitos existentes em cada quadro dever o ser dimensionados com pondera o neste factor Quadros El ctricos de Baixa Tens o 14 z oe5mqri3stp ap woeseyjorede a e1qoueta op soodejeysur op oedesgruerd E eMBA euodsues OB BIGIA condes seugpeg sonissaibe seseg sojueweueo Bed sepepyu3 20A SEWON BIISOA eruebiewae sepjes Brueses ap Bug CE seudwe 216 64 epepiunH SODILISIS sojegy OBSUB SIGOS esejsoumy f segwu SEpISd jengui STY eApoajes OB5OB 0Ig ext SBD ounouto 0uno ePePIIIGEIA oe isimbe ojpeupui ojusuigreduoo ap ajualoo a EEES wo L Ue109 opdueynuew H oedeoyjueid sojsno H fobo o sac neoald 0 984U09 euog webeyuoly Do emo Oesua SIBUILUOU SOJOJBA eoye1boob 0831904 oe ejoydxa SOng jeossed ap 761010 oueueuopuns jeudeo ap ISSN wedinbe ap 981014 oe mquisip ap we6eyjajede a esqouew ap seo ejejsul ap OBSeOYIUE q 2 2 Inv lucros 15 Falta perceber que em algumas instala es as exig ncias t rmicas podem ser muito elevadas Assim a ventila o dever ser tid
39. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Desenvolvimento de uma Ferramenta para Projecto de Quadros El ctricos de Baixa Tensao Carlos Gustavo Teixeira Paiva Fernandes Relat rio de Projecto submetido no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Major de Energia Orientador Prof Doutor Artur Manuel de Figueiredo Fernandes e Costa Julho de 2009 Carlos Paiva Fernandes 2009 Resumo Este documento corresponde ao relat rio de dissertac o do Desenvolvimento de uma Ferramenta para Projecto de Quadros El ctricos de Baixa Tens o no mbito do Projecto Final do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Major de Energia da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Em termos gen ricos este projecto refere se ao estudo de quadros el ctricos de baixa tens o s normas e condicionantes do seu dimensionamento e construc o Refere se tamb m aos inv lucros s classes das instala es el ctricas e aos ndices de protec o destes equipamentos tamb m um estudo sobre as correntes de curto circuito e os seus efeitos nos quadros el ctricos especificamente dos esfor os provocados pelo aparecimento das for as electro din micas decorrentes de tais situa es de defeito Essas for as provocam esfor os nos barramentos instalados nos quadros el ctricos e consequentemente nos suportes deles A optimiza o da forma produtiva do su
40. Indirecto 1 gs sce eg ee ene Or E a A Hh and 9 Planifica o de instala es de manobra e aparelhagem de distribui o 2 14 Arm rios Murais Al cs ce pie ak YS ee eR AS A ae 16 Arm rio de Solo 8 gu ans ads Ba BE dq we ee eee e 16 Arm rio Subterr neo 3 42285444440 nbs eds pe ee a a 17 Componentes directa indirecta e homopolar 27 Curto Circuito Fase Fase ooa ee 29 Curto Circuito Fase Terra ee 31 Curto Circuito Fase Fase Terra o ee 32 Esquema de uma Rede f4 pce aie poe de bg dni E A RA A 34 Varia o no tempo da corrente de curto circuito a num ponto pr ximo do alternador b num ponto afastado do alternador 2 35 Varia o de K em fun o de R X CEI60909 5 4 36 For a Magn tica a 37 For as por Fase ca ss ope memo aoe a a a CARE O a 37 Momento de Flex o o a ee ee 39 Momento de Compensa o 1 39 Esfor o de Flex o For a Aplicada no centro do Barramento 40 Esfor o de Flex o For a Aplicada uniformemente pelo Barramento 41 Momento Resistente e Momento de In rcia um barramento por fase 42 Momento Resistente e Momento de In rcia dois barramentos por fase 43 Momento Resistente e Momento de In rcia tr s barramentos por fase 43 Momento Resistente e Momento de In rcia quatro barramentos por fase 44 Exemplo de uma malha utilizando o m todo dos elementos finitos 6 48 Exemplos
41. a em conta sendo ponderada a solu o de ventila o for ada para casos em que se prevejam temperaturas de funcionamento normal elevadas Tendo referido alguns dos pressupostos de maior import ncia poss vel ver quais as concionantes planifica o de instala es de manobra e aparelhagem de distribui o analisando o diagrama da figura 2 3 2 1 3 Tipos Em virtude da diversidade de procura de quadros de manobra e distribui o para baixa tens o torna se necess rio por raz es econ micas proceder sua normaliza o limitando os a um reduzido n mero de arranjos a despeito da grande variedade de exig ncias a que o equipamento tem de satisfazer A decis o sobe o tipo a escolher depende das circunst ncias locais quanto a ins tala o e utiliza o e ainda da finalidade e rigos das especifica es el ctricas 2 Existem diversos tipos construtivos de quadros el ctricos 18 destacando se os seguin tes Quadro Aberto Quadro de Pain is Quadro de Arm rio Quadro de Caixas No entanto visto que este projecto se centra primordialmente em instala es el ctricas industriais adquirem especial import ncia os quadros de arm rio Estes podem ainda ser dos seguintes tipos e Arm rios Murais representados visualmente na Figura 2 4 e Arm rios de Solo representados visualmente na Figura 2 5 e Arm rios Subterr neos representados visualmente na Figura 2 6 2 2 Inv lucros
42. adros El ctricos de Baixa Tens o Cap tulo 3 Curto Circuitos e Esforcos Electrodin micos 3 1 Curto Circuitos Os curto circuitos s o os defeitos que mais frequentemente ocorrem na rede el ctrica tem como consequ ncia aquecimento dos condutores e a deteriorac o irrevers vel do equipa mento esforcos electrodin micos entre equipamentos adjacentes e quedas de tens o muito elevadas nas fases envolvidas e com eleva es nas restantes 20 Portanto imprescind vel a protec o contra curto circuitos Como j foi dito a determina o das caracter sticas dos equipamentos utilizados nas instala es el ctricas adv m da necessidade de estes su portarem ou terem a capacidade para cortar a corrente de defeito Dos defeitos pass veis de ocorrerem nas instala es el ctricas estes s o aqueles que mais danos podem provocar Al m do forte aquecimento que provocam nas canaliza es el ctricas estes defeitos levam ao desenvolver de esfor os electrodin micos sendo que estes esfor os s o notoriamente reconhecidos como extremamente prejudiciais a m quinas e barramentos Em cabos subterr neos tranformadores e m quinas rotativas os curto circuitos resultam de defeitos no isolamento dos condutores devidos deteriora o das suas propriedades f sicas causadas por temperaturas excessivas ou campos el ctricos demasiado intensos 21 Existem na realidade quatro tipos de curto circuito 4 1 Curto Circu
43. ar metros contidos nas f rmulas de c lculo destes momentos equa o 3 53 e 3 54 respectivamente o momento resistente e momento de in rcia Wy B a m 3 53 3 2 Esfor os Electrodin micos 43 pi B Figura 3 15 Momento Resistente e Momento de In rcia dois barramentos por fase b Jy TA B a m 3 54 d d e Ka H Ed b a gt E B Figura 3 16 Momento Resistente e Momento de In rcia tr s barramentos por fase Para tr s barramentos figura 3 16 podem se perceber os par metros contidos nas f rmulas de c lculo destes momentos equa o 3 55 e 3 56 b B di dm 3 55 i E B3 B d3 m4 3 56 Para quatro barramentos figura 3 17 podem se perceber os par metros contidos nas f rmulas de c lculo destes momentos equa o 3 57 e 3 58 b Wi ae Bd d d m 3 57 b gt B d dim 3 58 As correntes m ximas admiss veis que permitem a escolha das sec es dos barramen tos encontram se explicitadas na tabela 3 2 A explana o dos valores dos momentos resistentes e dos momentos de in rcia encontram se na tabela 3 1 44 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos dz d a K F gt 5 d m a 7 K kK c Figura 3 17 Momento Resistente e Momento de In rcia quatro barramentos por fase Sabendo ent o que o cobre barramentos te
44. ase nenhuma resist ncia O dimensionamento das correntes de curto circuito ser explorado num cap tulo se guinte da presente disserta o embora as condicionantes ao c lculo deste valor possam ser muito variadas Talvez a maior condicionante a esse c lculo seja a pot ncia e o tipo de fonte de alimenta o Os quadros de manobra distribui o devem ser dimensionados para os es for os devidos a curto circuitos previstos para o local considerado 2 A obten o do valor da corrente de curto circuito Tec importante e a sua forma de obten o pode ser tanto anal tica como pr tica ou seja pode ser aplicado um algoritmo te rico de c lculo ou ent o efectuar uma medi o directa da mesma 8 Quadros El ctricos de Baixa Tens o Os equipamentos de protecc o t m ent o de se encontrar em conformidade com este valor de Tec e t m obrigatoriamente de estar dimensionados de forma a cumprir o valor de poder de corte estipulado com um poder de corte compat vel O defeito inerente ao Tec est directamente ligado a um aumento de temperatura vio lento nos condutores pelo que facilmente se entende que os dispositivos t m que actuar em tempo reduzido de forma a que o aumento de temperatura n o ultrapasse o limite suportado pelo isolamento do condutor Falou se anteriormente da import ncia da protecc o de pessoas os utilizadores em instala es el ctricas Assim no que se refere protec o de pessoas
45. c o para IP65 Ambos t m a possibilidade da instala o de uma porta em policarbonato transparente reduzindo os ndices de protec o para IP55 e IK07 Mas 4 1 Arm rios e Inv lucros existentes 53 Figura 4 2 Arm rios Murais ARIA 3 a grande diferen a entre ambos estes quadros a sua forma de instala o Ou seja os ARIA s o apenas para instala o mural enquanto que os PolySafe apesar de terem tamb m a possibilidade de instala o mural podem ser montados no ch o e em poste podendo tamb m fazer um acoplamento de mais do que um arm rio em altura largura e profundidade e t m tamb m a possibilidade de montagem de um tecto de protec o do arm rio Assim todas estas possibilidades alargam a gama de utiliza o dos PolySafe Existe tamb m uma diferen a quanto ao custo de cada um sendo o ARIA o que tem um custo para o cliente final mais baixo Figura 4 3 Arm rios Murais PolySafe 3 As aplica es pr ticas de ambos os arm rios s o diversas e Comerciais pra as de mercado campismo locais desportivos parques lavagem de autom veis lavandarias etc e Industriais Estaleiros navais minas automa o petroqu micas ind stria pesada transformadores sistemas de controlo etc 54 Arm rios e Barramentos Figura 4 4 Repartidores 3 e Utilidades Reciclagem telecomunica es sem foros transportes p blicos energia e distribui o el ctrica g s gua
46. cas Ou seja as regras que regem as instala es el ctricas acabam por ser condicionantes s formas produtivas e pr pria forma de montagem dos quadros el ctricos 1 2 Objectivos do Projecto Pretende se fazer um estudo das condicionantes e regras que regem as instala es el ctricas e das implica es que isso t m nos quadros el ctricos mais especificamente quanto ao tipo de inv lucro e os seus respectivos ndices de protec o Tamb m se pretende efectuar um estudo dos tipos de arm rios existentes das v rias formas de montagem dos barramentos e sustenta o destes Nesta perspectiva pretende se estudar as correntes de curto circuito e os seus efeitos nos barramentos mais propriamente nos suportes dos barramentos Sendo um dos objec tivos obter uma formula o matem tica que permita obter tais efeitos Esta formula o vai permitir que sejam calculados os esfor os electrodin micos nos barramentos definir qual o espa amento entre suportes e tamb m as for as realmente aplicadas nestes tor nando poss vel determinar quais as especifica es produtivas que cada suporte dever ter pelo menos a n vel de suporte dos esfor os electrodin micos provocados pelas correntes de curto circuito Usando esta metodologia de c lculo desenvolver se uma ferramenta inform tica para projecto em quadros el ctricos de baixa tens o ou seja um software capaz de determinar quais os esfor os e espa amento dos suportes U
47. cept vel Inicialmente entenda se que tal como na figura 3 2 se sup em que a fase R ter valor de tens o e corrente iguais a 0 Vr Va Vs Mx Y gt 3 14 Vr Vo 2 s Vr a HE 30 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos Sendo nas equa es anteriores Ve 0 Vo 0 Esta formula o anterior aplica se na mesma medida s equa es das correntes Ir La Is M L 3 16 Ir Lo a 3 17 lr a L 0 L 1 Sendo nas equa es anteriores Ir 0 Io 0 Da equa o 3 17 pode se retirar por simplifica o duas express es importantes Ta es 2 p 3 18 Is I4 a a Por an lise da figura 3 2 percebe se que Vs Vr Te a Zde f 3 19 Utilizando as equa es 3 19 3 15 3 13 e 3 18 pode se chegar ao seguinte resultado por simplifica o Zer 07 a Iq a a V9 Za Ia Zi La 3 20 Obtendo se assim a equa o para a componente directa de curto circuito Ie Vi 3 21 o aef TEA TE Conclui se ent o que as correntes de curto circuito por fase s o as apresentadas a seguir 20 0 Ik 0 jv3 V Ig Lel o a If Zacp ZatZ A ena Ig aula TO Va Zdef La Zi 3 1 2 2 Curto Circuito Fase Terra Neste caso sabe se que se est a falar de um curto circuito monof sico onde se ir apenas ter valores diferentes de zero na fase R tal como est ilustrado na figura 3 3 Sabendo que a equac o 3 11 tamb m se apl
48. de for as F e Fe que por sua vez dever o ser de igual valor Sendo este momento compensador o que cria um equil brio mec nico na pe a em estudo 40 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos Figura 3 12 Esfor o de Flex o For a Aplicada no centro do Barramento No dimensionamento das for as nos apoios dos barramentos pode se supor uma barra apoiada nos seus extremos mas com dois casos distintos 1 for a tangencial exterior aplicada no centro da barra 2 for a tangencial exterior aplicada de forma uniforme na barra Estas for as tangenciais ser o as for as electrodin micas No caso da aplica o da for a apenas no centro da barra pode se analisar a figura 3 12 Vai se considerar desprez vel o peso da barra A for a aplicada no barramento far com que sinta flex o ou seja com que exista uma deforma o el stica Esta deforma o ser m xima na zona central do barramento e denomina se de flecha 6 Nos apoios e devido aplica o de F aparecem for as de reac o 26 F F4 Fg 3 3 45 Sendo que o momento de flex o m ximo Ful M x DN E 3 46 F L 4 No caso de a for a F ser aplicada de forma uniforme ao longo do barramento aparece uma flecha tal como no caso anterior mas a deforma o el stica inferior do caso anterior Pode se verificar visualmente este caso na figura 3 13 Nos apoios e devido aplica o de F aparecem for as de reac o 26 F Pa Po
49. dos esfor os a um problema microsc pico ou seja permite dividir a regi o em estudo em pequenas sub regi es cha madas de elementos finitos E desta divis o que resulta a denominada malha de elementos finitos O M todo dos Elementos Finitos MEF uma an lise matem tica que con siste na discretiza o de um meio cont nuo em pequenos elementos mantendo as mesmas propriedades do meio original Esses elementos s o descritos por equa es diferenciais e resolvidos por modelos matem ticos para que sejam obtidos os resultados desejados 30 Existe sempre na engenharia a dificuldade de simular eventos f sicos atrav s de modelos matem ticos conceptuais Estes modelos matem ticos s o desenvolvidos tendo em conta as leis da f sica e podem ser descritos por equa es alg bricas diferenciais ou integrais Pode se definir um modelo matem tico baseado nas rela es entre as vari veis e inte rac es do sistema em an lise Modelos matem ticos de fen menos f sicos s o geralmente baseados em leis fundamentais da f sica como por exemplo o princ pio da conserva o da massa princ pio da conserva o do momento linear e da conserva o da energia Os modelos matem ticos de sistemas de engenharia s o muitas vezes caracterizados por equa es e regi es geom tricas complicadas Portanto at um passado recente estes sistemas eram extremamente simplificados de forma a poder obter solu es para eles Mas
50. e O e 6 sendo que o ndice de pro tec o aumenta por ordem crescente O segundo algarismo referente protec o contra a penetra o de gua com uma varia o entre O e 8 tamb m com um ndice que aumenta por ordem crescente Ser o mais facilmente percept veis os c digos contra penetra o de corpos s lidos e l quidos por an lise da Tabela 2 3 da p gina 18 retirada de 10 O ndice protec o IPXX t m ainda duas letras que podem acrescer ao seu c digo base IPXX Y Y podendo a primeira letra tomar as designa es A B C ou D que s o referentes protec o contra o acesso de pessoas a partes perigosas e Acesso das costas da m o protegido 18 Tabela 2 3 C digos de protecc o contra penetrac o de corpos s lidos e l quidos 10 s lidos de di metro maior que 50 mm Protegido contra a penetra o de corpos s lidos de di metro maior que 12 mm Protegido contra penetra o de corpos s lidos de di metro maior que 2 5 mm Protegido contra penetra o de poeiras sem dep sito prejudicial Quadros El ctricos de Baixa Tens o Protegido contra as quedas de gotas de gua at 15 de inclina o em rela o a vertical Protegido contra a gua da chuva at 602 de inclinac o em rela o a vertical Protegido contra as projec es de gua em todas as direc es Protegido contra jactos de gua em todas as 2 2 Inv lucros 19 Tabela 2 4 C digos de p
51. e interac o com o utilizador estes permitem uma inser o dos dados sem que tenha que existir uma preocupa o com os promenores de c lculo o utilizador apenas ter que se preocupar com uma escolha adequada que corresponda s suas necessidades e do projecto que esteja a analisar Todos os promenores de c lculo e respectivas considera es apesar de entrarem no processo de c lculo n o exigem nenhum tipo de conhecimento por parte do utilizador Apesar de este ser um projecto realizado em parceria com a GE est o inclu das nesta ferramenta solu es que saem do mbito das suas solu es podendo ser usada por todos os instaladores visto que resultam de um c lculo generalista e que se prende apenas com solu es normalizadas ali s na base de dados os nicos dados n o normalizados s o referentes a barramentos de sec o espec fica usados pela GE 82 Ferramenta para Quadristas Cap tulo 6 S ntese e Conclusoes Este foi um projecto sobre quadros el ctricos sobre os seus inv lucros e respectivos ndices de protecc o orientado para o dimensionamento de barramentos Estudaram se as correntes de curto circuito e seus efeitos nomeadamente os esfor os electrodin micos provocados nos barramentos dos quadros el ctricos Foi feito igualmente um estudo a quais s o os esfor os nos suportes que sustentam os barramentos e qual a possibilidade de optimizar os espa amentos entre suportes num quadro el ctrico Ba
52. e sejam seus parceiros Foi nessa perspectiva que o desenvolvimento da ferramenta se tornou uma mais valia O desenvolvimento desta ferramenta foi feita atrav s de Excel e de Visual Basic tendo sido este um dos requisitos visto que se pretendia simplicidade at para posteriores altera es base de dados Escolheu se este software como base devido sua massifica o e conhecimento ainda que b sico por grande parte dos utilizadores As altera es podem ser feitas se desejado na base de informa o e tamb m na base de c lculo do Excel Primordialmente o que se pretendia simples eram os formul rios de interac o com os utilizadores Apenas os reais utilizadores poder o aferir da simplici dade da ferramenta no entanto foi nessa perspectiva que esta foi desenhada e concebida Apenas se teve tempo para testar com utilizadores muito pr ximos pr pria concep o da ferramenta pelo que as impress es apesar de positivas podem n o corresponder realidade da maioria dos utilizadores De ressalvar finalmente que apesar de esta ter sido uma disserta o feita em parceria com a GE os resultados s o abrangentes e aplic veis a solu es normalizadas Conclui se tamb m que algumas das solu es que v m referenciadas em v rios manuais n o s o j a realidade do mercado Destaque se a n o utiliza o actualmente de barra mentos pintados preterindo se sempre a utiliza o de barramentos de cobre n Ex
53. e supports should have between each other are dependent of the effects of the short circuit currents The main objective of this thesis is the development of a easy to understand software based on the constraints that were studied It s a software that knowing the information of an electrical project helps in the development and sizing of the switchboard s by electrical installers iii lv Agradecimentos Os agradecimentos s o conotados por vezes de uma certa banalidade mas a realidade que este documento representa o fim de uma etapa longa e com muitos precal os e os agradecimentos que aqui deixo s o sentidos e sinceros Dessa etapa destacam se obvia mente as mais variadas pessoas O mais profundo sentimento de gratid o vai obviamente para aos meus pais pelo tempo e especialmente pela paci ncia que sempre tiveram A Mara por compreender a exig ncia de tempo desta etapa E por nas alturas com plicadas dizer simplesmente Vai correr bem n o te preocupes Os amigos passam connosco pelas coisas muitas vezes ajudando sem eles pr prios sa berem como Para eles um abraco de amigo Ao meu orientador Professor Artur Costa pela enorme disponibilidade e apoio cons tante desde o primeiro dia na elaborac o desta dissertac o A toda a equipa da General Electric que sempre me acompanhou e ajudou com pe quenas ou grandes solu es a pequenos ou grandes problemas Carlos Paiva Fernandes vi Nao sendo
54. el ctricos de baixa tens o Tamb m se apresentam as etapas de interacc o com o utilizador e os resultados finais da ferramenta Aplicou se a ferramenta e o respectivo processo de c lculo a uma solu o conhecida de forma a comprovar a veracidade das conclus es retiradas do estudo te rico 5 1 Software Desenvolvido O software de que se fala a ferramenta que calcula os esfor os electrodin micos e o espa amento entre suportes Esta ferramenta baseada na fundamenta o te rica presente no cap tulo 3 Mas para uma melhor compreens o do software e tamb m dos c lculos far se uma intercala o entre ambos Esta ferramenta foi implementada em Visual Basic a correr por cima de uma base de dados e de c lculo feita em folhas de Excel Sendo que se optou por usar o Visual Basic apenas como uma ferramenta de comunica o com a folha de Excel Ou seja todo o c lculo efectuado feito na folha de c lculo e n o por linguagem de programa o Optou se por esta solu o visto que a interliga o de f rmulas desta forma mais simples Assim e de forma a que a ferramenta funcione consoante aquilo que esperado necess rio que a sua comunica o com o utilizador seja simples e funcional Criaram se formul rios que se tencionam simples de forma a que o utilizador forne a todos os dados necess rios para a realiza o dos c lculos A ferramenta baseia se em quatro formul rios de Visual Basic e estes t m des
55. embora pessoa a quem se possa apontar como exemplo ou modelo de bravura adquiriu um conhecimento de noite sombra escuro e treva que acabou por compensar a sua timidez natural e que agora lhe pemite sem excessivo temor estender o bra o por dentro do corpo do drag o procura do interruptor da electricidade Jos Saramago vii viii Conte do 1 Introduc o 1 1 Enquadramento do Projecto 0000002 eee eee 1 2 Objectivos do Projecto o aooaa ee 1 3 Metodologia de Trabalho 20 0000 002 eee 1 4 Estrutura da Disserta o e 2 Quadros El ctricos de Baixa Tens o 2 1 Generalidades sobre Quadros El ctricos o o 21 1 Fun o asas avr a a A a pe I 2 1 2 Requisitos ea 2 1 2 1 Normas Aplic veis o 2 1 2 2 Aspectos Gerais de Dimensionamento L H K eT kis ae hw RO e a 2 2 Invyolucros 2 4 sa pos Se ea ED O ee ee a a Bee 2 2 1 Normas Aplic veis 2 2 ee 2 2 2 Tipos de INV LUCI S aaa em cue QUA Fae eR Ee ee Be ees 2 3 Conclus o aes sok ss fag oP ka we e A hw eS oes 3 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos 3d Cuirto Cirguitos s ss egos a DE s e ee Ge we TED O Jalil OUM NIICOS 22 0 sp pos ee eG GERE ER MERCEDES DRE 3 1 1 1 Curto Circuito Trif sico 3 1 2 A SSITM TICOS s sacs aue a be 2 0 2 2 ewe 3 1 2 1 Curto Circuito Fase Fase 2 0084 3 1 2 2 Curto
56. encontra a montante do curto circuito considerando neste caso as v rias redes com diferentes tens es AT MT BT Quando o defeito ocorre entre e B a imped ncia entre esses pontos nula corresponde ao j falado defeito franco Ocorre ent o um aumento da corrente aparecendo ent o a corrente 34 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos Zm Te le Figura 3 5 Esquema de uma Rede 4 de curto circuito Tc apenas limitada pela imped ncia Zm VR X A f rmula para a corrente est representada na equa o 3 35 O fecho do interruptor da figura 3 5 corresponde ocorr ncia do defeito e a corrente por fase de curto circuito pode ser calculada pela seguinte equac o R L ilt V2 Lo sen wt a p sen a e T 3 36 Em que I Lc eficaz e pode se tamb m ver na express o em cima as componentes AC e DC sendo o primeiro termo for ado sinusoidal frequ ncia da rede e o segundo termo uma componente cont nua que se anula rapidamente de acordo com O ngulo a o que se chama de ngulo caracter stico correspondente ao esfazamento entre a tens o e o instante de CC O q o ngulo do factor de pot ncia Distinguem se ent o duas situa es que s o dos curto circuitos perto ou longe dos alternadores geradores figura 3 6 Na figura 3 6 o A corresponde ao valor inicial da componente continua Este c lculo da corrente de defeito ser feito por fase sendo as fases des
57. enhado na sua estrutura as caixas que permitem solicitar ao utilizador os valores necess rios para o programa funcionar assim como caixas de informa o para ajudar na escolha das selec es poss veis 67 68 Ferramenta para Quadristas Esta ferramenta feita para uma utiliza o por parte de quadristas e instaladores Foi feita para uma utiliza o ap s a realiza o do projecto el ctrico Por experi ncia compreendeu se que neste caso os quadristas e instaladores utilizam os valores de Tec presentes em projecto pelo que esta inc gnita ent o colmatada pela informac o do projectista Quanto aos barramentos a utilizar o n mero de barramentos por fase e a secc o dos mesmos os quadristas e instaladores n o utilizam os valores presentes em projecto muitas vezes por erro de dimensionamento destes ou porque por vezes n o correspondem a barramentos normalizados ou ent o simplesmente porque no seu processo de fabrico de quadros el ctricos de baixa tens o optam pela utilizac o de outro tipo de soluc o para determinada corrente de servico Nessa ptica uma das preocupa es consistiu em fazer uma janela de formul rio que permitisse a escolha deste par metro por parte do utilizador Existe uma caixa de texto em um dos formul rios que permite a inser o da corrente nominal de servi o para o quadro em an lise Assim o software por compara o com a tabela 3 2 retorna todas as solu es n de barramen
58. eriormente esse valor de pico usado nos c lculos A segunda caixa de texto permite que o utilizador insira o valor da dist ncia entre barramentos valor esse que depende do suporte utilizado no caso da GE ser um suporte com d 90 mm mas no caso do instalador que fabrica estes equipamentos a especifica o ser a referente ao seu equipamento Corrente de Servi o A o Sec o do Barramento Seleccione qual o barramento e o n mero de barras por fase que pretende 100 x 10 160 x 10 40 x 10 200 x 10 120 x 10 50 x 10 160 x 10 60x5 200 x 10 60 x 10 80x5 80 x 10 100 x 5 160 x 10 100 x 10 200 x 10 120 x 10 125x5 z 1 Barra por Fase 2Barras por Fase 3 Barras por Fase 4Barras por Fase 125x5 160x5 160x5 Sair Continuar Figura 5 4 1 Janela de Interface com o Utilizador 5 1 Software Desenvolvido 75 Forca Electrodin mica M xima N m Forca a ser suportada pelo Suporte N Forca a ser suportada pelo Suporte kgf Dist ncia entre Suportes mm me Figura 5 5 2 Janela de Interface com o Utilizador No caso de n o inser o de um destes par metros e premindo o bot o Continuar o programa retorna um erro indicando que todos os campos dever o ser preenchidos Ainda nesta janela e sendo que j foram fornecidos os dados necess rios o programa calcula e apresenta a for a electrodin mica o espa amento entre suportes e a for a que o suporte
59. erminar as correntes sim tricas de defeito 32 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos Trif sica Figura 3 4 Curto Circuito Fase Fase Terra Zi Zo 3 Zaef V9 ree Za Zi Za Zo 3 Laos Zi Zo 3 Zas re Zo 3 Zaey Va 3 28 o Zi V Za Zi Za Zo 3 Zaef Zi Zo 3 Zges Isto resulta nas seguintes correntes de curto circuito por fase 20 IR l 1 1l I IV3 Zo 3 Zac D Ig a a 1 Ir Za Zi Lg Ly 8 Lice Lo 8 Baez 4 IF a a 1 Lo jv3 Zo 3 Z ges 02Z WO Za Zi Za Zo 3 Zaef Zi Zo 3 Zaez 3 29 Determinado este curto circuito fica apenas agora a necessidade de perceber como utilizar as v rias correntes na determina o da corrente m xima poss vel que afecta os barramentos 3 1 3 Compila o de f rmulas para a determina o da Lec A tens o inicial V e a tens o de servi o da rede Uy est o relacionadas entre si pelo factor c Assim a rela o a seguinte o_ Uy VT A 3 30 Conhecendo a equa o anterior e as equa es para os correntes de curto circuito con siderando Zager 0 j aqui apresentadas pode se obter um formul rio conciso sobre as 3 1 Curto Circuitos 33 f rmulas a utilizar na determina o destas correntes O formul rio o que se apresenta em seguida De notar que no caso de se querer o valor das correntes de curto circuito m
60. este projecto apenas se consideram barramentos de cobre n 4 3 Conclus o Em s ntese pode se dizer que existe uma diversidade grande de solu es para as mais variadas condi es de instala o Mas nessa diversidade chegou se conclus o que quase todas as solu es de arm rios t m uma forma de coloca o de barramentos e de suportes pr definida e pr fabricada Serve este cap tulo tamb m para conhecer as v rias condicio nantes s montagens dos barramentos tentando demonstrar e explanar as formas poss veis de o fazer Compreendeu se que apenas uma das solu es referente ao arm rio Modula Plus que tamb m a nica solu o que permite uma utiliza o at os 40004 de corrente de servi o tem na sua g nese a permiss o de coloca o de barramentos vontade do instalador E nessa perspectiva que o c lculo de esfor os e respectivo c lculo de espa amento entre suportes encontra a sua utilidade 4 3 Conclus o 65 Mas tamb m se conclui que este sendo um projecto abrangente ser o consideradas todas as solu es fabricadas por outros quadristas ou seja outro tipo de arm rios sendo que os resultados deste projecto poder o ser adaptados a qualquer soluc o 66 Arm rios e Barramentos Cap tulo 5 Ferramenta para Quadristas Este cap tulo pretende ilustrar a forma como est desenvolvido o software que servir de ferramenta para o desenvolvimento de projectos em quadros
61. fasadas de 120 entre elas Na interac o electrodin mica entre as diversas fases ou seja nas for as que cada fase pode provocar nas outras ser o tomados em considera o os valores de corrente de curto circuito por fase A determina o das correntes para calcular os esfor os electrodin micos pode ser feita desta forma e apontando o ponto no tempo de ocorr ncia m ximo No entanto o valor de corrente m xima ou seja a corrente de pico pode ser deter minada por simplifica o da equa o 3 36 Resultando na seguinte f rmula de c lculo 20 Ip t V2 Loo 1 02 0 98 ea 3 37 3 1 Curto Circuitos 35 22 2 d EIH Figura 3 6 Varia o no tempo da corrente de curto circuito a num ponto pr ximo do alternador b num ponto afastado do alternador 2 Onde o valor inicial da componente cont nua do CC depende do instante em que ocorre o CC determinado de forma emp rica 20 Esta formula o resulta na vers o mais conhecida da express o correspondente equa o 3 38 Visto que estamos a referir nos a curto circuitos trif sicos estes s o trata dos como se o curto circuito ocorresse simult neamente em todas as fases Ip K V2 Lg 3 38 Ent o a constante k pode ter uma boa aproxima o pela express o k 1 02 0 98 e3x O valor de k pode ent o ser determinado pelo gr fico representado na figura 3 7 A utilizac o desta f rmula implica o conhecimento de
62. ferir ao esfor o de flex o 3 2 Esfor os Electrodin micos 39 Quando se diz que esta for a electrodin mica provoca somente uma deforma o el stica no material quer dizer que se trata de um esfor o de flex o Quando produz uma de forma o pl stica temos um esfor o permanente deforma o inel stica Isso quer dizer que no fundo est se a referir a duas etapas diferentes de aplica o de um mesmo esfor o Em algumas aplica es industriais envolvendo materiais de alta resist ncia muito importante conhecer o comportamento do material quando submetido a esfor os de flex o 28 Neste tipo de esfor o interv m for as exteriores unidirecionais sobre uma barra apoiada em um ou mais pontos criando um momento medido em N m e que se denomina de momento de flex o Figura 3 10 Momento de Flex o Este momento pode ser visualizado por inspec o da figura 3 10 Sendo que a equa o que torna poss vel a obten o do momento a explicitada na equa o M F 1 N m 3 44 Figura 3 11 Momento de Compensac o Sendo F a resultante das for as tangenciais exteriores em Newton e l a dist ncia ao ponto de apoio em metro A exist ncia de um momento de flex o My implica que ter que existir necessaria mente um momento que compense este ou seja um momento compensador como se pode ver na figura 3 11 Por an lise dessa figura percebe se que este momento compensador existe por aparecimento do par
63. gt Zink Zaef 3 10 No caso de ser um defeito franco gt Zdef 0 3 1 2 Assim tricos No c lculo dos curto circuitos assim tricos destaca se o facto de as cargas serem desi quilibradas Portanto essa assimetria existe tamb m nos sistemas de correntes e tens es O problema que se levanta por este pressuposto a incapacidade de fazer uma an lise por fase Pelo que aparece o modelo de Fortescue que capaz de separar qualquer sistema trif sico em tr s sistemas trif sicos independentes e equilibrados entre si Este modelo vem permitir uma an lise de tr s sistemas monof sicos divididos numa componente directa inversa e homopolar tal como se pode visualisar na figura 3 1 24 As componentes directa inversa e homopolar t m significados e interpreta es dife rentes Sabe se que a componente directa tamb m conhecida por Ig ou por I no caso deste 28 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos projecto utilizar se a nomenclatura 14 basicamente a circula o de correntes no sen tido directo Tr s vectores iguais e com desfasamento de 120 s o a representa o desta componente directa No caso da componente inversa est se a falar de uma representa o vectorial igual anterior mas em que duas das fases t m um sentido de rota o contr rio De ressalvar que as imped ncias directa e inversa geralmente s o iguais Para a componente homopolar a nomenclatura usada ser Jp Esta
64. gulo de esfasa mento a pois s o os que levam corrente de pico m xima 5 1 Software Desenvolvido 69 e ngulo do factor de pot ncia cos d 0 e Instante angular em que ocorre o curto circuito a 0 e Valor da Resist ncia da rede R 0 Estas pr defini es implicam na realidade que o valor da corrente de pico calcu lada correspondente equa o 3 38 onde a constante k igual a 2 Mas para baixa tens o este valor correspondente a 1 8 sendo que na base de c lculo se procedeu a esta altera o Esta altera o parte tamb m do pressuposto j explicitado que a corrente igual em todas as fases curto circuito trif sico sim trico Sendo neste caso a formula o est tica Nesta fase ainda existem duas inc gnitas que ter o que ser fornecidas pelo utilizador Trata se do valor da corrente de curto circuito e da dist ncia entre os barramentos ou seja a dist ncia entre fases que se pretende no suporte Na solu o da GE j sabemos que este valor de d 90mm no entanto como esta uma ferramenta tamb m para empresas com capacidade produtiva estes devem poder conseguir definir qual a dist ncia entre fases que pretendem A forma de c lculo que leva ao dimensionamento do espa amento entre suportes apa rece ent o e como j referido no cap tulo 3 da jun o entre as f rmulas de determina o dos esfor os electrodin micos equa o 5 1 e do momento de flex o com aplica
65. ha entre o ponto de an lise i e o ponto k Da mesma forma X representa a react ncia da linha an loga Apenas de ressalvar que Ysp a admit ncia shunt no ponto i da rede representando metade da soma das admit ncias terra de todas as linhas que chegam ao ponto i em an lise 23 Aparece tamb m para as admit ncias da diagonal da matriz 26 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos portanto para Y as parcelas somadas referentes s cargas aos grupos geradores e ao equivalente da rede Efectuando assim a inversa da matriz das admit ncias obt m se a matriz 2 O porqu de fazer este c lculo assim prende se com a maior facilidade em inverter a matriz das admit ncias equa o 3 2 devido a esta ser tipicamente esparsa 21 Para efeitos demonstrativos sup em se ent o a matriz 3 3 em que se modeliza um L defeito a ocorrer num ponto da rede gen rico que se designar por k E as E ee sd IS lt Di wae Zig cue Zin 3 3 Zo ese O ees Tendo a matriz das imped ncias definida e sendo que esta ser referente rede em an lise a defini o de Ie est dependente ent o da aplica o agora do teorema da sobreposi o de forma a obter as tens es nodais de curto circuito pela equa o Vee Vo Vr 3 4 Sendo que Vo se refere s tens es de pr defeito e Vr s varia es de tens o que aparecem da liga o do gerador equivalente de Th venin no n k ou
66. ica a este caso ent o f cil concluir que I En th E L L h 3 23 3 1 Curto Circuitos 31 Trif sica Figura 3 3 Curto Circuito Fase Terra O mesmo se aplica tens o Va 3 De novo utilizando a figura 3 3 referente a este caso de curto circuitos f cil visualizar Vr Va V Vo Va V Vo 3 24 a f rmula resultante apresentada de seguida Va Zef IR 3 25 agora poss vel utilizando a equa o anterior 3 25 a equa o 3 24 3 23 e tamb m a equa o 3 13 chegar seguinte f rmula Ts IR Zip Va Za Zi Zo 3 26 Pelo que com as devidas altera es rapidamente se chega equa o para a corrente de curto circuito na fase de defeito 0 3 Va lie A 3 27 TED PEA 327 Feita uma an lise equac o anterior percebe se o porqu de este curto circuito cor responder ao de menor magnitude visto que o valor mais alto das impedancias torna o valor da corrente inferior 3 1 2 3 Curto Circuito Fase Fase Terra Falta apenas agora fazer uma an lise ao curto circuito assim trico que capaz de atin gir uma magnitude de defeito superior dos restantes Para isso e tal como anteriormente este tipo de defeito aqui ilustrado atrav s da figura 3 4 Esta figura assim como nos pontos anteriores pretende ajudar a perceber melhor a an lise efectuada Supondo ent o e como ilustrado que Ir 0 e trabalhando o sistema da equa o 3 11 poss vel det
67. ico el ctrico Implica utiliza o de transformadores de isolamento Protec o mediante desconex o autom tica da instala o Necess ria nos casos em que existe risco de efeitos fisiol gicos nas pessoas devido magnitude e dura o da tens o de contacto Este tipo de protec o requer uma boa coor dena o entre as liga es terra as caracter sticas do condutor de protec o e o dispositivo de protec o 2 1 Generalidades sobre Juadros El ctricos 11 Tabela 2 1 Resumo das medidas de protec o contra contactos directos e indirectos 10 1 Tens es U lt 50 V c a Ou U lt 120Vc c 2 Fonte de alimenta o a Transformador de tens o reduzida b Pilhas ou acumuladores c Dispositivos electr nicos isolamento equivalente ao que existe entre o prim rio e o secund rio do transformador b Os condutores de todos os circuitos de tens o reduzida devem ser fisicamente separadas dos a As fichas n o devem poder entrar em tomadas de outras tens es b As tomadas devem impedir a introdu o de b As tomadas devem impedir a introdu o de fichas de fichas de outras tens es outras tens es c As tomadas alimentadas por TRS n o devem RS n o podem ser ligadas terra nem a condutores de protec o ou massas ou elementos condutores de outras instala es b ao condutor de equipotencialidade do circuito prim rio n o ligado terra se no prim rio for usado o m todo de protec o por
68. icos de Baixa Tensao Este cap tulo serve o prop sito de apresentar as solu es existentes em quadros el ctricos focando essencialmente as solu es relativas a inv lucros industriais As regras que regem as instala es el ctricas ser o enquadradas tendo em vista tais equipamentos Pretende se tamb m que o projecto esteja enquadrado com as normas fazendo estas portanto parte da pesquisa realizada 2 1 Generalidades sobre Quadros El ctricos Esta sec o prentende ilustrar o que s o os quadros el ctricos analisando quais as suas fun es requisitos aspectos gerais de dimensionamento e tamb m os tipos de quadros que existem 2 1 1 Fun o Os quadros el ctricos s o um conjunto de equipamentos t m na sua constitui o grupos variados de equipamentos el ctricos de protec o comando e ou controlo da instala o em que estejam inseridos Os quadros el ctricos de baixa tens o s o a materializa o do projecto el ctrico en quanto que as caracter sticas do equipamento que os constituem s o a manifesta o dos dimensionamentos elaborados no projecto da instala o el ctrica Os quadros el tricos s o conjuntos de equipamentos convenientemente agru pados incluindo as suas liga es estruturas de suporte e inv lucro destinado a proteger a comandar ou a controlar as instala es el ctricas 12 6 Quadros El ctricos de Baixa Tens o A constituic o dos quadros composta pe
69. ido apresentam se nos pontos seguintes as formas de c lculo de cada tipo de curto circuito existente 3 1 1 Sim tricos Como antes referido os curto circuito sim tricos s o os trif sicos Depreende se mesmo e at pelo nome que s o defeitos que afectam as tr s fases S o considerados sim tricos visto que a imped ncia de defeito a mesma para todas as fases Existe ainda a designa o de curto circuito franco no caso de a imped ncia de defeito ser zero 3 1 1 1 Curto Circuito Trif sico Para o c lculo deste tipo de curto circuito necess rio antes de tudo supor a exist ncia de uma imped ncia de defeito que normalmente referenciada como Zq ou como Zdef sendo esta imped ncia colocada no local de defeito Em seguida e supondo uma rede emalhada o c lculo da corrente de curto circuito parte da utiliza o do teorema da sobreposi o aplicando se uma fonte de tens o no local de defeito com uma tens o de pr defeito de forma a que a tens o nesse ponto seja OV No caso da exist ncia de geradores estes ter o que ser substitu dos pela sua imped ncia interna No caso de existir uma liga o rede esta ter tamb m que se tornar num gerador da rede emalhada sendo que se ter que obter a sua imped ncia equivalente O c lculo do Lc ent o feito pela aplica o do teorema de Th venin 21 3 1 Curto Circuitos 25 Num caso pr tico percebe se a dificuldade de aplicac o desta forma de c
70. ido dito o valor de maior magnitude o valor na fase b feita uma an lise de varia o temporal que pemite saber o instante em que ocorre este m ximo A corrente de servi o e a consequente escolha dos barramentos a utilizar s o referentes ao valor mais alto de servi o permitidos pelos quadros e barramentos fabricados pela GE 78 Ferramenta para Quadristas O valor de Lc de 70kA definido porque na gama industrial da GE o valor m ximo de opera o de curto circuito extactamente desse valor e a dist ncia entre fases no suporte da GE como j tinha sido visto de 90mm Todos os restantes valores foram especificados pelos engenheiros da sec o produtiva da GE Utilizando estes valores obt m se uma for a electrodin mica m xima na fase B For as por Barramento 10000 0 20000 0 30000 0 50000 0 Figura 5 8 1 Gr fico da varia o da for a electrodin mica fe 43605 N m 5 9 Mas sabendo que o valor da for a electrodin mica dado em N m necess rio antes de calcular o valor da forca exercida no suporte saber qual o valor de maior dist ncia permitida entre suportes para que o valor da forca seja tamb m o maior poss vel Tendo efectuado os c lculos baseados na equac o que permite o c lculo do distancia mento entre suportes determinou se que esse espa amento para 70kA tendo em aten o os pressupostos definidos 595mm Assim utilizando e
71. inal de 125 A Barras de Cu 10 x 6 L 120 mm dimensionada para 30kA pico 2calha DIN suporte para fixa o de material nos quadros 3Repartidor fora de utilizac o 58 Arm rios e Barramentos Suporte para barras de 250A Suportes para barras de 400 A Suportes para barras de 630 A Suporte em Escada para barras de 630 A ann 2 250A para barras de 20 x 5 250A para barras de 20 x 5 400A para barras de 32 x 5 400A para barras de 32 x 5 630A para barras de 30 x 10 630A para barras de 30 x 10 Para Arm rio e Para Cela Para Cela 250 A 4P para barras de 12 x 5 250A para barras de 20 x 5 Para Arm rio e Para Cela 400A para barras de 32 x 5 Para Arm rio e Para Cela Figura 4 8 Suportes utilizados na gama industrial at os 630A de corrente nominal 3 e corrente nominal de 160 A Barras de Cu 12 x 5 L 126 mm dimensionada para 35kA pico E existem tamb m os repartidores para fixac o em perfil e corrente nominal de 250 A Barras de Cu 20 x 5 L 200 mm dimensionada para 35kA pico e corrente nominal de 400 A Barras de Cu 32 x 5 L 275 mm dimensionada para 44kA pico Sendo estas as solu es utilizados em quadros equipados para correntes nominais at 400 A existem no entanto suportes e barramentos separados pr prios para correntes de servi o iguais e superiores No caso do arm rio Modula 630K e no Modula Plus considerando casos de corrente nominal at 630A sabe se que n o poss vel optimiza
72. instalac o Existem obviamente diferen as referentes aos custos que os distintos tipos de solu es implicam Sabe se que em Portugal e segundo o R T L E B T 12 existe obrigatoriedade de a classifica o das instala es el ctricas residenciais ser de classe II No sector terci rio e industrial poder o ser dimensionados como de classe I A superioridade da classe IT em rela o classe I consiste na maior garantia contra contactos directos j que obriga exist ncia de isolamento duplo Assim entende se que um quadro met lico n o t m protec o contra contactos directos o que pode colocar limita es ao seu uso Foram encontradas duas solu es t cnicas que visam a resolu o deste problema Neste caso uma das solu es a fabrico do inv lucro em poli ster garantindo imediatamente a classe IT de isolamento No caso da manuten o da constru o do inv lucro em metal t m que se manter o chassis devidamente isolado com chassis de fixa o de cabos e bornes completamente isolados para assim se garantir a classe IJ Em ambas as solu es os espelhos utilizados nos quadros el ctricos ter o que ser no primeiro caso em poli ster e no segundo em pl stico Existe tamb m a possibilidade de utilizando um inv lucro de classe I instalar um equipamento diferencial entrada que efectue o corte geral da instala o tornando a numa instala o de classe II Resta apenas perceber o porqu de n o utiliza
73. irecto e o contacto indirecto Pode se dizer que o contacto directo representado na Figura 2 1 ocorre quando uma pessoa toca acidentalmente numa parte em tens o da instala o que n o esteja ligada a um el ctrodo de terra Nesta situa o a pessoa torna se parte do circuito el ctrico por interm dio da resist ncia do corpo e da resist ncia da terra Quando se fala de contactos indirectos representados na Figura 2 2 est se a referir a situa o em que uma pessoa toca numa parte met lica do equipamento estando essa 2 1 Generalidades sobre Quadros El ctricos 9 Figura 2 1 Contacto Directo 1 parte ligada terra e acidentalmente h um contacto com um condutor el ctrico devido a um defeito de isolamento Existem formas de evitar estes contactos mas para garantir a protecc o individualizada a cada um desses tipos de contactos e outras que garantem uma protecc o simult nea contra contactos directos e indirectos Figura 2 2 Contacto Indirecto 1 A protecc o contra choques el ctricos dever ficar assegurada aplicando os conceitos de acordo com a norma IEC 60364 4 43 14 de protec o utilizando muito baixa tens o portanto capaz de efectuar protec o simult nea a ambos os tipos de contacto 10 12 1 TRS Tens o Reduzida de Seguranca 10 Quadros El ctricos de Baixa Tens o 2 TRP Tens o Reduzida de Protecc o isto tens o reduzida de seguranca com um ponto do circuito secund ri
74. is A escolha dos barramentos e diferentes suportes depender o tamb m do inv lucro utilizado Na gama industrial existem v rios tipos de inv lucros que ser o analisados ao longo deste cap tulo 4 1 Arm rios e Inv lucros existentes Vai se tentar explorar as principais solu es existentes a n vel de arm rios com espe cial nfase nos inv lucros Come amos por referir as caixas modulares de poli ster APO Estas encontram se fei tas segundo a Norma Internacional TEC 60439 1 norma referente constru o de quadros el ctricos de baixa tens o 15 Existem nove m dulos diferentes com tamanhos varia dos Estas caixas modulares e respectivas tampas s o fabricadas em poli ster refor ado com fibra de vidro no entanto as tampas podem ainda ser fabricadas em policarbonato transparente de forma a ser poss vel consultar os aparelhos no seu interior Estas cai xas modulares possuem classe II de isolamento devido ao duplo isolamento tendo um ndice de protec o de IP67 pela Norma Internacional IEC 60529 norma para os ndices de protec o IP 16 Estas caixas possuem ainda um n vel de protec o IK10 contra for as mec nicas externas pela Norma Internacional TEC 62262 norma para o n vel de protec o contra choques mec nicos IK 17 Cada caixa grande corrensponde a um m ltiplo de uma caixa pequena ou seja exis tem 9 tamanhos com m dulos m ltiplos Estas caixas podem ser de montagem mural e 51
75. istem tamb m algumas solu es referentes a sec es n o rectangulares para barramentos que igualmente est o fora de uso recaindo quase sempre a escolha em perfis rectangulares 6 2 Trabalhos Futuros 85 Espera se ter contribu do ainda que de forma pequena e humilde para simplificar o processo de projecto produc o e construcc o dos quadros el ctricos Por ltimo pode se dizer que todo o processo de construc o desta dissertac o permi tiu um aprofundamento de conhecimentos e sensibilidade do autor em relac o aos quadros el ctricos e seus constituintes Essa aprendizagem foi um est mulo pelo desafio que colocou e por ter resultado no final num enriquecimento do conhecimento sobre o tema abordado tanto por parte do autor como por parte de todos os envolvidos 6 2 Trabalhos Futuros Como possibilidades para realizar trabalhos futuros referentes a este tema e em conti nuac o do trabalho desenvolvido sugere se a possibilidade de fazer um estudo aprofundado acerca dos esfor os presentes nos quadros el ctricos de baixa tens o utilizando o m todo dos elementos finitos como ferramenta de c culo e como ferramenta de an lise Esta ideia pressup em uma interacc o real e di ria com a secc o produtiva de um qualquer fabri cante de quadros el ctricos Essa inserc o na secc o produtiva necess ria para que seja poss vel alterar o desenho dos quadros da forma de colocac o dos barramentos e portanto do desenho dos
76. itos Assim tricos s o os CC que envolvem apenas uma fase fase terra ou duas fases fase fase fase fase terra 20 23 24 Curto Circuitos e Esfor os Electrodin micos e fase terra sendo que a ocorr ncia deste tipo de defeito espec fico corresponde a cerca de 70 a 85 de todos os defeitos ocorridos Apesar de serem os mais frequentes s o tamb m os de menor magnitude e fase fase estes defeitos correspondem a cerca de 8 a 15 de todos os defeitos existentes sendo que normalmente degeneram num curto circuito trif sico e fase fase terra este defeito o mais grave dos assim tricos com uma ocorr ncia de 4 a 10 2 Curto Circuitos Sim tricos s o os CC que envolvem tr s fases com uma im ped ncia de defeito igual em todas as fases Se a imped ncia de defeito for nula designa se de CC franco 20 e Trif sico com uma baixa taxa de ocorr ncia entre os 3 e os 5 Sendo que correspondem ao pior defeito com correntes de elevada magnitude Para o projecto desenvolvido apenas as correntes de curto circuito m ximas s o de relev ncia visto que ser o estas que levar o determinac o dos esforcos electrodin micos m ximos e como refer ncia tamb m escolha do poder de corte dos disjuntores Entende se que o valor m ximo de corrente dado pela corrente de pico Ip e deve ser este valor que servir para avaliar os efeitos electrodin micos que a instala o deve suportar 22 4 Nesse sent
77. los diversos equipamentos que fazem parte da sua concep o e tamb m pelo inv lucro O tema referente aos inv lucros ser aprofundado numa fase posterior Quanto aos equipamentos que constituem os quadros el ctricos s o os seguintes e Dispositivos de Protecc o Contra Sobreintensidades e Dispositivos de Protec o Contra Contactos Indirectos e Aparelhos de Comando e Aparelhos de Seccionamento e Aparelhos de Sinaliza o A protec o contra choques el ctricos notoriamente uma das maiores preocupa es no projecto e consequentemente na concep o dos quadros el ctricos A l gica da protec o visa principalmente a protec o dos utilizadores Assim os utilizadores encontram se protegidos porque actualmente a protec o contra os contactos directos e indirectos realizada segundo um conjunto de regras que regulamentam essas mesmas protec es Ainda antes da explicita o dos referidos requisitos vai se tentar explicar quais as divis es por classes que classificam os equipamentos j que v rias refer ncias a estas classes ser o feitas ao longo do texto Assim nas Regras T cnicas de Instala es El ctricas de Baixa Tens o 12 as classes est o definidas da seguinte forma e Classe I Equipamento em que a protec o contra os choques el ctricos n o garantida apenas pelo isolamento principal Para os equipamentos da classe I prevista uma medida de seguran a complementar por meio da liga
78. m software feito para todos os quadristas e instaladores Esta ferramenta pretende vir simplificar o projecto dos quadros el ctricos e vem trazer mais uma alavanca GE no sentido de poder fornecer aos seus quadristas e instaladores um meio que os ajude no fabrico e montagem dos seus quadros Mas pretende se que esta ferramenta seja tamb m uma ajuda pr pria equipa da GE porque ser poss vel optimizar a utiliza o de suportes e de barramentos nos seus quadros el ctricos 1 3 Metodologia de Trabalho A metodologia de trabalho que regeu o desenvolvimento desta disserta o pode ser dividido em quatro etapas e 1 Etapa An lise bibliografia existente sobre os assuntos em estudo e 2 Etapa Escrita do estado da arte de forma a consolidar a teoria que sustenta a realiza o do projecto 1 4 Estrutura da Disserta o 3 e 3 Etapa Desenvolvimento de um algoritmo de c lculo que permita uma genera liza o a todos os casos de projecto cumprindo com todas as normaliza es feitas no mercado e na produ o e 4 Etapa Desenvolvimento da ferramenta para projecto de quadros el ctricos de baixa tens o Trata se de um software em Visual Basic com base em folhas de c lculo em Excel e 5 Etapa Teste da ferramenta por parte do autor e da equipa da GE e 6 Etapa Conclus o da escrita da parte pr tica e portanto da presente disserta o 1 4 Estrutura da Disserta o Para al m da introdu
79. m um o 100 V mm e sabendo quais os valores dos momentos resistentes W poss vel admitindo que a condi o da equa o 3 50 tem que ser verdade obter qual o momento de flex o para cada uma das situa es de coloca o dos barramentos Assim para o dimensionamento do espa amento entre apoios de barramentos nos seus valores limite pode se conjugar a equa o 3 43 com as equa es 3 46 e 3 48 No caso de se estar a utilizar a equa o 3 46 corresponde a modelizar a situa o extrema em que a for a s tem aplica o num ponto da barra mas que n o corresponde realidade No caso de se utilizar a equa o 3 48 sup em se a for a electrodin mica uniformemente distribu da ao longo da barra e que corresponde situa o real mas n o extrema Neste projecto apesar de se tentar apresentar todas as solu es de forma abrangente optou se por fazer este dimensionamento tendo em conta a situa o mais pr xima da realidade ou seja a situa o que modeliza o sistema de for as considerando as aplicadas uniformemente ao longo dos barramentos 45 1naimicos 3 2 Esfor os Electrod 999122 IS0Z0L L als 0000661 teresa DODOSAL 00033 Lector 68882 002 0491 Sees 0 299 2 99999 01002 DODOZEL 0082s 999E mez Dal Dee 2 9992 OE 2 9992 01091 000066 0096 000092 cese 0001 0 0002 000923 ooo 299312 the cego 9991 esse im II oc o os os om 0 0 eu ss 0 08 0 osso co ES o 000 2 99991
80. ma que o material do suporte ter que ter Existe ainda uma terceira caixa de texto onde pedido ao utilizador que indique caso saiba o valor da resist ncia m xima fadiga do material do suporte que pretendem utilizar Este valor pode servir como valor de compara o ao calculado pela ferramenta Esta compara o pode verificar ou n o a viabilidade do projecto retornando uma janela de erro caso Tcalculada gt Tutilizador Essa janela de erro d algumas sugest es ao utilizador de como alterar o projecto em curso e remete o para o primeiro formul rio de forma a dar nicio a um novo processo de c lculo No caso de n o se fornecer este dado o processo segue sem interrup es sendo indicado no final o valor da resist ncia fadiga m nima que o material ter que ter O bot o Continuar permite como anteriormente saltar para o seguinte formul rio O quarto formul rio tamb m o ltimo pode se ver que um resumo do projecto efectuado sendo compilada toda a informa o tanto fornecida como produzida pelo programa 5 2 Aplica o da Ferramenta 77 De ressalvar que neste formul rio existe a possibilidade de fazer a impress o do re lat rio final de projecto onde utilizada por defeito a impressora pr definida do com putador onde se esteja a trabalhar Este relat rio final assemelha se em tudo ao ltimo formul rio apresentado na figura 5 7 inclusiv a n vel de grafismo 5 2 Aplica o
81. nationale IEC 60529 IEC Second edition 2001 87 88 17 18 19 20 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 REFER NCIAS Norme Internationale IEC 62262 TEC First edition 2002 Prof Doutor Jos Lu s Pereira da Silva Concep o de Instala es El ctricas de Utiliza o em Baixa Tens o Introdu o Apontamentos da disciplina de Instala es El ctricas FEUP 2007 L M Vilela Pinto T cnicas e Tecnologias em Instala es El ctricas CERTIEL Associa o Certificadora de Instala es El ctricas Second edition 2003 Prof Doutor Cl udio Domingos Monteiro Curto circuitos Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto apontamentos da disciplina de Regimes Estacion rios do Sistema El ctrico de Energia 2007 Jos Pedro Sucena Paiva Redes de Energia El ctrica uma an lise sist mica IST Press 2005 Prof Doutor Manuel Ant nio Matos Introdu o ao c lculo de curto circuitos trif sicos sim tricos pela norma cei 909 apontamentos da disciplina de instala es el ctricas Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 1996 Prof Doutor Jos Lu s P Pereira da Silva An lise computacional de curto circuitos sim tricos com recurso matriz de imped ncias nodais da rede Faculdade de Enge nharia da Universidade do Porto 1996 J Lewis Blackburn Symmetrical Componnents for Power Systems Engineering Mar cel Dekker Inc 1993 Stuart M We
82. ntworth Fundamentals of Electromagnetics with Engineering Applica tions John Wiley Sons Inc First edition 2005 Joan Gallego i Fern ndez Manual t cnico de c lculo de l neas en baja tensi n y aplicaciones IBERICA BD S A First edition Maio 1993 James Lathrop Meriam L G Kraige William J Palm II Mec nica Livros T cnicos e Cient ficos Editora 5 edition 2004 Ferdinand P Beer E Russell Johnston Jr Elliot R Eisenberg Mec nica Vectorial para Engenheiros McGraw Hill de Portugal 6 edition 1998 L M Vilela Pinto MGCALC 1 2 Merlin Gerin de Portugal First edition Fevereiro 1993 Raquel S Lotti Andr Wilson Machado nio Tonani Mazzieiro Janes Landre J nior Aplicabilidade cient fica do m todo dos elementos finitos 2006 J N Reddy An Introduction to Nonlinear Finite Element Analysis Oxford Univer sity Press First edition 2004 R T Lythall The JP Switchgear Book Newnes Butterworths Seventh edition 1972 Mauricio Guilherme Artico Silva Prof Dra Teresa Dib Zambon Atvars Andr a Graf Pedroso and Dr Derval dos Santos Rosa Reciclagem de comp sitos de poli ster reforcado com fibra de vidro IX congresso interno de iniciac o cient fica da unicamp Setembro 2001
83. o das solu es num ricas com solu es obtidas experimentalmente na pr tica A valida o corresponde a determinar at que ponto o modelo matem tico e portanto a resposta computacional j verificada corresponde s especifica es f sicas requeridas e definidas para o sistema Caso estas condi es n o se verifiquem isso implicar uma nova defini o ao modelo matem tico As solu es para este m todo representam quais os pontos principais de stress nos materiais Sendo que a forma de entender qual a dimens o do stress no material por an lise dos graus de liberdade um dos par metros analisados no MEF Essa intensidade de graus de liberdade representada habitualemnte a cores com intensidade que cresce quando o grau aumenta Podem se ver exemplos disso na figura 3 19 Neste projecto poderia ser aplicado este sistema produ o dos quadros el ctricos assim como produ o dos suportes por an lise dos esfor os mec nicos existentes de vido s correntes de curto circuito A ideia seria optimizar estas solu es tanto no tipo de material empregue at sua forma construtiva No entanto percebe se que muitos dos par metros necess rios implementa o do m todo s o caracter sticas produtivas Portanto seria necess rio um contacto estreito com a sec o produtiva e seria necess rio obter software s pr prios para a resolu o dos sistemas matem ticos definidos Pelo que 50 Curto Circuitos e
84. o ligado terra e satisfazendo todas as outras condi es de TRS 3 TRF Tens o Reduzida Funcional isto tens o reduzida que n o obedece nem s regras da TRS nem s regras da TRP As regras gerais que regem a protec o por tens o reduzida est o explicitados na Tabela 2 1 Na protec o contra contactos directos podem se referir as seguintes formas de pro tec o e Isolar os condutores com materiais apropriados e Utilizar barreiras ou inv lucros com um IP adequado e Concep o da instala o tendo em conta dist ncias de seguran a adequadas e Protec o complementar atrav s da utiliza o de dispositivos diferenciais O resumo s medidas de protec o contra os contactos directos encontram se sinteti zados na Tabela 2 2 da p gina 12 Na protec o contra contactos indirectos existem diferentes m todos de protec o Utiliza o de materiais que asegurem uma protec o classe IT Esta defini o prende se com equipamentos dotados de duplo isolamento ou com iso lamento total Isto implica um emprego de materiais de maior capacidade de isolamento na constru o dos quadros el ctricos Protec o em ambientes n o condutores Todas as partes ou componentes condutores desprotegidos devem estar de forma a impedir que qualquer pessoa possa tocar em qualquer parte ou componente em tens o Esta instala o n o requer nenhum condutor de protec o Protec o mediante isolamento galv n
85. ot o Sec o do Barramento faz com que o programa preencha as caixas em baixo com todas as solu es poss veis para a corrente especificada Desta apresenta o espera se que o utilizador fa a a escolha da solu o que mais lhe convier Esta escolha implica que o sistema na sua base aponta a resolu o do problema para essa escolha Isto quer dizer que o c lculo dos momentos que dependem do n mero de barramentos e da sua respectiva sec o passam a ser calculados segundo esse pressuposto A indica o das caixas de texto que aparecem em segundo lugar s o uma refer ncia 74 Ferramenta para Quadristas no caso de se querer optar por uma soluc o da GE Nesse caso ter necessariamente que se escolher uma das solu es l indicadas apenas s o indicadas solu es quando estas forem indicadas para as correntes de servico estipuladas pelo utilizador No caso de n o selec o de um dos par metros requeridos e premindo o bot o Con tinuar o programa retorna um erro indicando que todos as selec es dever o ser efectu adas O bot o Continuar permite nos saltar para o formul rio seguinte O segundo formul rio apresentado na figura 5 5 Este formul rio tem duas caixas de texto onde o utilizador dever inserir os dados referentes corrente de curto circuito do projecto sem se preocupar com os valores m ximos de pico pois o programa interna mente faz j a convers o para esse valor Post
86. pamento de controlo GE ou seja empresas com capacidade de produ o que fabricam os seus pr prios arm rios e suportes Figura 4 12 Exemplo de Montagem de Barramentos no arm rio Modula Plus 3 62 Arm rios e Barramentos Tabela 4 3 Sec es de Barramentos GE para arm rios Modula Plus 3 EEE RO da Barras por Fase N de Barras do Neutro E 4000 Apesar de se ter feito um estudo de forma a que a ferramenta desenvolvida fosse de utilidade tanto pela GE como pelos seus quadristas certificados sao neste capitulo postos em evid ncia os equipamentos para arm rios da GE E por consequ ncia o suporte da GE No capitulo seguinte vai se alargar a vis o tornando a abrangente no sentido do c lculo de esfor os e de suportes se adeque a solu es generalistas No caso do Modula Plus para correntes de servico at 4000A e para correntes de Le que podem chegar aos 80kA a montagem e suporte de barramentos feita como se pode ver na figura 4 12 Os barramentos utilizados s o tamb m produzidos pela empresa em quest o pelo que as sec es dos pr prios barramentos nem sempre a normalizada valores normalizados presentes na tabela 3 2 Essa op o prende se com uma normaliza o produtiva optando se por fabricar barras de cobre de 5 mm de espessura de forma a que o fabrico das barras e dos suportes seja uniformizado de forma a reduzir os custos de produ o Os barramentos s o todos compostos por barras de cobre de
87. plica que se questionasse a validade das mesmas At porque os pressupostos utilizados n o parecem na opini o do autor autor pressupostos que levem a valores m ximos de esfor os Na pr tica sabe se que as considera es que levariam a um valor de for a electro din mica m xima consistem em considerar R 0 e p 90 Utilizando estas mudan as e mantendo os restantes presupostos e Valor da corrente nominal ou corrente de servi o Is 40004 e Sec o do Barramento 4 x 160 x 5 mm e Valor eficaz da corrente de curto circuito Tee 70kA Dist ncia entre fases no suporte d 90mm e ngulo do factor de pot ncia 90 e ngulo de esfazamento a 0 e Utilizando par metros da rede n o conhecidos 7 0 80 Ferramenta para Quadristas Estas considera es e como j foi explicitado anteriormente pressup em a utiliza o da equa o 3 38 que considera a corrente igual em todas as fases curto circuito trif sico sim trico Neste caso fazendo os c lculos equa o 5 3 obt m se qual o valor do espa amento entre suportes para estes presupostos 513mm Esta considera o implica que o valor m ximo da corrente est tico e permanente e portanto a determina o do valor m ximo da for a electrodin mica depreende a utiliza o das seguintes equa es L ES Icc 5 12 l fe 0 2 Ip 5 5 13 fe 70560 N m 5 14 Considerando o valor da for a electrodin mica m xima e do
88. porte da sua montagem e da dist ncia que estes devem ter uns dos outros quando montados no quadro dependente dos efeitos poss veis que um curto circuito pode provocar A ferramenta inform tica desenvolvida tem como base este estudo e estas condicio nantes e pretende ser um software de utiliza o simples mas que permite mediante a informa o do projecto el ctrico ajudar no dimensionamento dos quadros el ctricos por parte de quadristas e instaladores ii Abstract This document corresponds to the thesis report Development of a Tool to Project Low Tension Electrical Switchboard s under the Final Project of the Integrated Master in Electrical and Computers Engineering Major Energy Faculty of Engineering University of Porto In generical terms this project refers to the study of low tension switchboard s to the international standards and constraints of it s sizing and specific construction It refers also to the study of the enclosures electrical instalations classes and to the rates of protection of this equipament It is also a study to the short circuit currents and it s effects on the electrical switch board s specifically the efforts that appear due to the appearence of the electrodynamic forces Those forces cause efforts in the busbars installed in the switchboard and conse quently in their supports The optimization to the way of manufacturing it s instalation in the switchboard and the distance that th
89. pr prios suportes Ou seja pretende se que a utilizac o daquela poderosa ferramenta de simulac o resulte numa optimizac o da construc o dos quadros el ctricos de baixa tens o Essa soluc o necessitar de uma componente computacional forte sendo necess rios conhecimentos ou estudos a n vel de programac o profundos Noutra perspectiva poder ser feito um estudo econ mico sobre as vantagens inerentes da ferramenta sendo nesse caso uma mais valia o contacto com v rios dos clientes finais quadristas e instaladores com quem se possa atrav s da an lise de projectos realizados obter valores monet rios referentes s optimiza es obtidas tamb m uma possibilidade fazer um estudo das altera es que ser o necess rias fazer na constru o de quadros el ctricos de baixa tens o que operem em regimes de correntes nominais elevados ainda que nunca superiores aos 9000 A para que estes se tornem equipamentos de classe II Estudar quais as implica es t cnicas e econ micas dessas altera es 86 S ntese e Conclus es Refer ncias 1 2 11 12 13 14 15 16 http html rincondelvago com protecciones electricas html Acedido em Maio 2009 Otto Guthmann Rolf Pohlmann Willi J Schmitt Wolfgang Tettenborn Helmut Wittwer Manual de Instala es El ctricas BBC Brown Boveri Edi o Ordem dos Engenheiros Regi o Norte Sixth edition 1982 GE Consumer Indutrial Power Pro
90. premissas do problema assim como os par metros a incluir na an lise dever o ser cuidadosamente escolhidos consoante o objectivo final Thus the objectives will dictate the type of idealization of the system to be adopted for example should we model as a two dimensional or three dimensional problem analyze as a linear or nonlinear problem and what type 3 2 Esfor os Electrodin micos 49 of nonlinearities to be considered what type constitutive model to be used how are the loads and boundary conditions of the actual system are idealized what coupling effects if any to be considered 31 Portanto em suma e ap s a defini o do modelo matem tico a aproxima o no modo computacional ao problema pode ser definido pelos seguintes t picos 31 1 Escolha das vari veis desconhecidas que acabam por definir qual o modelo de ele mento finito a ser aplicado 2 Tipo de Elementos 3 Tipo de malha 4 Defini o da solu o do m todo iterativo 5 Crit rio de erro 6 Toler ncia de erro 7 Defini o do n mero de itera es a serem realizadas pelo processo at atingir a solu o ptima No final torna se apenas necess rio validar o modelo matem tico definido e tamb m verificar o algoritmo computacional A verifica o partindo do princ pio que os resultados dados pela an lise compu tacional s o iguais aos do modelo matem tico pode ser efectuada por compara
91. r a coloca o dos suportes que sus tentam os barramentos pois para estes casos utiliza se apenas dois suportes nos extremos at 400A e mais um suporte interm dio no caso de valores superiores e at os 630A Existe assim o suporte dos barramentos colocados paralelamente ou com suporte em es cada Ambas as solu es permitem a sua montagem em cela lateral colocada ou direita ou esquerda do arm rio A montagem tanto pode ser efectuada com a coloca o dos barramentos paralelamente opostos ou utilizando a montagem em escada Os suportes utilizados em todas estas solu es e para melhor entendimento podem ser visualizados na figura 4 8 No caso dos barramentos montados paralelamente pode se tamb m fazer a montagem destes no arm rio na zona posterior atr s da aparelhagem que constitui o quadro Neste caso a coloca o dos barramentos al m de poder ser feita na vertical tamb m pode ser feita na horizontal Solu o que pode ser visualizada na figura 4 9 Para todos os casos at aos valores de corrente nominal de 400 A utilizam se as barras com as dimens es apresentadas anteriormente No caso de estarmos a falar de correntes 4 2 Barramentos 59 Montagem Horizontal na parte Montagem em paralelo para 630 A posterior do Armario Montagem Vertical em Cela Figura 4 9 Formas de montagem de barramentos at 630 A montados em cela e arm rio 3 superiores e at aos 630 A utiliza se um conjunto de 4 barras de 3
92. r sempre o inv lucro de classe 1 com equipamento diferencial entrada Isto prende se com a sensibilidade do projectista pois as solu es que permitem classe II n o contemplando esta protec o diferencial entrada s o obviamente mais dispendiosas No entanto independentemente da ocorr ncia do defeito n o provocam o disparo de todo o quadro mantendo a protec o contra os contactos directos sem provocar o desligar de toda a instala o A escolha do inv lucro a utilizar deve ser ponderado por an lise dos factores condici onantes do projecto 2 3 Conclus o No presente cap tulo tentou se fazer uma apresenta o do que s o os quadros el ctricos de baixa tens o na envolv ncia das regras referentes s instala es el ctricas de baixa tens o que est o inseridas as que se aplicam a estes equipamentos Tentou se entender e perceber as ideias fundamentais que se prendem com o dimensionamento destes equipa mentos e quais as condicionantes a ter em conta Estudaram se tamb m os v rios tipos de contactos e as formas de protec o contra a ocorr ncia de defeitos 2 3 Conclus o 21 Foi tamb m feita uma apresentac o da generalidade dos arm rios da sua forma cons trutiva tendo sido enfatizados os ndices de protec o IP e IK Estudaram se quais os tipos de inv lucros existentes e o porqu da sua exist ncia nomeadamente quanto classe de instalac o em que se inserem ex classe 11 22 Qu
93. rotec o contra as ac es mec nicas 10 o msopretegido a oa joe Dc oo te ao TT ES mes smp s oq gt Hosojoule SO os TI S 70 os aoojoule oo lo 20j0le__ _ _ 3 o o 500joue SO o 1000joue f ooo S e B Acesso de dedo da m o protegido e C Acesso de ferramenta com di metro de 2 5 m protegido e D Acesso de fio com 1 mm de di metro protegido A segunda letra pode tomar as designa es H M S ou W que significam e H Equipamento de alta tens o M Equipamento em movimento durante o ensaio com gua S Equipamento parado durante o ensaio com gua e W Equipamento sujeito a intemp ries O inv lucro n o deve mostrar nenhum defeito que coloque em causa o grau de protec o definido por IPXX 3 O c digo IKXX tamb m caracterizado por um grupo de algarismos XX Este ndice e algarismos 00 a 10 s o relativos protec o contra os choques mec nicos A indica o do significado num rico dos ndices consulta se facilmente na Tabela 2 4 retirada de 10 2 2 2 Tipos de Inv lucros Os tipos de inv lucros existentes segundo as pesquisas efectuadas aos v rios fabricantes de inv lucros para quadros el ctricos s o divididos em dois tipos e Inv lucros Met licos 20 Quadros El ctricos de Baixa Tens o e Inv lucros de Poli ster A escolha dos diferentes tipos de inv lucros refere se essencialmente ao tipo de uti lizac o
94. s as solu es para o suporte dos barramentos encontra se j pre definida e dimensionada sem possibilidade de altera o Isto acontece tamb m porque este arm rio o que tem 56 Arm rios e Barramentos Figura 4 6 Arm rios Modula Plus 3 um maior regime de operac o ao n vel do suporte de correntes de servico e de curto circuito que possam existir Mas a an lise das formas de colocac o de barramentos e a sua implementa o ser feito na sec o seguinte deste cap tulo e ser nesse momento que se explicar o as diversas formas construtivas Sistema VP Este um arm rio mais polivalente que os anteriores visto que fabricado em poli ster permitindo a sua utiliza o em v rios tipos de instala es inclusiv em instala es residen ciais O fabrico em poli ster implica que este se enquadra com os par metros da classe II em conformidade com os requisitos da norma 15 A sua limita o em compara o com o anterior prende se com o facto de poder operar at um m ximo de 1250 A de corrente nominal n o sendo poss vel utilizar esta solu o em projectos de maior envergadura Estes sistemas de arm rios podem ser tanto murais como de montagem no solo S o arm rios de duplo isolamento com espelhos de protec o igualmente isolantes fabricados em poli ster refor ado a fibra de vidro as suas portas s o em chapa de a o electrozincado e possuem as seguintes como j dito classifica es 16 17
95. s a falar at ao momento de equipamentos e montagens j pr estabelecidas e sem possibilidade de optimizac o atrav s deste projecto mas que ficam como um estudo e explana o s possibilidades e solu es t cnicas existentes que comp em uma gama de quadros el ctricos de baixa tens o que abrangem valores de corrente de servi o vastos 4 2 Barramentos 61 Figura 4 11 Exemplos de montagem em arm rios de sistema VP Assim o arm rio Modula Plus o que permite um regime de operac o mais alargado pois permite operar at correntes de 4000A como j estava referido anteriormente J se viu que at correntes de 630 A a utilizac o e instalac o de barramentos se assemelha ao arm rio Modula 630 E a partir deste valor de corrente e at aos 4000 A que torna a utiliza o de barramentos variada Como estamos a falar de instala es industriais de maior envergadura e com regimes de tens o mais elevados estaremos tamb m a falar em correntes de curto circuito que podem atingir valores altos Sendo que por experi ncia a normalidade na larga maioria dos projectos aponta para valores de Tec usuais de 50kA No entanto podem existir projectos em que estes valores sejam mais elevados no sentido de ponderar todas as possibilidades que o estudo de esfor os electrodin micos e de optimiza o da instala o de suportes se torna interessante Mesmo a n vel de quadristas que usam solu es fabricadas por eles mas com equi
96. s restantes par metros a forca exercida nos suportes F 924 kgf 5 15 Considerando de novo a informac o obtida na figura 4 13 e considerando os pressu postos da figura 5 9 T Material es 1 93 kgf mm 18 87 N mm 5 16 Na realidade a resist ncia m nima fadiga que o material teria que ter continua a ser inferior aos 39 88 N mm reais do suporte No fundo as condi es que se usaram agora implicam exactamente a situa o extrema de dimensionamento que se usa para a determina o da corrente de pico equa o 5 12 e que leva a um valor da constante k de 2 mas que se alterou para 1 8 j que esse ser o valor a utilizar em baixa tens o Da os valores mais elevados visto que n o se est a adaptar o c lculo a condi o nenhuma mas sim ao valor m ximo poss vel Com isto conclui se que estes ltimos pressupostos levam a um dimensionamento mais seguro para a instala o pelo que a op o de usar estes valores como os pr definidos na ferramenta parece correcto 5 3 Conclus o A ferramenta desenvolvida tem na sua base uma ferramenta de c lculo que o Excel Caso se queira efectuar a inser o de dados na base da ferramenta ser necess rio aceder s folhas de c lculo propriamente ditas Quanto s f rmulas de c lculo n o se 5 3 Conclus o 81 aconselha a altera o das mesmas mas poss vel efectuar essas altera es tal como anteriormente Quanto aos formul rios d
97. seado nestes estudos desenvolveu se uma ferramenta capaz de ajudar no desenvol vimento e no projecto referente a quadros el ctricos de baixa tens o 6 1 S ntese A an lise feita aos diversos tipos de quadros el ctricos de baixa tens o e regras que influenciam a sua constitui o permitiu ao autor aprofundar e conhecer caracter sticas e condicionantes da constru o destes equipamentos Desta forma no decorrer do estudo referente ao estado da arte foi ganha uma percep o e uma sensibilidade que permitiu implementar os conhecimentos te ricos ao objectivo pr tico de forma a que os resultados optimizassem os conhecimentos da empresa e dos seus respectivos instaladores e quadristas Quanto aos barramentos o presente relat rio permitiu afinar os valores apresentados pela empresa de correntes de servi o especificadas e normalizadas por tipo barramento Sendo que nem sempre os valores dados pela empresa correspondiam aos valores normali zados A divis o portuguesa da empresa encontra se na realidade afastada da sec o pro dutiva dos arm rios barramanetos e respectivos suportes Apesar de um conhecimento superficial suficiente para a apresenta o de solu es t cnicas para projectos el ctricos 83 84 S ntese e Conclus es nem sempre se entendia o porqu de algumas das especifica es e esta disserta o veio col matar o conhecimento sobre algumas das defini es presentes na constru o dos quadros O
98. separa o el ctrica 12 Quadros El ctricos de Baixa Tens o Tabela 2 2 Resumo das medidas de protec o contra contactos directos 10 1 As partes activas devem ser colocadas dentro de inv lucros ou por tr s de barreiras com IPZIP2X 1 Todas as partes activas devem ser completamente isoladas por isolamento que apenas se possa retirar por destrui o fiquem acess veis pela abertura s o partes activas e terem robustez e durabilidade para manterem o grau de considerada por si s uma medida sufeciente 2 O volume de acessibilidade pode ser condicionado por obst culo na horizontal mantendo se na vertical De referir que estas medida n o o afastamento de 2 5 m importante a aplica o correcta das outras medidas referenciadas 2 1 Generalidades sobre Quadros El ctricos 13 2 1 2 1 Normas Aplic veis As regras fundamentais que regem a montagem e o fabrico de quadros el ctricos inscrevem se na norma internacional IEC 439 1 15 Esta norma refere se a quadros el ctricos de baixa tens o e aos equipamentos que dele fazem parte S o tamb m de destacar as normas que regulam os ndices de protec o dos quadros el ctricos As normas que os regulementam s o a norma internacional TEC 60529 16 ndice IP e norma internacional TEC 62262 17 ndice IK 2 1 2 2 Aspectos Gerais de Dimensionamento Na concep o do que dever ser um quadro el ctrico para uma determinada instala o
99. ste valor de espa amento o valor da for a o seguinte F 663 kgf 5 10 Considerando a informa o obtida por an lise do suporte da GE figura 4 13 e con siderando os pressupostos da figura 5 9 poss vel definir qual ter que ser a resist ncia m nima fadiga que ter que ter o material do suporte Considerando que na montagem dos barramentos tem se dois suportes colocados de forma oposta e a rea de contacto da ranhura para o suporte de 240mm ent o gt 240mm x 2 480mm a ranhura poss vel analisar na figura 5 2 no suporte da GE 5 2 Aplica o da Ferramenta 79 Dois Suportes Seccc o de contacto com o suporte Figura 5 9 Secc o de Suporte dos barramentos a 8mm b 30mm Sabendo o valor m ximo da for a que aplicado no suporte obt m se a resist ncia m nima fadiga que o material do suporte ter que ter 663 9 2 material 480 1 38 kgf mm 13 54 N mm 5 11 Sabendo que o suporte da GE fabricado em poli ster reforcado com fibra de vidro e a sua resist ncia m xima flex o material 39 88 M pa 39 88 N mm 33 Pode se ver que o valor calculado inferior a esta refer ncia ficando assim confirmado que este projecto vi vel 5 2 2 Utilizando os pressupostos de dimensionamento propostos No entanto o facto de n o ter sido poss vel obter o porqu das considera es iniciais que levaram ao dimensionamento do suporte im
100. tala es s o de referir as condi es de pro tec o contra curto circuitos de referir a utiliza o de fus veis e disjuntores conveni entemente dimensionados com o intuito de se obter uma protec o efectiva contra este tipo de defeito Esta caracter stica dos equipamentos prende se com a sua capacidade de actuarem de forma a proteger tanto a instala o como a si pr prios Esta caracter stica aquilo a que se chama de poder de corte 10 Esta designa o a defini o obviamente utilizada pelos fabricantes mas tamb m a designa o utilizada em projectos de engenharia de instala es el ctricas O valor do poder de corte especificado com base no c lculo efectuado para o valor de curto circuito calculado em cada projecto Ocorre um curto circuito quando a energia el trica encontra um caminho de retorno com menor resist ncia que aquele que encontraria passando normalmente por um aparelho Esse novo caminho n o necessariamente o mais curto em termos de dist ncia mas sim em termos de menor resist ncia Se dois condutores entrarem em contacto fase e neutro por exemplo n o havendo um aparelho por onde circule a energia mas sim um percurso de muito baixa resist ncia a corrente torna se intensa colocando em perigo a instala o Ocorreu o que denominamos de curto circuito ou seja o circuito percurso n o passa pelo aparelho alimentado grande resist ncia mas vai diretamente ao retorno qu
101. tection Cat logo Industrial Distribui o In dustrial Reconer o e Comuta o Caixas e Arm rios Industriais General Electric 2006 Determina o das correntes de curto circuito Departamento de Engenharia Elec trot cnica e de Computadores Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade de Coimbra Norme Internationale IEC 60909 IEC First edition 2001 http www fft be 2id 81 Acedido em Abril 2009 http www meta synthesis com webbook Acedido em Abril 2009 http public ca sandia gou csit research visualization shoe php Acedido em Abril 2009 http nylander wordpress com 2006 05 Acedido em Abril 2009 Jos Lima Morais e Jos Marinho Gomes Pereira Guia T cnico das Instala es El ctricas CERTIEL Associa o Certificadora de Instala es El ctricas Second edi tion 2007 DIN 43671 DIN Deutsches Institut Normung 1978 RTIEBT Regras T cnicas das Instala es El ctricas de Baixa Tens o 1 Edi o Anotada Volume 1 Direc o Geral de Geologia e Energia CERTIEL Associa o Certificadora de Instala es El ctricas 2006 GE Consumer Indutrial Power Protection Cat logo Residencial Aparelhagem de instala o aparelhagem modular e Quadros de distribui o General Electric 2006 International Standard TEC 60364 4 48 TEC International Electrotechnical Co mission Third edition 2008 Norme Internationale IEC 60439 1 IEC Third edition 1992 Norme Inter
102. ter que aguentar no limite em N e em kgf Quando se pressiona o bot o Continuar o programa leva nos para o formul rio se guinte isira o Valor de a e de b consultar a imagem em baixo ira o valor da Resist ncia M xima do Material do Suporte N mm2 Caso n o conhe a este valor deixe esta caixa em branco alor Referente ao Material de Suporte da GE 39 88 N mm2 Figura 5 6 3 Janela de Interface com o Utilizador O terceiro formul rio o representado na figura 5 6 Neste formul rio requerido ao utilizador que este insira os dados referentes s ranhuras do seu suporte Pede se os valores 76 Ferramenta para Quadristas Relat rio Final Secc o do Barramento Escolhido mm N mero de Barras por Fase Valor de Curto Circuito do projecto kA Dist ncia entre Fases mm Forca Electrodin mica N m Espacamento entre Suportes mm Forca M xima que ter que Suportar o Suporte kgf Forca M xima que ter que Suportar o Suporte N Resist ncia M nima que ter que ter o Material N mm2 Figura 5 7 4 Janela de Interface com o Utilizador que permitem a definic o da secc o da ranhura que entra em contacto com o barramento Para a definic o da ranhura pedido o valor de a e de b que representam a largura e comprimento da sec o desta Esses valores s o ent o usados para definir a resist ncia fadiga m ni
103. tos Tabela 4 2 Barramantos Horizontais para o sistema VP de arm rios 3 Sec o dos Barramentos mm 12x5 12x5 100 mm2 340 mm2 2x20x10 2x30x10 Corrente Nominal A 250 250 400 800 1000 1250 Resist ncia corrente de CC de pico kA 30 30 53 110 110 110 Dist ncia entre Suporte mm 225 225 225 225 225 R 225 ver os v rios suportes para os sistema VP na figura 4 10 Les bh de A Ser me ve a E e 1 N A dd o gt x ns gt or C 4 L ety Ks Kim t mn a E S Pa 4 i gs Suportes em Escada Suportes para montagem posterior no Suportes Para barras verticais tanto leri quadro Verticais e Horizontais de perfil rectangular como em C Para correntes Nominais at 1250 A Para correntes Nominais at 630 A Para correntes Nominais at 800 A Figura 4 10 Suportes para o sistema VP de arm rios 3 Tamb m este arm rio permite a montagem em cela lateral Quando se fala de correntes superiores aos 800 A est se a falar de montagem apenas em cela utilizando os suportes em escada Para correntes inferiores aos 800 A existe a possibilidade de montagem em cela e tamb m de montagem na parte posterior do arm rio utilizando os outros suportes consoante a corrente nominal do quadro em quest o Pode se visualizar dois exemplos pr ticos de montagem de barramentos no sistema VP na figura 4 11 esquerda montagem posterior e direita montagem em cela Estivemo
104. tos x sec es que satisfa am a condi o de terem a corrente m xima admiss vel Iz superior corrente nominal de servi o Tabelas estas baseadas em valores normalizados V rias op es ir o corresponder permissa e nesse sentido competir ao utilizador escolher a solu o que mais lhe convier De forma geral temos o seguinte Corrente Nominal do Quadro ou Corrente de Servi o Iserv 4 Consultando ent o a tabela 3 2 verificam se todos os casos em que se verifica a condi o Iz gt Iserv gt n debarrasxSeccao Como as solu es da GE est o pr definidas e a sua inclus o importante foi inclu da uma nota que indica que caso se queira uma solu o da GE a escolha dos barramentos dever recair sobre determinada selec o apresentada tamb m em caixas de texto selec o igualmente feita apenas sobre as solu es que apresentam uma corrente m xima admiss vel superior corrente nominal Come ando pela determina o da for a electrodin mica esta poderia ser feita por fase utilizando as considera es feitas na equa o 3 41 sendo poss vel obter uma repre senta o gr fica do momento no tempo em que se verifica a for a electrodin mica maxima O formul rio empregue depende de alguns factores que poderiam que ser fornecidos pelo utilizador mas optou se por manter tais valores como pr definidos na base da ferramenta valores de R de X tamb m do ngulo do factor de pot ncia e do n
105. tros a e b Conhecendo esses dois valores ser ent o poss vel determinar a superf cie de contacto a que chamaremos S S a x b mm De forma a determinar a resist ncia fadiga m nima que ter que ter o material que constitui o suporte necess rio o j calculado valor da for a usando se a seguinte express o F N 2 Tmaterialdosuporte g N mm 5 7 O conhecimento dos dados referentes produc o do suporte s o essenciais no entanto v o se supor duas situa es 1 Sabe se priori o valor da resist ncia fadiga do material do suporte 72 Ferramenta para Quadristas 2 Quer se determinar o valor da resist ncia fadiga m nima que ter que ter o material do suporte Ou seja na primeira situac o utilizar se o c lculo feito pela ferramenta para o com parar com o valor conhecido e fornecido pelo fabricante de forma a verificar a viabilidade do projecto ali s como se pode ver no diagrama apresentado na figura 5 1 No caso do projecto retornar como n o vi vel s o dadas ao utilizador algumas sugest es para alterar o mesmo de forma a que este se torne vi vel As sugest es s o as seguintes e Aumento do valor da sec o do barramento Aumento do n mero de barras por fase para a mesma sec o Aumento da dist ncia entre as fases no suporte Altera o da sec o da ranhura do suporte a e b Altera o do material de construc o do suporte aumentando a
106. ultados obtidos atrav s da ferramenta 2 Possibilidade de impress o de um relat rio com toda a informa o Projecto Vi vel Finaliza o Processo de C lculo Figura 5 1 Diagrama do utilizador da Ferramenta desenvolvida 5 1 Software Desenvolvido 71 Na f rmula anterior Ip a corrente de pico da corrente de curto circuito Como j foi referido a f rmula que permite obter esta corrente a equa o 3 38 Os valores para os momentos m ximos encontram se na tabela 3 1 visto que j tinham sido calculados no cap tulo 3 A dist ncia d a Tec e a corrente de servi o para a escolha da solu o de barramentos e consequente c lculo do momento s o inc gnitas e todas t m que ser conhecidas de forma a poder concluir o processo de c lculo definido O c lculo da for a que ter que suportar o suporte sendo que nesta fase j foi calculada a dist ncia entre suportes pode ser calculada pela equa o 5 2 Na maior parte dos manuais o valor da for a apresentado em quilograma forca mas sendo a unidade do sistema internacional o Newton optou se por incluir ambos na apresenta o dos resultados da ferramenta Mm zx 8 F ECN gt F kgf F N 9 8 5 6 f Figura 5 2 Ranhuras de suporte para sustenta o de barramentos Analisando a figura 5 2 pode se ver que existem dois par metros necess rios para saber qual a superf cie que estar em contacto com o barramento que s o os par me

Desenvolvimento de uma Ferramenta para Projecto de Quadros

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