Dimensionamento técnico e económico de canalizações Elétricas

123

dossier sobre instalaçþes elÊtricas

dimensionamento tÊcnico e económico de canalizaçþes elÊtricas

AntĂłnio Augusto AraĂşjo Gomes

Henrique Jorge de Jesus Ribeiro da Silva Instituto Superior de Engenharia do Porto

1. ENQUADRAMENTO Tradicionalmente o projeto das instalaçþes elÊtricas responde, no que se refere ao dimensionamento e proteção de canalizaçþes elÊtricas, a critÊrios de ordem tÊcnica, sendo a secção escolhida, a menor de entre todas aquelas que satisfazem as diversas condiçþes regulamentares exigidas, atendendo a que corresponde ao menor investimento inicial.

Atendendo a que cada vez Ê mais elevado o custo da energia elÊtrica devem ser realizados todos os esforços no sentido de minimizar os gastos desnecessårios ao bom funcionamento das instalaçþes. Durante o tempo de vida útil de uma canalização elÊtrica, que pode em mÊdia considerar-se compreendida entre 20 e 30 anos, os custos associados ao desperdício de energia, por efeito Joule, pode ter um peso muito sig

PĂľe-se, portanto, tambĂŠm no domĂ­nio do dimensionamento das

ponsåvel pela conceção de uma instalação elÊtrica deverå procurar não somente a solução tÊcnica funcional da mesma mas preocupar-se que

A abordagem dum projeto elÊtrico sob o ponto de vista tÊcnico deverå garantir o funcionamento esperado da instalação e o cumprimento de todos os requisitos legais de dimensionamento aplicåveis, que no dimensionamento das canalizaçþes elÊtricas são: a) Limitação da corrente admissível nos condutores; b) Limitação da queda de tensão; c) Proteção contra as sobrecargas; d) Proteção contra os curtos-circuitos.

Sob o ponto de vista energÊtico deverå contemplar os seguintes pontos: a) Minimização de perdas no sistema de distribuição; b) Redução das perdas devido ao desperdício na utilização do equipamento elÊtrico; c) Redução das perdas associadas aos problemas associados à qualidade da energia; d) Prever as instalaçþes para incorporarem aparelhagem de conta

torias elĂŠtricas.

O projeto das instalaçþes elÊtricas deve responder a critÊrios de ordem tÊcnica, nomeadamente no que se refere à garantia da proteção das pessoas e instalaçþes, mas contrapþem-se necessariamente os aspetos de ordem económica; e resultarå do compromisso entre estas

!

mais acertada para uma dada instalação.

2. DIMENSIONAMENTO TÉCNICO O dimensionamento e proteção de canalizaçþes elÊtricas são realizados tendo em conta o articulado de diversos regulamentos que constituem textos legais do Estado Português, entre os quais se destacam as Regras TÊcnicas de Instalaçþes ElÊtricas de Baixa Tensão (Portaria www.oelectricista.pt o electricista 53

n.º 949-A/2006 de 11 de setembro), aos quais se juntam as condiçþes físicas e tÊcnicas do sistema e as caraterísticas da aparelhagem de proteção.

nalizaçþes elÊtricas de Baixa Tensão são: " Limitação da corrente admissível nos condutores; " Limitação da queda de tensão; " Proteção contra as sobrecargas; " Proteção contra os curtos-circuitos.

Devendo, em termos tÊcnicos, ser considerada a maior secção de entre todas as obtidas.

i. Limitação da corrente admissível O critÊrio de dimensionamento de limitação da corrente admissível tem como objetivo garantir que as temperaturas a que os condutores são sujeitos durante o seu funcionamento, são inferiores à sua temperatura admissível, isto Ê: IB # IZ Onde: IB Corrente de serviço de um circuito (corrente destinada a ser transportada por um circuito em serviço normal); IZ Corrente permanente admissível de um condutor (valor måximo da corrente que pode percorrer, em permanência, um condutor em

$

% A corrente de serviço de um circuito (IB) Ê determinada atendendo ao valor da potência instalada no circuito a dimensionar, ao rendimento dos equipamentos, assim como aos fatores de simultaneidade (Ks) e de utilização (Ku) aplicåveis ao funcionamento dos diversos equipamentos.

Su = Pu2 + Qu2 Onde: Pu = Pi Ă— Ku Ă— Ks Qu = Qi Ă— Ks A corrente permanente admissĂ­vel de um condutor (IZ) encontra-se de

&'*78'

!

seguintes fatores: " Modo de instalação da canalização; " Isolamento dos condutores; " Material da alma condutora; " Número de condutores carregados; " Secção.

dossier sobre instalaçþes elÊtricas

127

Onde: R resistividade Ă temperatura de funcionamento do condutor; R20 resistividade do condutor/cabo a 20Âş C; temperatura de funcionamento do condutor: Policloreto de vinilo (PVC): 70Âş C; Polietileno reticulado (XLPE) ou etilenopropileno (EPR): 90Âş C; 20

20Al = 4,03 Ă— 10 -3 C-1

20CU = 3,93 Ă— 10 -3 C-1

Os valores måximos admissíveis das quedas de tensão são os seguintes: Queda de tensão entre a origem da instalação e qualquer ponto de utilização, expressa em função da tensão nominal da instalação, não deve ser superior a: Utilização

Iluminação

Outros usos

A – Instalaçþes alimentadas diretamente a partir de uma rede de distribuição (pública) em Baixa Tensão

3%

5%

B – Instalaçþes alimentadas a partir de um Posto de Transformação MÊdia Tensão/Baixa Tensão (1)

6%

8%

(1)

exceder os valores indicados para a situação A. As quedas de tensão devem ser determinadas a partir das potências absorvidas pelos aparelhos de utilização com os fatores de simultaneidade respetivos ou, na falta destes, das correntes de serviço de cada circuito.

Valores måximos admissíveis das quedas de tensão em instalaçþes coletivas e entradas: a) 1,5% para o troço da instalação entre os ligadores da saída da portinhola e a origem da instalação elÊtrica de utilização – instalaçþes individuais; b) 0,5% para o troço correspondente à entrada ligada a uma coluna principal ou derivada a partir de uma caixa de coluna – instalaçþes não individuais; c) 1% para o troço correspondente à coluna – instalaçþes não individuais.

! da de tensĂŁo indicados nas alĂ­neas b) e c) podem ser ultrapassados, desde que, no seu conjunto (coluna + entrada), nĂŁo seja ultrapassado o valor de 1,5%.

Quando existir um “troço comumâ€?, a queda de tensĂŁo neste troço

"# $& '

A queda de tensão, no caso das entradas trifåsicas deve ser calculada a partir da potência prevista para alimentação dos equipamentos normais previstos para as instalaçþes elÊtricas (de utilização) por elas alimentadas, suposta uniformemente repartida pelas diferentes fases.

O cålculo deve ser feito fase a fase, como se de uma entrada monofåsica se tratasse, considerando que apenas a fase em anålise estå em serviço.

3. SECĂ‡ĂƒO ECONĂ“MICA i. Aspetos gerais Mantendo todas as caraterĂ­sticas das instalaçþes, a forma mais adequada de reduzir os custos de exploração (perda de energia por efeito Joule) ĂŠ diminuir a resistĂŞncia das canalizaçþes aumentando a secção nominal dos cabos obtida aquando do cĂĄlculo tĂŠcnico das canalizaçþes.

* <

custo de investimento da instalação (cabo, acessórios, proteçþes, aparelhagem de manobra e mão-de-obra necessåria para a instalação).

Do confronto entre o custo de investimento e o custo de explora

> ?

(investimento + exploração) cujo objetivo Ê minimizå-la. Isso permite determinar a secção mais conveniente. www.oelectricista.pt o electricista 53

Uma medida ad hoc @

aquecimento e queda de tensão, escolher a imediatamente superior ou 2 secçþes acima.

ii. Secção económica dos condutores (CEI/IEC 60287-3-2) Trata-se de um mÊtodo de cålculo económico dos condutores que leva em linha de conta não somente o custo inicial dos mesmos e da sua instalação mas tambÊm os custos associados à exploração, isto Ê, os custos das perdas por efeito Joule.

A Norma CEI/IEC 60287-3-2 â&#x20AC;&#x201C; Electric cables â&#x20AC;&#x201C; Calculation of the Current Rating â&#x20AC;&#x201C; Economic optimization of power cable size (CEI, 1995) apresenta duas metodologias de cĂĄlculo â&#x20AC;&#x201C; uma baseada na determinação de gamas econĂłmicas de corrente para diferentes cabos empregados, e uma outra, conhecida a corrente de projeto, que determina a secção que minimiza a função custo total.

iii. Percentagem de perdas mĂĄximas admissĂ­vel Uma outra abordagem no domĂ­nio da Baixa TensĂŁo, diversa da apre

F GHKHG S WY ?Z ?

ção económica mas a limitação das perdas durante a sua exploração. [ \ a priori o rendimento mínimo dos sistemas.

Para alÊm das condiçþes tÊcnicas de temperatura e queda de tensão a måxima perda de potência passa a ser critÊrio de dimensionamento.

Consideram-se duas situaçþes: Circuito trifåsico linear equilibrado; Circuito trifåsico não-linear, equilibrado, com valores conhecidos de corrente de serviço e de taxa de distorção harmónica.

4. CONCLUSĂ&#x2022;ES O projeto das instalaçþes elĂŠtricas em geral e, o dimensionamento de canalizaçþes elĂŠtricas em particular, deve responder a critĂŠrios de ordem tĂŠcnica, nomeadamente no que se refere Ă garantia da proteção das pessoas, instalaçþes e equipamentos, mas contrapĂľem-se necessariamente os aspetos de ordem econĂłmica devendo resultar

>

daquela que serå a solução mais acertada para uma dada instalação.

A consideração do rendimento das canalizaçþes, jå contemplada nas åreas do transporte e grande distribuição, faz todo o sentido aplicada às redes de Baixa Tensão, atÊ pela sua enorme extensão.

BIBLIOGRAFIA [01] Regras TĂŠcnicas de Instalaçþes ElĂŠtricas de Baixa TensĂŁo, Decreto-Lei 226/2005, de 28 de dezembro e Portaria N.Âş 949-A/2006, de 11 de setembro; [02] CEI IEC 60 287-3-2, Electric cables, Calculation of the current rating â&#x20AC;&#x201C; Part 3 â&#x20AC;&#x201C; Section 2, Suíça, 1995; ` Zk w y G G <{ G { U.K., 1997; [04] Electrical and Mechanical Services Department (EMSD), Code of } G <{ G { G H

~ <?

-Kong, 2005; [05] Anders J George, Rating of Electric Power Cables, McGraw-Hill, Nova Iorque, 1997; ` Sk ~ Â&#x201A; Â&#x192; G <{ G {

G

y ment for Buildings in Hong Kong, MECM LEO Seminar, Advances

G <{ G {

Â&#x201A; * { Â&#x201E;

< < Â&#x2020; ?

2003, Kuala Lumpur, Malaysia; [07] Silva H.J., Gomes A.A., Ramos S.C., â&#x20AC;&#x153;

!

" cia energĂŠticaâ&#x20AC;?, JLBE09 â&#x20AC;&#x201C; Jornadas Luso-Brasileiras de Ensino e Tecnologia em Engenharia 2009, 10 a 13 de fevereiro de 2009, Instituto Superior de Engenharia do Porto, Porto, Portugal.