Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza

GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO

Processo de Geração e Distribuição

de Energia Elétrica

Prof. Henrique F. Malaguti

Paraguaçu Paulista

2009

SUMÁRIO

1. FORMAS DE ENERGIA 01

1.1. Energia Cinética 01

1.2. Energia Mecânica 01

1.2.1. Energia Cinética 01

1.2.2. Energia Potencial 02

1.3. Energia Térmica 02

1.3.1. Dilatação 02

1.4. Energia Química 03

1.5. Energia Elétrica 03

1.5.1. Centrais de Energia das Ondas 04

1.5.2. Centrais Fotovoltaicas 04

1.5.3. Centrais Geotérmicas 05

1.5.4. Centrais Talassomotrizes ou Maremotrizes 05

1.5.5. Centrais Eólicas 06

1.5.6. Centrais Hídricas 06

2. ELETRICIDADE 07

2.1. Tensão elétrica e diferença de potencial (ddp) 07

2.2. Corrente elétrica 07

2.2.1. Corrente Contínua e Alternada 08

2.3. Resistência Elétrica 08

2.4. Primeira Lei de Ohm 09

2.4.1. Segunda Lei de Ohm 10

2.5. Potência, Trabalho e Energia Elétrica 12

2.5.1. Potência 12

2.5.2. Unidade de energia watthora (Wh) 12

3. ATERRAMENTOS 13

3.1. Tipos de Aterramento 14

4. DISPOSITIVOS DE COMANDO 14

4.1. Botões de Comando (botoeiras) 14

4.2. Sinaleiros 15

4.3. Chaves Fim de Curso - Interruptores 15

4.3.1. Micro interruptor 16

4.4. Contatores 17

4.4.1. Disjuntor com Câmara de Extinção de Arcos Voltaicos 18

4.4.1.1. Disjuntores a sopro magnético 18

4.5. Relé Temporizador 19

4.6. Transformador De Corrente (Auto Trafo) 20

5. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO 20

5.1. Relé Térmico 20

5.2. Fusíveis 21

5.2.1. Fusível tipo cartucho 22

5.2.2. Fusível tipo diazed, retardado, rápido e ultra-rápido 22

5.2.3. Fusivel tipo NH, retardado, rapido e ultra-rapido 23

6. MOTORES 23

6.1. Motor monofásico 23

6.2. Motor trifásico 23

6.3. Partida de motores 24

7. PAINÉIS DE COMANDO 24

7.1. Proteção de Motores Elétricos em BT e MT 25

7.1.1. Centro de Controle de Motores de Baixa Tensão 25

7.1.2. Centro de Controle de Motores de Média Tensão 26

8. RETIFICADOR DE CORRENTE ALTERNADA EM CORRENTE

CONTINUA

26

8.1. Retificador industrial 26

8.2. Banco de Capacitores 27

8.2.1. Legislação Atual 28

8.3. Inversor CC/CA 31

9. TRANSFORMADOR DE FORÇA (POTENCIAL) 32

9.1. Painel de Média e Baixa Tensão 32

9.2. Painel de Serviços Auxiliares CA/CC 33

9.3. Painel de Interface 33

10. LIGA/DESLIGA GAVETAS DE MT E BT 35

11. SIMBOLOGIA EM COMANDOS ELÉTRICOS 36

1

1. FORMAS DE ENERGIA

1.1. Energia Cinética

Em física, a energia cinética é a quantidade de trabalho que teve que ser realizado

sobre um objeto para tirá-lo do repouso e colocá-lo a uma velocidade v.

Para um objeto de massa m a uma velocidade v a energia cinética é calculada como:

Uma das coisas importantes a se lembrar desta expressão é que a energia cinética

aumenta com o quadrado da velocidade. Isto significa que um carro que bater a 160 km/h

causará 4 vezes mais estrago que um andando a 80 km/h, ou 16 vezes mais que um a 40 km/h,

ou 32 vezes mais que um a 20 km/h.

O motor elétrico é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica

(cinética). Quando a eletricidade de uma bateria ou outra fonte de alimentação é conectada a

um motor, faz com que seu eixo comece a girar.

1.2. Energia Mecânica

Sempre que tivermos um objeto em movimento ou com a possibilidade de vir a

realizar um movimento teremos associada certa quantidade de energia. Temos dois tipos de

energia: cinética e potencial. A energia mecânica é dada pela soma desses dois tipos de

energia:

1.2.1. Energia Cinética

Sempre que tivermos um objeto em movimento, teremos associado a este movimento

certa quantidade de energia que é denominada energia cinética, portanto, podemos dizer que

energia cinética está associada ao movimento. Ela depende tanto da velocidade v, como

também depende da massa m.

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1.2.2. Energia Potencial

A energia potencial é um tipo de energia que está relacionada com a configuração do

sistema, ou seja, esta relacionada com as posições do objeto. Podemos dizer também que

energia potencial é a energia que pode vir a se torna energia cinética. Existem vários tipos de

energia potencial, as mais conhecidas são as: gravitacional e a elástica.

1.3. Energia Térmica

Os grupamentos atômicos, ou até mesmo os átomos isolados, que formam as

diferentes substâncias, estão em constante movimento. Essa energia de vibração dos

grupamentos atômicos é conhecida como energia térmica, e está relacionada à temperatura,

pois a expressão grega thérmos, quer dizer "quente", "ardente".

Imagine um grupo de dez pessoas bem pertinho uma das outras, quase paradas, sem se

movimentar. Elas ocupam um determinado espaço em uma sala. Se essas pessoas passam a

balançar seus corpos sem sair do lugar, batendo-se umas nas outras, passam a ocupar um

espaço um pouco maior. Aumentando o movimento de seus corpos, ainda se chocando uns

com os outros, ocupam um espaço ainda maior da sala.

1.3.1. Dilatação

O que ocorre com os grupamentos atômicos é a mesma coisa: quando ganham energia

térmica passam a se movimentar com maior intensidade, batem com maior força uns nos

outros, o que os distancia, fazendo-os ocupar maior espaço, aumentando o volume do corpo

que constituem. Este aumento de volume é denominado dilatação. Quando perde energia

térmica os grupamentos atômicos passam a se movimentar menos, diminuindo o espaço entre

eles e aumentando a força que os une.

Quanto maior a movimentação dos grupamentos atômicos menor é a força que os une

(coesão molecular). É como um cabo de guerra: se a força de ligação entre os grupamentos

atômicos for muito grande, é preciso muita energia para distanciá-los; quanto menor a força

que os mantém unidos é mais fácil distanciá-los. Com qualquer aumento na agitação dos

grupamentos atômicos eles se dispersam, se distanciam muito.

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1.4. Energia Química

O motor de combustão interna é uma máquina térmica, que transforma a energia

proveniente de uma reação química em energia mecânica. O processo de conversão se dá

através de ciclos termodinâmicos que envolvem expansão, compressão e mudança de

temperatura de gases.

São considerados motores de combustão interna aqueles que utilizam os próprios

gases de combustão como fluido de trabalho. Ou seja, são estes gases que realizam os

processos de compressão, aumento de temperatura (queima), expansão e finalmente exaustão.

Carburante é todo produto químico cuja combustão permite obter energia mecânica

em motores térmicos. Etanol anidro, etanol hidratado, gasolina, óleo diesel são alguns

exemplos de produtos carburantes.

Outro exemplo:

Fotossíntese: Transforma energia luminosa em energia química.

1.5. Energia Elétrica

Origem Fonte Equipamento Exemplo

Calor

Reação nuclear Central nuclear Energia nuclear. Nascentes hidrotermais

Central geotérmica

Energia geotérmica.

Queima de resíduos Incinerador Central de biomassa. Queima de outros tipos de combustível

Central termoelétrica

Carvão, petróleo, álcool, etc.

Luz Sol Célula fotoelétrica

Fotovoltaica, energia solar, painel solar, painel fotovoltaico.

Movimento

Motor Gerador Energia mecânica, energia cinética.

Vento Aero gerador Energia eólica, central eólica. Ondas do mar Central

talassomotriz Energia maremotriz.

Peso Maré Central talassomotriz

Gravidade, energia potencial gravídica, usina maremotriz.

Água dos rios Turbina hidráulica

Central hidroelétrica, barragem

Química Reações químicas Célula eletrolítica

Pilha, motor a combustão ligado ao gerador.

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1.5.1. Centrais de Energia das Ondas

A energia elétrica pode ser obtida utilizando o movimento oscilatório das ondas. No

entanto existem problemas na utilização de centrais de energia das ondas, que requerem

cuidados especiais: as instalações não podem interferir com a navegação e têm que ser

robustas para poder resistir às tempestades, mas ser suficientemente sensíveis para ser

possível obter energia de ondas de amplitudes variáveis.

A maioria das instalações existentes é de potência reduzida, situando-se no alto mar ou

junto à costa, e para fornecimento de energia elétrica a faróis isolados ou carregamento de

baterias de bóias de sinalização, utilizando, nestes casos, a subida e descida duma bóia,

transformado o movimento oscilatório das ondas em movimento rotativo. Este movimento é

transmitido ao gerador que produz eletricidade.

A instalação de centrais de potência média, apenas tem interesse econômico em casos

especiais de geometria da costa. O número de locais no Mundo em que esta situação ocorre é

reduzido.

1.5.2. Centrais Fotovoltaicas

Quase não existem centrais fotovoltaicas,

devido ao seu elevado custo. O uso de energia

fotovoltaica tem lugar principalmente em

instalações sem ligação à rede, em locais

remotos.

A energia produzida nos módulos de

células fotovoltaicas é normalmente armazenada

em baterias. Esta solução é freqüente em sistemas de bombagem, iluminação pública isolada,

retransmissores, sistemas de depuração de águas e dessalinização, telefones SOS.

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As instalações com ligação à rede são uma solução favorável em ramificações

terminais da rede de distribuição elétrica, melhorando a qualidade do serviço e garantindo

prestações mínimas em caso de falha da rede convencional. A potência instalada mesmo

nestes casos é reduzida, normalmente da ordem das dezenas de kW.

1.5.3. Centrais Geotérmicas

Nestas centrais é utilizado ou água quente sobre pressão, produzida pela energia

geotérmica, para acionar diretamente as turbinas da central, ou efetuar a passagem a vapor da

água no circuito secundário que vai acionar as turbinas da central. A eficiência deste tipo de

centrais é bastante reduzida quando comparada com as centrais do tipo clássico.

1.5.4. Centrais Talassomotrizes ou Maremotrizes

Energia elétrica pode ser obtida impedindo o movimento da água das marés através de

um dique, e utilizando em seguida a diferença de nível da superfície da água entre os dois

lados do dique para fazer acionar turbinas que acionam um gerador de eletricidade. A

amplitude da maré tem que ser superior a 5m para que este tipo de solução seja econômica.

Além deste requisito é ainda necessário que o local permita a construção dum dique

adequado. O número de locais no Mundo em que esta situação ocorre é muito reduzido.

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1.5.5. Centrais Eólicas

O aproveitamento da energia eólica através de diferentes tipos de turbinas de vento

permite a produção de energia elétrica. O movimento das pás da turbina é transmitido ao

gerador de corrente elétrica que produz a eletricidade.

A instalação da turbina apenas tem interesse caso o local esteja sujeito a ventos com

velocidade média anual superior a 3.6 m/s, persistentes e regulares e com baixas intensidades

de turbulência. As turbinas mais generalizadas são as de eixo horizontal. As centrais eólicas

(parques eólicos) são formadas por várias turbinas de vento, podendo atingir potências de

vários MW.

1.5.6. Centrais Hídricas

Nestas centrais a energia elétrica é obtida diretamente convertendo a energia potencial

e a energia cinética dos rios e ribeiras. Esta energia provoca o movimento das pás da turbina é

transmitido ao gerador de corrente elétrica que produz a eletricidade. A produção de grandes

quantidades de energia elétrica a partir da energia dos cursos de água tem interesse caso exista

um desnível no curso de água onde se pretende instalar a turbina. Esta diferença de nível é

obtida através de uma barragem.

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2. Eletricidade

2.1. Tensão elétrica e diferença de potencial (ddp)

Considere um aparelho que mantenha uma falta de elétrons e uma de suas

extremidades e na outra um excesso. Este aparelho é chamado gerador e pode ser uma pilha

comum. A falta de elétrons em um pólo e o excesso em outro origina uma diferença de

potencial (d.d.p.). Um aparelho elétrico só funciona quando se cria uma diferença de potencial

entre os pontos em que estiver ligado para que as cargas possam se deslocar.

A tensão elétrica é a diferença de potencial entre dois pontos. A unidade da tensão

elétrica, no SI, é o volt (V) em homenagem ao Físico Italiano Alessandro Volta.

2.2. Corrente Elétrica

Corrente elétrica, entender este conceito facilita o entendimento de muitos fenômenos

da natureza. A corrente elétrica, e a eletricidade propriamente dita, estão presentes a todo

tempo ao nosso redor e até em nós mesmos.

Podemos citar vários exemplos:

Na natureza: o relâmpago, uma grande descarga elétrica produzida quando se forma

uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera.

No corpo humano: impulsos elétricos do olho para o cérebro. Nas células da retina

existem substâncias químicas que são sensíveis à luz, quando uma imagem se forma na retina

estas substâncias produzem impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro.

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Além destes exemplos, podemos identificar vários aparelhos e utensílios em nossa

casa que foram construídos a partir do domínio da eletricidade: o ferro de passar roupas, o

chuveiro, a lâmpada e muitos outros.

Para entendermos o funcionamento destes aparelhos vamos definir o conceito de

corrente elétrica.

Se um condutor é ligado aos pólos do gerador os elétrons do pólo negativo se

movimentam ordenadamente para o pólo positivo, esse movimento ordenado dos elétrons é

denominado corrente elétrica.

Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do movimento dos elétrons

no condutor.

A unidade da corrente elétrica no SI e o ampére (A)

2.2.1. Corrente Contínua e Alternada

Corrente contínua é constante com o tempo (pilhas, acumuladores, circuitos

eletrônicos e outros).

Corrente alternada é aquela que varia com o tempo, geralmente de forma senoidal,

repetindo 60 ciclos/s ou 60 Hz (motores, geradores, transformadores, retificadores, instalações

elétricas industriais e prediais.

2.3. Resistência Elétrica

Os metais são bons condutores de corrente elétrica, mas alguns são melhores

condutores que outros. O metal mais utilizado em nossas instalações elétricas é o cobre.

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Porque é um bom condutor e, também não é muito caro. Sabemos que a prata é melhor

condutora que o cobre e, o chumbo é pior condutor que eles.

Mas o que significa esta diferença entre o cobre, a prata e o chumbo? Por que um é

melhor condutor que outro?

Nos metais temos vários elétrons livres. O movimento ordenado destes elétrons forma

a corrente elétrica. Na prata os elétrons livres têm maior facilidade para se movimentarem do

que no cobre e no chumbo.

A dificuldade que o chumbo apresenta à passagem da corrente elétrica é expressa por

uma grandeza física chamada resistência elétrica.

Se aplicarmos uma diferença de potencial nas extremidades de fios constituídos destes

metais, observaríamos uma corrente elétrica maior na prata, seguida do cobre e, por último do

chumbo que ofereceria maior dificuldade a passagem dos portadores de carga elétrica.

A resistência elétrica (R) de um condutor pode ser definida por:

Onde U é a diferença de potencial nas extremidades do condutor e i é a intensidade da

corrente elétrica.

A unidade de resistência elétrica no SI é o ohm (Ω).

2.4. Primeira Lei de Ohm

A primeira Lei de Ohm afirma que, ao percorrer um resistor (R) a corrente elétrica (i)

é diretamente proporcional à tensão (U).

U = R . i

U: representa a tensão (ddp).

R: a resistência do resistor ou condutor.

i: corrente elétrica.

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A resistência (R) é uma constante de proporcionalidade que tem como unidade do SI o

ohm (Ω), em homenagem ao físico Georg Simon Ohm que propôs a lei.

George Ohm nasceu em Erlangen, Alemanha em 1789. Trabalhou em diversos

experimentos envolvendo a eletricidade e, na grande maioria, desenvolvia seus próprios

equipamentos. Em 1927 estabeleceu a relação descrita acima e conhecida até hoje como a 1ª

Lei de Ohm. Ohm faleceu em 6 de Julho de 1854 em Munique.

2.4.1. Segunda Lei de Ohm

Como já vimos antes, George Ohm realizou diversos experimentos envolvendo a

eletricidade. Muitos destes experimentos estavam relacionados à resistência elétrica, e nestes,

ele verificou que a resistência (R) de um resistor é diretamente proporcional ao comprimento

(l) do resistor, inversamente proporcional à área da secção transversal (A) e depende do

material do qual o resistor é feito. Esta relação é conhecida como a Segunda Lei de Ohm.

Considerando os resistores como sendo fios, podemos simplificar o estudo das

grandezas que influem na resistência elétrica.

Observe a ilustração:

Temos um resistor representado por um fio de comprimento l e secção transversal de

área A (constante).

Pela Segunda Lei de Ohm podemos afirmar que:

1) Sendo dois resistores constituídos pelo mesmo material, e com a mesma área de

secção transversal, o primeiro com comprimento l e o segundo com comprimento 2l. Se a

resistência do primeiro for R a do segundo será necessariamente 2R.

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2) Sendo dois resistores constituídos pelo mesmo material , e com o mesmo

comprimento, o primeiro com área de secção transversal A e o segundo com área de secção

transversal 2A. Se a resistência do primeiro for R a do segundo será necessariamente R/2.

A Segunda Lei de Ohm é escrita na forma:

A resistividade é uma característica do material com que é feito o resistor.

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2.5. Potência, Trabalho e Energia Elétrica

2.5.1. Potência é o trabalho realizado em um determinado tempo.

Potência de 1 watt é desenvolvida quando se realiza o trabalho de um joule, em cada

segundo, contínua e uniformemente.

Unidade de potência: watt, símbolo W.

Exemplo:

Uma potência de 500 W significa que foi realizado um trabalho de 500 joules em 1

segundo.

O joule é a unidade de energia.

Nos circuitos de corrente alternada o joule toma o nome de:

• volt-ampére-segundo, VAs ou watt. segundo energia aparente

• Ws ou var.segundo, Vars energias ativa ou reativa.

2.5.2. Unidade de energia watthora (Wh)

Quando o tempo é expresso em hora e a potência em watt a unidade de energia será de

um watthora.

Relação entre o Watthora e o joule

1 Watthora = (1 joule / segundo) hora

1 hora = 3600 s

Substituindo:

1 Watthora = (1 joule / segundo) 3600 segundos = 3600 joules

Portanto:

1 Wh = 3600 J

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3. Aterramentos

O aterramento elétrico, com certeza, é um assunto que gera um número enorme de

dúvidas quanto às Normas e procedimentos no que se refere ao ambiente elétrico industrial.

Muitas vezes, o desconhecimento das técnicas para realizar um aterramento eficiente,

ocasiona a queima de equipamentos, ou pior, o choque elétrico nos operadores desses

equipamentos. Mas o que é o “terra”? Qual a diferença entre terra, neutro, e massa? Quais são

as normas que devo seguir para garantir um bom aterramento? Bem, esses são os tópicos que

este artigo tentará esclarecer. É fato que o assunto "aterramento" é bastante vasto e complexo,

porém, demonstraremos algumas regras básicas.

Para que serve o aterramento elétrico?

O aterramento elétrico tem três funções principais:

a) Proteger o usuário do equipamento das descargas atmosféricas, através da

viabilização de um caminho alternativo para a terra, de descargas atmosféricas.

b) “Descarregar” cargas estáticas acumuladas nas carcaças das máquinas ou

equipamentos para a terra.

c) Facilitar o funcionamento dos dispositivos de proteção (fusíveis, disjuntores, etc.),

através da corrente desviada para a terra.

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3.1. Tipos de Aterramento

A ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) possui uma norma que rege o

campo de instalações elétricas em baixa tensão. Os três sistemas da NBR 5410 mais utilizados

na indústria ou ligações comerciais são:

a) Sistema TN-S : Notem pela figura que temos o

secundário de um transformador ligado em Y. O neutro é

aterrado logo na entrada, e levado até a carga.

Paralelamente, outro condutor identificado como PE é

utilizado como fio terra, e é conectado à carcaça (massa)

do equipamento.

b) Sistema TN-C: Esse sistema, o fio terra e o

neutro são constituídos pelo mesmo condutor. Dessa vez,

sua identificação é PEN (e não PE, como o anterior).

Podemos notar pela figura que, após o neutro ser aterrado

na entrada, ele próprio é ligado ao neutro e à massa do

equipamento.

4. Dispositivos de comando

4.1. Botões de comando (botoeiras):

Botão pressor

Botão duplo

Botão cogumelo

Botão de emergência

Botão de emergência

com chave

Botão seletor

Botão seletor, com chave

Botão iluminado

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4.2. Sinaleiros:

Sinaleiro Liso

verde

Sinaleiro Liso

vermelho

Sinaleiro Liso

amarelo

Sinaleiro Liso

azul

Sinaleiro Liso

branco

4.3. Chaves Fim de Curso - Interruptores

As chaves fins de curso ou interruptores fins de curso estão presentes em todas as

instalações automatizadas.

Transmitem ao sistema de tratamento de dados às informações de presença/ausência,

de passagem, de posicionamento e fim de curso.

Constituídos basicamente por corpo, cabeçote e dispositivo de comando, seus

componentes são intercambiais.

São dispositivos de uma grande simplicidade de colocação em funcionamento e

resistem a diversos ambientes industriais.

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4.3.1. Micro interruptor:

O micro interruptor tem como função dar passagem de corrente para algum

equipamento ou interromper a mesma, desligando o equipamento ou circuito. Devemos deixar

claro que para cada aplicação temos modelos específicos de micro interruptor.

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4.4. Contatores:

Muitas vezes temos que comandar cargas elétricas à distância, ou através de corrente

menor que a corrente solicitada pela carga, manual ou automaticamente.

Contatores (ou chaves magnéticas) são chamados os dispositivos que realizam estas

operações. Nos contatores podemos identificar dois circuitos básicos:

• Circuito de comando

• Circuito de força

A figura representa o esquema de um contator

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Componentes Básicos de um Contator

Contato auxiliar lateral

Contato auxiliar frontal

4.4.1. Disjuntor com câmara de extinção de arcos voltaicos

4.4.1.1. Disjuntores a sopro magnético

Princípio da extinção:

Neste tipo de disjuntor os contactos abrem-se no ar, empurrando o arco voltaico para

dentro das câmaras de extinção, onde ocorre a interrupção, devido a um aumento na

resistência do arco e conseqüentemente na sua tensão.

Este aumento na resistência do arco é conseguido através de:

a) Aumento do comprimento do arco;

b) Fragmentação do arco em vários arcos menores, em série, nas várias fendas da

câmara de excitação;

c) Resfriamento do arco em contacto com as múltiplas paredes da câmara.

As forças que impelem o arco para dentro das fendas da câmara são produzidas pelo

campo magnético da própria corrente, passando por uma ou mais bobinas (dai o nome de

sopro magnético) e, eventualmente, por um sopro pneumático auxiliar produzido pelo

mecanismo de acionamento. Este sopro pneumático é muito importante no caso de

interrupção de pequenas correntes, cujo campo magnético é insuficiente para impelir o arco

para dentro da câmara, o que ocasionaria tempos de arco muito longos.

Detalhes construtivos:

Existem vários tipos de formatos de câmara de extinção para disjuntores a sopro

magnético. As placas que formam a câmara podem ser de material isolante, de aço, ou ainda,

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de uma combinação dos dois. Em cada uma destas alternativas encontramos ainda vários tipos

de configuração de câmara, específicos de cada fabricante.

Os circuitos magnéticos de sopro também possuem várias configurações, sendo as

principais as de tipo de núcleo externo (onde o campo magnético é produzido pela corrente a

ser interrompida circulando através de bobinas) ou interno (onde o campo é produzido pelo

próprio arco voltaico através de um circuito magnético formado pela própria câmara).

A figura seguinte ilustra uma câmara de extinção de um disjuntor de sopro magnético

com o circuito magnético dentro da própria câmara.

4.5. Relé temporizador

Temporizadores com Retardo na Energização: Os temporizadores com a função “RETARDO

NA ENERGIZAÇÃO” comutam seu(s) contato(s) de saída para a posição de trabalho após o

intervalo de tempo (t) selecionado na escala do aparelho, contado a partir do instante de sua

energização.

Relé temporizador analógico:

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Relé temporizador digital:

4.6. Transformador de corrente (auto trafo)

Aplicados em chaves estrela-triângulo para partida de motores e redução do picos de

corrente, evitando-se assim quedas de tensão elevadas na rede de alimentação.

5. Dispositivos de proteção

5.1. Relé Térmico

Este elemento é composto por uma junta bimetálica que se dilata na presença de uma

corrente acima da nominal por um período de tempo.

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5.2. Fusíveis

Em eletrônica e em engenharia elétrica fusível é um dispositivo de proteção contra

sobrecorrente em circuitos. Consiste de um filamento ou lâmina de um metal ou liga metálica

de baixo ponto de fusão que se intercala em um ponto determinado de uma instalação elétrica

para que se funda, por efeito Joule, quando a intensidade de corrente elétrica superar, devido a

um curto-circuito ou sobrecarga, um determinado valor que poderia danificar a integridade

dos condutores com o risco de incêndio ou destruição de outros elementos do circuito.

Fusíveis e outros dispositivos de proteção contra sobrecorrente são uma parte essencial

de um sistema de distribuição de energia para prevenir incêndios ou danos a outros elementos

do circuito.

Fusíveis Ultra-Rápidos (classe aR) são uma excelente proteção contra curtos-circuitos,

porém Não são adequados contra sobrecargas.

Há uma grande confusão quando tratamos de especificar a ação do fusível que

queremos utilizar, isto porque utilizamos as palavras "retardados", "rápidos" e "ultra-rápidos",

que foram "retirados" e traduzidos da norma americana que denomina os fusíveis como "fast

acting" e "time-delay".

Simples, pois, quando utilizamos os fusíveis tipo NH (NH são as iniciais de

'Niederspannungs Hochleitungs, que em língua alemã significa "Baixa Tensão e Alta

Capacidade de Interrupção"), que atendem a norma IEC60269-2-1 (NBR11841), a faixa de

interrupção e a categoria de utilização (Curva tempo vs Corrente), foram convencionadas

com um conjunto de letras e não com as denominações ("retardados","rápidos" e Ultra-

Rápidos").

A IEC utiliza a montagem com 2 letras, sendo que a primeira letra, denomina a "Faixa

de Interrupção" , ou seja, que tipo de sobrecorrente o fusível irá atuar, que são elas:

• "g" - Atuação para sobrecarga e curto

• "a" - Atuação apenas para curto-circuito,

A segunda letra denomina a "Categoria de Utilização", ou seja, que tipo de

equipamento o fusível irá proteger, que são elas:

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• "L/G" - Proteção de cabos e uso geral

• "M" - Proteção de Motores

• "R"- Proteção de circuitos com semicondutores

Sendo assim, temos as montagens dos principais fusíveis utilizados no mercado:

• "gL/gG"- Fusível para proteção de cabos e uso geral (Atuação para sobrecarga e curto)

(Esta curva é que em sua maioria denominam erroneamente - "Retardados")

• "aM" - Fusível para proteção de motores

(Pela confusão, nunca se sabe se esta curva pode denominar-se "rápida" ou "retardada")

• "aR" -Fusível para proteção de semicondutores

(Este podendo ser chamado de "Ultra-Rápido", por não criar conflito com outras curvas)

5.2.1. Fusível tipo cartucho:

5.2.2. Fusível tipo diazed, retardado, rápido e ultra-rápido:

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5.2.3. Fusivel tipo NH, retardado, rapido e ultra-rapido:

Saca fusível

6. Motores

Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É

o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam as vantagens da energia elétrica -

baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando – com sua

construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais

diversos tipos e melhores rendimentos.

6.1. Motor monofásico

Esse tipo de motor possui apenas um conjunto de bobinas e sua alimentação é feita por

uma única fase de Corrente Alternada. Dessa, forma eles absorvem energia elétrica de uma

rede monofásica e transformam-na em energia mecânica.

Os motores monofásicos são empregados para cargas que necessitam de motores de

pequena potência como, por exemplo, motores para ventiladores, geladeiras, furadeiras

portáteis.

6.2. Motor trifásico

São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente

em corrente alternada. Seu princípio de funcionamento é baseado no campo girante, que surge

quando um sistema de correntes alternadas trifásico é

aplicada em pólos defasados fisicamente de 120º. Dessa

forma, como as correntes são defasadas 120º elétricos, em

cada instante, um par de pólos possui o campo de maior

intensidade, causando a associação vetorial desse efeito o

campo girante.

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6.3. Partida de motores:

• Partida direta coordenada por fusível

• Partida direta com reversão coordenada com fusível

• Partida estrela0triangulocoordenada com fusível

• Partida com autotransformador (compensadora) coordenada com fusível

• Partida direta coordenada por disjuntor

• Partida direta com reversão coordenada com disjuntor

• Partida estrela0triangulocoordenada com disjuntor

• Partida com autotransformador (compensadora) coordenada com disjuntor

• Partidas sucessivas em motores

• Parada de motores

• Vida útil de motores

7. Painéis de comando

Painel convencional aberto

Painel de gaveta, dentro da norma NR-10

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7.1. Proteção de motores elétricos em BT e MT

7.1.1. Centro de Controle de Motores de Baixa Tensão

Entradas e saídas de cabos inferiores

Classe de tensão 690 V

Freqüência 50/60HZ

Corrente nominal barramentos principais até 3150 A (outras sob consulta) e

barramentos verticais 630 e 800 A

Corrente de curta duração 50 e 80 kA (ensaiados no CEPEL)

Temperatura ambiente 40ºC (outros sob consulta)

Grau de proteção IP-42 (outros sob consulta)

Espessuras de chapas:

- Estrutura: 12 MSG

- Porta frontal: 14 MSG

- Fechamento/blindagem: 14 ou 16 MSG

Tratamento superficial de chapas e barramentos:

- Chapas externas: processo químico de fosfatização

- Barramentos: processo galvânico de estanhagem

- Partes internas, gavetas, blindagens: chapas zincada

Acabamento das superfícies tratadas:

- Pintura epóxi pó cinza claro RAL 7032 para portas, laterais e teto

- Pintura epóxi pó cinza escura RAL 7022 para estrutura e rodapé

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7.1.2. Centro de Controle de Motores de Média Tensão

Os CCM-MT consistem de cubículos metálicos simplificados ou blindados, isolados a

ar para tensões até 7,2 kV conforme normas NBR 6979 e IEC 62271-200 classificação

segundo a IEC 62271-200: IAC AF e LSC2A-PM e são compostos por contatores extraíveis

a vácuo ou a SF6 com fusíveis limitadores tipo HH incorporados. Os barramentos poderão ser

simples ou duplos. Poderão ser montados até 2 contatores por coluna.

• Intertravamentos mecânicos e elétricos

• Completa proteção contra torques de partes vivas

• Carrinho do contator totalmente intertravado

• Divisões metálicas que evitam a propagação de arco

• Segurança de pessoal, operação e manutenção

• Equipamentos de comando auxiliar

8. Retificador de corrente alternada em corrente continua

8.1. Retificador industrial

Na indústria é muito comum a utilização da corrente contínua para ativar Motores e

diversos equipamentos que auxiliam as etapas de produção, sem contar que na área de

Telecomunicações é um consumidor de correntes continua por excelência.

Retificador é um equipamento que converte a corrente alternada em corrente continua.

Através de um componente eletrônico chamado Diodo de silício, e aplicando uma

determinada configuração desse dispositivo ele bloqueia o semi-cilclo negativo da forma de

onda senoidal da corrente alternada, deixando passar somente ciclo positivo. Depois de passar

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por um filtro Capacitor, deixando a forma de onda “retilínea”. Assim teremos na saída do

circuito: uma corrente continua com uma polaridade positiva e negativa.

O retificador industrial é um equipamento de grande porte e é energizado por corrente

alternada trifásica, tendo em sua saída uma corrente continua. Os retificadores mais

elaborados possuem um controle automático da corrente continua em sua saída.

Equipamentos de energia: Retificador Industrial e No-Break são fabricados de forma

padronizada, mas na maioria das vezes são customizados, ou seja, são produzidos para

atender as necessidades técnicas específicas de cada cliente, sendo que são fabricados

seguindo as normas técnicas estabelecidas.

8.2. Banco de capacitores

O Banco de capacitor serve para corrigir o fator de potência, que

é o causador das multas tarifárias de energia elétrica. Existem 3 tipos de

banco de capacitores, os programáveis, os fixos e os automáticos, cada

um tem uma determinada recomendação que apenas uma empresa

técnica pode informar. O Banco de capacitores programável pode atuar

em condições pré-definidas (Períodos ou eventos) de acordo com a

necessidade específica. O Banco de capacitores fixo é indicado para a

correção de cargas constantes, tais como transformadores. O Banco de

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capacitores automático realiza uma compensação automática por meio de sinais de tensão e

corrente ligando e desligando módulos capacitivos de acordo com a necessidade.

Fator de potência

A instalação de capacitores tem sido alvo de muita atenção nas áreas de projeto,

manutenção de finanças de empresas interessadas em racionalizar seus equipamentos

elétricos.

A correção do fator de potência é um investimento necessário com retorno garantido!

8.2.1. Legislação Atual

Em conformidade com o estabelecido pelo Decreto nº 62.724 de 17 de maio de 1968 e

com a nova redação dada pelo Decreto nº 75.887 de junho de 1975, as concessionárias de

energia elétrica adotaram, desde então, o fator de potência de 0,85 como referência para

limitar o fornecimento de energia reativa.

O Decreto nº 479, de 20 de março de 1992, reiterou a obrigatoriedade de se manter o

fator de potência o mais próximo possível da unidade (1,00), tanto pelas concessionárias

quanto pelos consumidores, recomendando, ainda, ao Departamento Nacional de Águas e

Energia Elétrica (DNAEE) o estabelecimento de um novo limite de referência para o fator de

potência indutivo e capacitivo, bem como a forma de avaliação e de critério de faturamento da

energia reativa excedente a esse novo limite.

A nova legislação pertinente, estabelecida pelo DNAEE, introduz uma nova forma de

abordagem do ajuste pelo baixo fator de potência, com os seguintes aspectos relevantes:

• Aumento do limite mínimo do fator de potência de 0,85 para 0,92;

• Faturamento de energia reativa capacitiva excedente;

• Redução do período de avaliação do fator de potência de mensal para horário, a partir

de 1996.

Com isso muda-se o objetivo do faturamento: em vez de ser cobrado um ajuste por

baixo fatores de potência como faziam até então, as concessionárias passam a faturar a

quantidade de energia ativa que poderia ser transportado no espaço ocupado por esse consumo

de reativo. Este é o motivo porque as tarifas aplicadas serem as de demanda e consumo de

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ativos, inclusive ponta e fora de ponta para os consumidores enquadrados na tarifação

horosazonal.

Além do novo limite e da nova forma de medição, outro ponto importante ficou

definido:

• Das 06:00 às 24:00 o fator de potência deve ser no mínimo 0,92 para a energia e

demanda de potência reativa indutiva fornecida.

• Das 24:00 até às 06:00 no mínimo 0,92 para energia e demanda de potência reativa

capacitiva recebida.

FATOR DE POTÊNCIA

ESPANHA 0,92

CORÉIA 0,93

FRANÇA 0,93

PORTUGAL 0,93

BÉLGICA 0,95

ARGENTINA 0,95

ALEMANHA 0,96

SUIÇA 0,96

Definições

• Potência: capacidade de produzir trabalho na unidade de tempo.

• Energia: utilização da potência num intervalo de tempo.

• Potência ativa (KW): é a que realmente produz trabalho útil.

• Energia ativa (KWh): uso da potência ativa num intervalo de tempo.

• Potência reativa (KVAR): é a usada para criar o campo eletromagnético das cargas

indutivas.

• Energia reativa (KVARh): uso da potência reativa num intervalo de tempo.

• Potência aparente (KVA): soma vetorial das potências ativa e reativa, ou seja, é a

potência total absorvida pela instalação. Fator de potência ( ): é a razão entre

potência ativa e potência aparente.

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Conceitos Básicos

A maioria das unidades consumidoras consome energia reativa indutiva, como

motores, transformadores, lâmpadas, de descarga, fornos de indução, entre outros. As cargas

indutivas necessitam de campo eletromagnético para seu funcionamento, por isso sua

operação requer dois tipos de potência:

• Potência ativa: Potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz,

movimento, etc. É medida em KW. (Ver figura a seguir).

• Potência reativa: Potência usada apenas para criar e manter os campos

eletromagnéticos das cargas indutivas. É medida em KVAR. (Ver figura a seguir a

seguir).

Assim, enquanto a potência ativa é sempre consumida na execução de trabalho, a

potência reativa, além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentação,

ocupando um espaço no sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia

ativa.

Podemos definir o fator de potência como sendo a relação entre a potência ativa e a

potência aparente. Ele indica a eficiência do uso da energia. Um alto fator de potência indica

uma eficiência alta e inversamente, um fator de potência baixo indica baixa eficiência. Um

triângulo retângulo é freqüentemente utilizado para representar as relações entre KW, KVAR,

e KVA. (Ver figura a seguir a seguir).

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Define-se fator de potência como sendo a divisão de potência ativa (KW) pela

potência aparente (KVA).

Por exemplo: se uma máquina operatriz está trabalhando com 100 KW (potência ativa)

e a energia aparente consumida é 125 KVA, dividindo 100 por 125, você chegará a um fator

de potência de 0,80.

Define-se também como fator de potência a relação entre potência ativa e potência

reativa. Ele indica a eficiência com a qual a energia está sendo usada.

8.3. Inversor CC/CA

Os Inversores CC/CA, destinam-se a alimentação ininterrupta de Equipamentos

críticos em Corrente Alternada, com diversas aplicações nas áreas de Telecomunicações,

como Centrais Telefônicas, “Sites” de Telefonia Celular, e também em Subestações das

Empresas Concessionárias de Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica, onde

existem sistemas de Corrente Contínua já implantada.

Características Elétricas Principais:

• Tensões de Entrada: 12, 24, 48 e 125 Vcc

• Tensões de Saída: 115, 127, 220Vca ± 2 %

• Número de Fases de Saída: 1 ou 3

• Freqüência de Saída: 50 / 60 / 400 Hz ± 1 %

• Distorção Harmônica de Saída (DHT): £ 5%

• Potência Nominal: 100VA a 25 kVA

• Chave Estática para o ramo “By-Pass”

• Chave Manual “By-Pass” (Opcional)

• Circuitos de Controles, com o uso de Micro-controladores

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9. Transformador de força (potencial)

Transformador de Potencial (TP) é um transformador de instrumento que tem como

finalidade reproduzir a tensão elétrica apresentada em seu circuito primário, de forma

reduzida em determinada proporção, em seu circuito secundário.

A tensão reduzida apresentada no circuito secundário do TP pode alimentar, de forma

segura, bobinas de potencial de instrumentos de medição, proteção e controle. Conhecendo-se

a relação de transformação, determinada pelo numero de espiras do TP, e a tensão no circuito

secundário, tem-se o valor da tensão no circuito primário.

9.1. Painel de média e baixa tensão

Painel de media tensão tem como finalidade distribuir e controlar as tensões que serão

usadas em vários locais da indústria, com eles podemos emitir relatórios e ver históricos de

demanda sendo assim, conseguimos controlar as cargas manual ou automaticamente através

de equipamentos auxiliares. Temos monitoramento de tensão e corrente por fase, fator de

potencia e potência.

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9.2. Painel de Serviços Auxiliares CA/CC

Equipamento destinado a fazer a distribuição e proteção dos circuitos CA e CC para

alimentação dos equipamentos da Subestação com disjuntores aptos a trabalhar em corrente

contínua.

Características Elétricas:

• Adequados a ambientes industriais;

• Classe de Isolação 750 v;

• Tensões Auxiliares: 110 e 220Vca, 110 e 125Vcc;

• Aplicação de Disjuntores adequados a trabalhar em C.C.

• Testes realizados de acordo com a NBR 60.439.

9.3. Painel de interface

Interface Homem Máquina: IHM

É exigido um alto grau de confiabilidade deste sistema supervisório e o número de

componentes do sistema deve ser reduzido, como fontes, inversores, conversores. A IHM é

um dos pontos vitais para garantir a continuidade do processo industrial e deve ter elevados

requisitos de confiabilidade.

Deverá ser ofertada uma plataforma computacional a ser instalada na Estação Central

que será utilizada pelo operador do sistema para realizar funções de comando, medições,

leitura de alarmes, eventos, etc. Deve fornecer meios de acesso remoto às informações

provenientes de relés de proteção e outros dispositivos digitais, para diferentes usuários locais

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e/ou remotos, gerenciando este acesso através de portas seriais, rede ethernet, ou outros meios

físicos, otimizando o processo de coleta de dados.

Esta IHM deverá ser multi-tarefa e multi-usuária, permitindo acesso via diferentes

portas seriais. A conexão com outros dispositivos deverá ser do tipo ponto-a-ponto e caso

necessário admite-se a utilização de conversores, que deverão ser do tipo auto-alimentados

(não se admite conversores com necessidade de uso de fonte de alimentação externa), ter

dimensões reduzidas e permitirem conexão com qualquer equipamento digital do sistema

(relés, medidores, impressoras, modems, etc.) de forma independente de protocolos ou

fabricantes. Os conversores também devem possibilitar comunicação com hyperterminal do

Windows, para configuração e controle via porta frontal.

A IHM deve possibilitar sincronização interna (gerar sinal de sincronismo) ou externa

através entrada.

A IHM deste sistema deve ser robusta e operar de forma confiável em ambientes

agressivos como de subestações industriais e ser compatível com os mesmos padrões

rigorosos dos ensaios de tipo que os relés de proteção.

Ex: vibração, surtos elétricos, transientes rápidos, etc. A IHM deverá suportar

temperaturas de até 75 graus.

O fornecedor deverá apresentar certificado de ensaios da IHM.

Por ser equipamento crítico para a continuidade do fornecimento de energia elétrica

para a planta industrial, não será admitido a instalação de PC’s tradicionais, que possuam

partes móveis como ventiladores. Em relação a alimentação auxiliar da IHM, esta deverá ser

proveniente diretamente do sistema de corrente contínua da Subestação, não se admitindo o

uso de inversores intermediários para alimentação da IHM.

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10. Liga/desliga gavetas de MT e BT

Para todo e qualquer tipo de atividade dentro de uma subestação, em primeiro lugar

temos que ter conhecimento da normas de segurança NR-10 que instrui como devemos

proceder com relação a esse tipo de atividade.

Já nos casos de ligar e desligar gavetas, é preciso analisar se existe algum tipo de carga

no circuito em que estamos verificando, para isso, utilizamos um detector de tensão que irá

mostrar se o circuito esta com ou sem carga, se estiver energizado devemos verificar qual a

seccionadora que corresponde ao ramal e devemos desarmá-la para dar continuidade a

manobra. Na inserção da gaveta temos que ter os mesmos cuidados com relação a energização

do circuito.

Detector de tensão

Painéis de gavetas BT e MT

36

11. Simbologia em comandos elétricos

SÍMBOLO DESCRIÇÃO SÍMBOLO DESCRIÇÃO

Botoeira NA

Botoeira NF

Botoeira NA com

retorno por mola

Botoeira NF com

retorno por mola

Contatos tripolares NA,

ex: contator de

potência

Fusível

Acionamento

eletromagnético, ex:

bobina do contator

Contato

normalmente

aberto (NA)

Relé térmico

Contato

normalmente

fechado (NF)

Disjuntor com

elementos térmicos e

magnéticos, proteção

contra correntes de

curto e sobrecarga

Acionamento

temporizado na

ligação

Disjuntor com elemento

magnético, proteção

contra corrente de

curto-circuito

Lâmpada /

Sinalização

Transformador trifásico

Motor Trifásico