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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
DEEC > DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA E DE COMPUTADORES
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA ELECTROTÉCNICA E DE COMPUTADORES
DISCIPLINA: CONCEPÇÃO DE INSTALAÇÕES ELÉCTRICAS
“URBANIZAÇÃO NOVO RUMO”
Trabalho elaborado por: Lúcio Santos
Mário Sousa
Pedro Landolt
Porto, 5 de Março de 2007
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 1
INDÍCE Lista de abreviaturas................................................................Pag.3 1. Introdução........................................................................Pag.4 1.1. Identificação das potências contratadas...................................Pag.6 1.1.1. Características das habitações....................................Pag.6 1.1.2. Cálculo das potências contratadas................................Pag.7 1.1.3. Cálculo das potências dos PTs e sua localização...............Pag.9 1.1.4. Saídas dos PT´s.....................................................Pag.12 2. Rede de Distribuição de Baixa Tensão.....................................Pag.15 2.1. Considerações gerais.................................................Pag.15 2.2. Precauções da rede .................................................Pag.16
2.3. Cabos...................................................................Pag.17 2.4. Câmaras de visita.....................................................Pag.18 2.5. Armários de distribuição............................................Pag.19 2.6. Protecção..............................................................Pag.21 2.7. Dimensionamento....................................................Pag.24
2.8. Estudo económico....................................................Pag.35 3. Rede de Distribuição de Média Tensão....................................Pag.43 3.1. Considerações gerais.................................................Pag.43 3.2. Escolha do cabo eléctrico utilizado................................Pag.44
3.3. Condições de estabelecimento da rede...........................Pag.46 3.4. Ligações à terra.......................................................Pag.47 3.5. Câmaras de visita.....................................................Pag.47 3.6. Dimensionamento da rede de Média Tensão.....................Pag.48
3.6.1. Resistência de ligação do neutro à terra...............Pag.48 3.7. Verificação das protecções instaladas na subestação..........Pag.52 3.7.1. Protecção contra curto-circuitos fase-fase ou trifásicos ........................................................................................Pag.54 3.7.2.Protecção contra curto-circuitos fase-terra............Pag.55 3.8. Verificação dos tempos de fadiga térmica.......................Pag.56 3.9. Abertura do anel......................................................Pag.62 4. Posto de transformação......................................................Pag.67 4.1. Aspectos construtivos................................................Pag.67
4.1.1. Algumas considerações gerais............................Pag.67 4.2. Pavimento.............................................................Pag.68
4.3. Aberturas de ventilação.............................................Pag.69 4.4. Fossa de retenção do óleo do transformador....................Pag.72 4.5. Portas..................................................................Pag.72 4.6. Encravementos........................................................Pag.73 4.7. Barramento MT.......................................................Pag.73 4.8. Equipamento eléctrico..............................................Pag.74 4.9. Manobras...............................................................Pag.74 4.10. Celas de entrada e saída...........................................Pag.74
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Urbanização “Novo Rumo” Página 2
4.11. Cela de protecção do transformador............................Pag.76 4.12. Dimensionamento de barramentos...............................Pag.76
4.12.1. Esforços electrodinâmicos...............................Pag.78 4.12.2. Força electrodinâmica...................................Pag.79 4.12.3. Verificação dos esforços térmicos.....................Pag.80
4.13. Vãos proibidos.......................................................Pag.81 4.14. Flecha máxima......................................................Pag.82 4.15. Esforços termodinâmicos..........................................Pag.82 4.16. Esforços termodinâmicos e electrodinâmicos..................Pag.83 4.17. Cabos de ligação do interruptor-seccionador-fusível para o
transformador......................................................................Pag.84 4.18. Condição de aquecimento.........................................Pag.84 4.19. Protecção contra curto-circuitos.................................Pag.85 4.20. Defeitos internos do transformador..............................Pag.86 4.21. Equipamento de baixa tensão.....................................Pag.86 4.22. Quadro geral de baixa tensão.....................................Pag.87 4.23. Barramentos do QGBT..............................................Pag.89 4.24. Protecções...........................................................Pag.90
4.24.1. Protecções contra curto-circuitos.....................Pag.90 4.24.2. Protecções contra sobrecargas.........................Pag.90
4.25. Terras.................................................................Pag.90 4.25.1. Terras de protecção......................................Pag.90 4.25.2. Terras de serviço.........................................Pag.91 4.26. Iluminação e tomadas do posto de transformação.............Pag.91 4.27. Acessórios no posto de transformação...........................Pag.92
5. Iluminação pública.............................................................Pag.93 5.1. Considerações gerais.................................................Pag.95
5.2. Luminárias.............................................................Pag.95 5.3. Rede de iluminação pública estabelecida.......................Pag.103
5.3.1. Condições de estabelecimento.........................Pag.104 5.3.2. Cabos usados..............................................Pag.104 5.3.3. Dimensionamento da rede de iluminação pública...Pag.105 5.3.4. Exemplo de cálculo.......................................Pag.106 5.3.4.1. Electrificação das colunas....................Pag.110
Anexos.............................................................................Pag.112
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Lista de Abreviaturas
Neste trabalho tornou-se necessário utilizar algumas abreviaturas para
facilitar a sua realização, presentes quer neste relatório quer no ficheiro
Excel que serve de folha de cálculo para o mesmo. Desta forma apresentamos
a seguir as mesmas:
- AD – Armário de distribuição;
- B – Bombas de Saneamento;
- f.s. 1 – Factor de simultaneidade para habitações;
- f.s. 2 – Factor de simultaneidade para serviços comuns;
- f.s. 3 – Factor de simultaneidade para espaços comerciais;
- ILTUG – Iluminação e tomadas de uso geral;
- C.A. – Climatização ambiente;
- C.E. – Cozinha eléctrica;
- TRM – Termoacumulador;
- MLL – Máquina de lavar louça;
- MLR – Máquina de lavar roupa;
- ME – Motor elevador;
- PT – Posto de transformação;
- N/A – Valor não aplicável;
- Pc – Potência contratada;
- SC – Serviço comuns;
- QG – Quadro geral;
- Is – Intensidade de corrente de serviço;
- In – Intensidade de corrente nominal do fusível;
- If – Intensidade de corrente convencional de funcionamento do fusível;
- Iz´ - Intensidade de corrente admissível mínima;
- Iz – Intensidade de corrente máxima admissível na canalização;
- ∆U – Valor da queda de tensão
- BT – Baixa tensão;
- MT – Média tensão;
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Urbanização “Novo Rumo” Página 4
1. Introdução
O objectivo deste trabalho é realizar o projecto de todas as infra-estruturas
necessárias ao fornecimento de uma urbanização denominada de “Novo
Rumo”, urbanização esta situada numa cidade do interior, direccionada a
pessoas de classe média, e onde não existe rede de gás canalizado, nem
instalações fixas de aparelhos não eléctricos, embora este cenário que possa
ser alterado a longo prazo.
Desta forma foi imprescindível fazer um estudo das necessidades dos possíveis
residentes assim como dos prováveis espaços comerciais que ali possam ser
utilizados. Esse estudo permitiu prever a capacidade de consumo
conjecturável para toda a urbanização para assim ser estruturada a rede de
alimentação, que a entidade operadora da distribuição de energia teria de
elaborar para um adequado abastecimento.
Consequentemente foi preciso realizar os seguintes projectos:
- Rede de distribuição de energia eléctrica em baixa tensão (230/400V);
- Rede de distribuição de energia eléctrica em média tensão (15kV);
- Postos de transformação de MT para BT;
- Rede de iluminação pública.
Sabendo que é necessário ter em conta diversos pontos dos diferentes
regulamentos existentes em Portugal, para certificar que estes projectos
poderiam ser aprovados caso fossem apresentados:
- Regulamento de Segurança de Instalações de Utilização de Energia
Eléctrica (R.S.I.U.E.E.);
- Regulamento de Segurança de Redes de Distribuição de Energia Eléctrica
de Baixa Tensão (R.S.R.D.E.E.B.T.);
- Regulamento de Segurança de Instalações Colectivas de Edifícios e
Entradas (R.S.I.C.E.E.);
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- Regulamento de Segurança de Linhas Eléctricas de Alta Tensão
(R.S.L.E.A.T.);
- Regulamento de Segurança de Subestações, Postos de Transformação e
Seccionamento (R.S.S.P.T.S.).
- Normas e Especificações do Comité Europeu de Normalização
Electrotécnica (C.E.N.E.L.E.C.);
- Normas e Especificações da Comissão Electrotécnica Internacional
(C.E.I.)
O grupo compreende deste modo a realidade e todos os requisitos para a
realização de um projecto deste género possibilitando no futuro uma maior
compreensão nesta área, isto porque segundo novos regulamentos qualquer
engenheiro electrotécnico pode assinar projectos de instalações eléctricas.
NOTA:
As tabelas apresentadas neste relatório estão presentes com as
fórmulas utilizadas nas folhas de cálculo do ficheiro Excel entregue
em conjunto com este relatório.
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1.1. Identificação das Potências Contratadas
1.1.1. Características das habitações:
De acordo com os dados fornecidos existem na urbanização dois tipos de
habitações: prédios (nomeados de A1 a A4, B1 e B2, C1 a C6, E1 a E7) e
moradias (numeradas de 1 a 147). Deste modo apresentamos a constituição de
cada um:
Lote Função Composição Tipo Área (m2)
1 a 77 Habitação Hab. Unifamiliar T 4 160 + 35
78 a 83 Habitação Hab. Unifamiliar T 5 200 + 45
84 a 147 Habitação Hab. Unifamiliar T 5 200 + 45
A1 e A2 Garagem
( R/C + 3 ) ( 2 T3 )/piso T 3 120
Habitação Serviços Comuns 240
A3 e A4
Garagem
( CV + R/C + 2 ) ( 2 T4 )/piso
T 4 140
Comércio A3: Café 100
A3: Rest. 120
Habitação A4: Clínica 220
Serviços Comuns 500
B1 e B2
Garagem
( CV + R/C + 8 ) ( 1 T2 + 1 T3 )/piso
T 2 90
Comércio
T 3 120
B1: EC (2x) 50 x 2
B1: EC 80
Habitação B2: EC (2x) 90 x 2
Serviços Comuns 390
C1 a C4
Garagem
( CV + R/C + 3 ) ( 2 T3 )/piso
T 3 120
Comércio EC (2x) 110 x 2
Habitação Serviços Comuns 460
C5 e C6
Garagem
( CV + R/C + 5 ) ( 2 T2 + 1 T1 )/piso
T 2 100
Comércio T 1 70
C5: EC (4x) 55 x 4
Habitação C6: Infantário 250
Serviços Comuns 520
E1 a E7 Garagem
( R/C + 4 ) ( 2 T3 )/piso T 3 125
Habitação Serviços Comuns 250
Tabela 1: Característica da urbanização
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Como já foi referido esta urbanização destina-se a agregados familiares de
classe média, numa zona interior, assim como não possui no momento de gás
canalizado, havendo a possibilidade de esta ser instalada no futuro.
1.1.2. Cálculo da potência contratada:
Para o cálculo das potências contratadas por cada um destes lotes foram
analisadas as possíveis fontes de consumo de uma habitação ou espaço
comercial e depois foi atribuída uma potência contratada que o grupo
considera adequada.
É necessário ter em conta que o valor das potências contratadas são
claramente inferiores aos valores das potências instaladas (no caso das
habitações) visto que numa habitação não funcionam todos os equipamentos
eléctricos ao mesmo, assim como estes valores são os valores fornecidos pelas
entidades distribuidoras de energia de baixa tensão em Portugal valores
presentes no regulamento tarifário.
Estes valores foram atribuídos pelo grupo que os considerou aceitáveis para
cada caso, tendo em conta que não possuíamos experiência foi também
necessária a ajuda do Professor. No caso particular do espaço comercial
existente em B1 foi atribuída uma potência contratada muito superior à
necessária, pois consideramos que numa zona residencial com esta dimensão
seria essencial a presença de uma padaria. Assim sendo, foram previstas
potências elevadas para prevenir esta eventualidade.
Também temos de ter em conta que os estabelecimentos comerciais
funcionam principalmente durante o dia e funcionam quase com consumos
constantes e elevados, tendo um factor de utilização elevado e próximo de 1.
Desta forma, no caso dos estabelecimentos comerciais as potências
contratadas estão mais próximas das potências totais, visto que em
estabelecimentos comerciais um disparo do disjuntor limitador de potência
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iria causar prejuízos monetários para os seus proprietários que não são
aceitáveis.
Quanto aos serviços comuns, são responsáveis pela alimentação da iluminação
dentro dos prédios, em particular das escadas, dos corredores e eventuais
parques de estacionamento, dos elevadores, sistemas de ventilação. Tendo
em conta que temos prédios de 4 a 10 pisos, que em condições normais já
devem estar equipados com sensores de presença em cada andar e nas
escadas de serviço, para evitar o acender de todas os pontos de luz, ligando
assim apenas a do respectivo piso, logo o maior consumo deve-se
essencialmente ao arrancar dos elevadores o que levou o grupo a optar por
13,8 kVA para os serviços comuns dos prédios baixos (com 4 ou 5 pisos) e 20,7
kVA para os prédios de maior dimensão logo necessitam de mais elevadores (2
ou até mesmo 3).
Lote Tipo ILTUG C.A. C.E. TRM MLR + MLL
ou B + ME
Potência
Total (VA)
Potência
Contratada (kVA)
1 a 77 T 4 4875 15600 5000 2000 6600 34075 13,8
78 a 83 T 5 6125 19600 8000 3000 6600 43325 17,25
84 a 147 T 5 6125 19600 8000 3000 6600 43325 17,25
A1 e A2 T 3 3000 9600 4000 2000 6600 25200 10,35
Serviços C. 2400 960 0 0 9200 12560 13,8
A3 e A4
T 4 3500 11200 5000 2000 6600 28300 13,8
A3: Café 2500 8000 0 1500 3300 15300 17,25
A3: Rest. 3000 9600 0 1500 3300 17400 20,7
A4: Clínica 5500 17600 0 1500 0 24600 27,6
Serviços C. 5000 2000 0 0 11400 18400 17,25
B1 e B2
T 2 2250 7200 3000 1500 6600 20550 10,35
T 3 3000 9600 4000 2000 6600 25200 13,8
B1: EC (2x) 2500 8000 0 0 0 10500 6,9
B1: EC 2000 6400 0 0 0 8400 27,6
B2: EC (2x) 4500 14400 0 0 0 18900 10,35
Serviços C. 3900 1560 0 0 18400 23860 20,7
C1 a C4
T 3 3000 9600 4000 2000 6600 25200 13,8
EC (2x) 5500 17600 0 0 0 23100 13,8
Serviços C. 4600 1840 0 0 11400 17840 13,8
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C5 e C6
T 2 2500 8000 3000 1500 6600 21600 10,35
T 1 1750 5600 3000 1500 6600 18450 6,9
C5: EC (4x) 5500 17600 0 0 0 23100 6,9
C6: Infantário 6250 20000 8000 3000 13200 50450 27,6
Serviços C. 5200 2080 0 0 18400 25680 20,7
E1 a E7 T 3 3125 10000 4000 2000 6600 25725 13,8
Serviços C. 2500 1000 0 0 16200 19700 20,7
Tabela 2: Previsão das cargas de cada lote e correspondente potência contratada
Também é importante referir que para o cálculo da climatização ambiente
(C.A.) foi utilizada o valor total da área da habitação e do anexo
correspondente (no caso das moradias), visto que as pessoas já começam a
exigir um certo conforto em toda a habitação. Os valores do consumo das
máquinas, cozinhas e termoacumulador teve em conta o número de divisões
principais de cada habitação.
1.1.3. Cálculo da potência dos PTs:
Para este cálculo foi necessário compreender como se distribuem
geograficamente as cargas. Um factor muito importante na distribuição dos
PTs é a queda de tensão. E uma vez que a queda de tensão depende
directamente da distância ao PT e do quadrado da intensidade de corrente, as
cargas não podem estar muito afastadas assim como as cargas de maior
consumo de corrente (os prédios) têm de estar o mais próximo possível dos
mesmos.
Por conseguinte decidimos que os prédios E1 a E7 juntamente com as
habitações (numeradas do nº 1 ao nº 83) pertencem ao PT1, os restantes
prédios (A, B e C) são alimentados pelo PT2 sendo que as moradias T5 (do nº 84
ao nº 147) pertencem ao PT3. O PT3 teve atribuídas estas moradias pois
geograficamente ficam afastadas das restantes cargas, logo teriam de ser
alimentadas por um PT independente. Quanto aos outros PTs podiam ser
alimentados por apenas um PT de grande capacidade, mas tendo em conta ao
elevado número de saídas necessárias, visto existirem vários prédios, assim
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como muitas moradias dispersamente distribuídas, e tendo em conta que cada
PT tem no máximo seis saídas (os PTs considerados para uso) tivemos de
dividir em dois PTs. O uso de um terceiro PT esteve presente em discussão,
mas foi posto de parte, visto que ambos os PTs vão alimentar cargas próximas
da sua potência aparente nominal, assim como as seis saídas usadas, logo não
se torna necessário usar um terceiro PT para esta zona. Este uso seria apenas
necessário caso aparecessem novas cargas, mas tendo em conta que quase
toda a zona em redor já se encontra urbanizada, esse acontecimento será
improvável.
Situamos o PT1 no prédio E5, considerando que os prédios solicitam uma carga
superior às moradias, e que a localização do PT teria de ser o mais
equidistante possível das cargas a alimentar. Por observação, concluímos que
o prédio E5 seria o local mais favorável destes sete prédios (E1 a E7).
O PT2 situa-se no edifício C4. Mais uma vez, é o edifício que fica no meio do
conjunto de prédio que alimenta, causando menores comprimentos dos cabos,
logo implicando menores custos com este material. O PT3 também se situa no
centro geográfico do conjunto de moradias que sustenta, e também causa
menores comprimentos de cabos, que por sua vez, aqui muito importante
atendendo às grandes distâncias entre o PT e as moradias, vai originar
menores quedas de tensão e perdas por efeito de Joule, factor relevante no
dimensionamento de uma rede de distribuição. Neste PT foram usadas apenas
três saídas, deixando assim livres outras três que possibilitariam no futuro a
alimentação através deste PT de outras zonas de consumo, mas tendo em
consideração que certamente seria necessário aumentar a capacidade do
mesmo.
Outra característica importante no dimensionamento são os diversos factores
de utilização, para as diferentes cargas (habitações, serviços comuns e
espaços comerciais). O factor de utilização é uma condição que pretende
considerar o uso não simultâneo das cargas, pois um grupo de consumidores
não consome a soma das potências contratadas durante um qualquer período,
e a sua implementação quer em temos de PTs quer em cabos teria custos
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 11
intoleráveis. Facilmente verificamos esse problema se somarmos as potências
contratadas sem qualquer factor multiplicativo, essa soma tem um valor igual
a 3528 kVA, mas comparando com a soma dos três PTs escolhidos (1830 kVA)
verificamos que é cerca de metade. Esta diferença podia ser muito superior
caso existissem menor percentagem de espaços comerciais e mais de
habitações, pois conforme referido atrás os espaços comerciais tem uma
utilização mais homogeneizada durante o dia e as habitações têm consumos
mais desfasados, logo teríamos um factor multiplicativo inferior com uma
potência superior.
Estes factores de simultaneidade são diferenciados pelo tipo de cargas a
alimentar. Denominamos por fs1 o factor de simultaneidade para as
habitações, fs2 para serviços comuns e fs3 para espaços comerciais. Estes são
obtidos pelas seguintes formulas, sendo n o número de habitações, serviços
comuns ou espaços comerciais, respectivamente:
85.0
5.05.0
8.02.0
3
2
1
=
+=
+=
fs
nfs
nfs
Respeitando sempre o limite mínimo de 25.01 ≥fs .
Assim obtivemos os seguintes valores para os três PT´s:
PT nº N 1 fs1 N 2 fs2 N 3 fs3 S (kVA) SPT (kVA) Localização
1 146 0,266 7 0,689 0 - 616,0 630 E 5
2 139 0,268 12 0,644 21 0,85 707,2 800 C 4
3 64 0,300 0 - 0 - 331,2 400 Traseiras da hab. 117
Tabela 3: Características dos postos de transformação a projectar
Como tínhamos referido os valore de fs1 são muito baixos e fs2 e fs3 são
elevados, no caso de fs3 foi atribuído um valor fixo pois o cálculo dava um
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 12
valor mais baixo e que consideramos não ser o mais adequado para espaços
comerciais desta natureza (praticamente todos, ou mesmo todos, diurnos).
Depois foi normalizado o valor obtido da potência, por excesso, como se
exige nestes casos, e aqui se verifica que em todos eles os PTs escolhidos
estão muito próximos do valor calculado (98%, 88% e 83% respectivamente), o
que não permite que sejam alimentados muitos mais focos de consumo.
1.1.4. Saídas dos PTs:
Seguidamente passamos a indicar que foco é abastecido por cada saída e
consecutivos armários de distribuição (AD), que estão apresentados na folha
de cálculo do Excel:
PT 1
Saída AD AD AD AD
1 1.1
1.1.1
1.1.1.1
1.1.1.1.1
1.1.2
1.1.2.1
1.1.3
2 1.2
1.2.1
1.2.1.1
1.2.2
1.2.2.1
1.2.2.1.1
3 1.3
1.3.1
1.3.1.1
1.3.2
1.3.3
4 1.4
5 1.5
6 1.6
Tabela 4: Detalhe da disposição dos armários da saída do PT1
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 13
Esta tabela referente ao PT1 indica que existem 6 saídas (numeradas de 1 a 6 –
na coluna mais a esquerda), depois apresenta que AD está ligado à saída e
quais os AD´s que dão continuidade. Por exemplo a intensidade de corrente
que alimenta as habitações do AD 1.2.2.1.1, tem o seguinte percurso: Saída 2
– AD 1.2 – AD 1.2.2 – AD 1.2.2.1 – AD 1.2.2.1.1; enquanto a que alimenta o AD
1.2.1.1 percorre o seguinte trajecto: Saída 2 – AD 1.2 – AD 1.2.1 – AD 1.2.1.1.
Assim temos que o troço correspondente ao cabo entre o PT e o primeiro AD é
apresentado na linha do AD correspondente (1.1, 1.2, 1.3, … por exemplo).
As seguintes tabelas apresentam todas as ligações desde as saídas dos outros
PTs até cada habitação, serviço comum e espaço comercial, indicando qual ou
quais os armários de distribuição por onde passa.
PT 2
Saída AD AD
1 2.1
2 2.2
3 2.3
2.3.1
4 2.4
5 2.5
6 2.6
2.6.1
Tabela 5: Detalhe da disposição dos armários da saída do PT2
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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PT 3
Saída AD AD AD AD
1 3.1
3.1.1
3.1.1.1
3.1.2
2 3.2
3.2.1
3.2.1.1
3.2.1.1.1
3.2.2
3.2.2.1
3 3.3
3.3.1
3.3.1.1
3.3.2
3.3.2.1
Tabela 6: Detalhe da disposição dos armários da saída do PT3
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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2. Rede de Distribuição de Baixa Tensão
2.1. Considerações gerais
Conforme os regulamentos R.S.R.D.E.E.B.T. artigos 1º, 9º e 10º uma rede de
distribuição deve ser projectada de forma a desempenhar com eficiência e
boas condições de segurança, de modo a suprimir todos os perigos calculáveis
para as pessoas e coisas assim como não perturbando a livre e regular
circulação nas vias (salvaguarda dos interesses colectivos).
Tendo em conta que se trata de uma zona urbanizada, deveremos de ter uma
rede subterrânea com tensão composta de 400V (admitimos uma queda de
tensão máxima de ±5%) e uma frequência de 50Hz. Esta mesma rede terá a
estrutura radial, tendo como ponto de origem os quadros gerais de baixa
tensão nos três PTs e ramificando-se pela urbanização até aos focos de
consumo.
Assim temos uma rede composta por diversos armários de distribuição que
alimentam os diversos consumidores através de ramais (no caso de habitações
unifamiliares ou estabelecimentos comerciais, estes terminam em quadros de
entrada ou em quadros de coluna no caso de habitações multifamiliares –
edifícios). Estes armários estão localizados no exterior das habitações, em
zonas de fácil acesso para eventuais operações de manutenção.
Temos ainda protecção contra sobreintensidades e curto-circuitos através de
fusíveis.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 16
2.2. Precauções da rede
Como foi referido anteriormente vamos utilizar cabos enterrados em valas,
logo temos de ter em atenção algumas características e condições
importantes:
- usar o mínimo de travessias possível, ou seja, de um lado da rua todas
as habitações serão alimentadas pela mesma saída;
- as travessias devem ser perpendiculares à rua para diminuir o
comprimento do cabo, de modo a não prejudicar a normal circulação das vias
em eventuais avarias, e os cabos tem de estar enterrados com uma
profundidade mínima de 1 m, sendo os tubos usados em PVC (policloreto de
vinila – material caracterizado pela sua leveza, resistência a reagentes
químicos, intempéries e choques mecânicos, com vida útil superior a 50 anos,
sendo ainda auto-extinguível, impermeável a gases e líquidos, reciclável, mas
acima de tudo um bom isolante térmico e eléctrico tornando-se assim um
isolante por excelência) com um diâmetro não inferior a 100 mm, nem inferior
a 3 vezes a soma dos diâmetros dos cabos a atravessarem a rua;
- antes e depois de uma travessia, deve existir um ponto de fácil
acesso, câmara de visita, para eventuais reparações, assim como em frente de
cada AD;
- as valas devem ser enterradas a uma distância mínima de 70 cm do
solo e devem ser evitados cruzamentos de valas, sendo instaladas
preferencialmente nos passeios, ficando os cabos envolvidos em areia ou terra
fina ou cirandada;
- deve ser evidenciado 20 cm acima da canalização, por meio redes
metálicas plastificadas ou material plástico de cor vermelha, de forma a
evitar acidentes com futuras perfurações;
- deve-se ter em atenção as valas existentes para saneamento,
comunicação, gás (que de momento não existe na nossa urbanização);
- os raios de curvatura deverão ser sempre pelo menos dez vezes
superiores ao diâmetro do próprio cabo, respeitando também a curvatura
imposta pelo fabricante;
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 17
- deverá haver um espaçamento mínimo de 25 cm entre canalizações de
energia sempre que na mesma vala circularem várias destas;
- devem ser assentados armários de distribuição sempre que se verificar
necessidade de efectuar derivações, ligações à terra ou colocar protecções;
- foram considerados apenas ADs de quatro ou seis saídas, havendo
ainda em cada armário duas ligações à terra sendo uma para a terra de
serviço (ligação directa do neutro à terra) e outra para realizar a ligação
equipotencial das bainhas metálicas dos cabos e todos os outros elementos
metálicos existentes;
2.3. Cabos
Para a composição desta rede é necessário usar cabos que ofereçam uma
resistência contra acções mecânicas de classe M7, ou seja, cabos com
resistência reforçada às acções mecânicas, conferida por uma armadura. Isto
deve-se à necessidade de oferecer protecção contra o eventual aluimento de
terra, choques com ferramentas metálicas ou contacto com corpos duros.
Assim foi determinado que seriam usados apenas cabos “CelCat”, “General
Cable” LSVAV, isto é cabos com alma condutora maciça, circular ou sectorial,
de alumínio, isolamento em PVC, bainha interior também em PVC, armadura
em fitas de aço, bainha exterior igualmente em PVC, que são cabos
adequados para transporte e distribuição de energia próprios para instalação
enterrada. Este cabo tem um código 307210, que significa que os condutores
isolados e cabos são: de tensão nominal 450/750 V ou 0,8/1,2 kV (3 – classe
I3); rígidos (0 – classe F0); resistência reforçada às acções mecânicas (7 –
classe M7); resistentes à corrosão pelos agentes atmosféricos (2 – classe C2);
condutores isolados e cabos com blindagem eléctrica (1 – classe B1); e para
temperaturas ambientes habituais compreendidas entre -5ºC e +40ºC (0 – T0).
Destes foi decidido que não iriam se utilizados cabos com secções inferiores a
16 mm2 nem superiores a 185 mm2, o primeiro valor advém pois os cabos com
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Urbanização “Novo Rumo” Página 18
10 ou 6 mm2 são cabos com secções muito pequenas incapazes de suportar
correntes aceitáveis na distribuição de uma rede, sendo por isso, proibidos
por regulamento, o segundo porque cabos com 240 mm2 são cabos já bastante
exigentes em características físicas tornando-se assim bastante complicado
manuseá-los e instalá-los.
Todos os cabos usados não contém redução de neutro, pois essa redução,
neste momento, não traz vantagens económicas logo não se torna
recomendada, sendo portanto da família de LSVAV 4x185mm2.
Como se vai poder comprovar nas tabelas apresentadas no ponto (tabelas 9,
10, 11 e 12) temos à saída de um PT secções muito próximas entre as
diferentes saídas, o que significa que não existem desequilíbrios acentuados
de carga entre as saídas de um PT, que se torna importante numa boa
distribuição de rede.
2.4. Câmaras de visita
Para facilitar qualquer reparação na rede decidimos que embora não fossem
desenhadas, e consequentemente apresentadas na planta da rede de baixa
tensão, seria conveniente a sua implementação segundo as considerações
acima apresentadas: antes e depois de cada travessia e em frente a cada
armário de distribuição.
Desta forma seria efectuada uma caixa de acesso que deve ter as dimensões 1
m nas três dimensões em causa (altura, largura e comprimento) para permitir
toda e qualquer reparação ou substituição seja feita com segurança e
dimensões satisfatórias para a sua operação.
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Urbanização “Novo Rumo” Página 19
2.5. Armários de distribuição
Os ADs são elementos bastante importantes numa rede pois são responsáveis
quer pela ramificação da mesma quer pela protecção de pessoas e bens
(máquinas e elementos eléctricos ligados à rede).
Assim sendo é necessário ter em atenção o seu uso. Este não pode ser abusivo
porque para uma protecção ser considerada eficaz os fusíveis usados num AD
têm de ser selectivos com os seguintes, ou seja, têm um poder de corte
superior pelo menos 60% que os seguintes. Por exemplo no AD 1.1 usamos um
fusível com 250=nI A logo nos ADs seguintes, 1.1.1, 1.1.2 e 1.1.3, não
poderíamos ter valores muito superiores a AIn 1576,0250 =×= , que como se
verifica temos 160A, 160A e 80A, respectivamente. Mas também pois com
muitos ADs a partir da mesma saídas do PT tornava-se necessário alimentar
uma carga excessiva, o que provocaria ao uso de cabos de muito maior
secção, desaconselhável pelo seu custo e dificuldade de manuseamento, mas
também certamente iria provocar problemas sérios de queda de tensão.
Por estas razões tentamos usar, dentro do razoável, o mínimo de ADs possível,
tendo em conta que só foram utilizados ADs com 4 ou 6 saídas, que servem
quer para alimentação directa a habitações, serviços comuns e
estabelecimentos comerciais quer para ligação a outros ADs.
Desta forma é necessário colocar os ADs perto dos focos de consumo, isto é,
nos passeios, visto que têm de ter fácil acesso por parte dos funcionários de
manutenção da entidade competente, mas também não podem prejudicar o
normal funcionamento das vias, o que incita a que todos os ADs sejam
encostados aos muros e paredes nos passeios.
O grupo considera que todos os ADs a serem instalados deverão ser de 6
saídas, isto porque permitirão a fácil inclusão de outras ligações no futuro,
pois os ADs que contém 4 ou menos saídas ocupadas se encontram no término
das linhas.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 20
Quanto às características técnicas temos no artigo 64º do R.S.R.D.E.E.B.T. a
indicação que os invólucros dos quadros ou as estruturas de suporte deverão
ser de material que possua características adequadas, podendo ou não ser
isolantes. E no caso de serem de materiais condutores as partes activas dos
aparelhos montados nos quadros deverão ser convenientemente isoladas dos
mesmos. Tendo em conta que os ADs estão dispostos às intempéries estes têm
de possuir protecção contra as mesmas, ou seja, contra choque, corrosão e
temperatura.
Os invólucros ou estruturas de suporte devem ser de tal forma que sejam
fáceis de serem retirados, para ser mais rápido efectuar operações de
manutenção ou reparação; possuir um esquema, no interior, da rede que lhe
está associado; contenham uma sinalização de aviso de “perigo de morte” no
exterior; um sistema de entradas de ar para ventilação natural (por rasgos na
estrutura sendo aconselhável pelo menos uma em cima e outra em baixo); as
portas contenham um sistema de fecho em três sítios e com um fecho
triangular de 3mm e também devem ser constituídas por uma ou mais folhas,
para em caso de deformação não seja possível que um fio metálico com mais
de 1mm de diâmetro entre em contacto com algum elemento no interior.
Quanto aos bastidores (que servem a estrutura de suporte e fixação do
invólucro, do equipamento eléctrico e do suporte de cabos) devem ter um
perfil em U ou cantoneira em L, para se conseguir uma estrutura com
resistência mecânica adequada, capaz de aguentar as condições normais de
exploração. Devem ser em aço ou em liga de alumínio e protegidos contra
corrosão por galvanização por imersão a quente.
Estes suportarão a barra de neutro e de terra e o barramento das fases, todos
eles devendo ser em cobre nu. O primeiro tem secção de 30x5mm2 e serve
para unir os condutores de neutro dos cabos, o segundo com secção idêntica
serve para ligar todos os elementos metálicos do AD (a porta, o invólucro, a
armadura do bastidor, as bainhas metálicas e blindagens dos cabos, a terra de
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 21
protecção). Quanto ao barramento das fases deverá ser de 60x5mm2 apoiado
em elementos isolantes capazes de resistir aos esforços electrodinâmicos dos
curto-circuitos máximos possíveis.
No que diz respeito ao maciço de fundação dos ADs este deve ser capaz de
resistir a todos os esforços que possa vir a ser submetido. Deve ter dimensões
de acordo com AD sendo que se deve elevar acima do solo pelo menos 15cm e
ser de betão ou poliéster prensado.
A ligação do bastidor ao maciço deverá ser feita através de quatro parafusos
roscados. Para além disso todos os materiais mecânicos (porcas, anilhas e
parafusos) devem ser de aço inox.
2.6. Protecções
Existem dois tipos de protecções neste trabalho: das pessoas e das
instalações, estando ambas bem regulamentadas no R.S.R.D.E.E.B.T..
As protecções das pessoas são feitas com o intuito de evitar acidentes por
contacto simultâneo entre dois elementos (massas ou elementos metálicos
com contacto com os condutores ou as massas) a diferentes tensões (logo
potencial), evitando assim uma diferença de potencial que no caso de
distribuição e transporte de energia pode ser fatal.
Desta forma temos de nos certificar que todos os elementos possíveis de
contacto estão ao mesmo potencial, para isso, temos de ligar o neutro da
rede de distribuição directamente à terra e as massas ligadas ao neutro
(sistema TN) evitando assim contactos indirectos (segundo o artigo 13º).
O regulamento (artigo 134º) ainda exige que não existam extensões com mais
de 300m sem que o neutro se encontre ligado à terra, numa canalização
principal, sabendo que o máximo de comprimento que temos na nossa
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 22
instalação é próximo de 170m (entre o PT1 e AD1.3) não existe necessidade
de colocar ligações intermédias nas canalizações.
Segundo o artigo 138º os condutores de terra devem ser de cobre, aço
galvanizado ou outro material capaz de resistir à corrosão do terreno e que
tenha uma boa condutividade eléctrica. Já o artigo 139º diz que em caso de
um condutor de terra de cobre a secção mínima é 16mm2. Partindo destes
dois artigos podemos obter a intensidade de corrente de defeito franco
máximo para a secção de 16mm2:
Ao
I
tIS
208011
1316
4=
×
×=
∆=
−
θα
Assim verificamos que I=2080A são suficientes para as situações aplicadas no
nosso trabalho, logo iremos utilizar os cabos VV 16mm2 para os condutores de
terra.
Quanto às ligações às terras servem, por exemplo, para evitar as tensões de
passo que são perigosas à superfície. Estes condutores devem ser isolados,
dotados de duas bainhas ou de bainha reforçada, com características
mecânicas não inferiores às da classe M5, mas não possuam bainha metálica,
armadura ou blindagem (artigo 147º do R.S.R.D.E.E.B.T.).
No que diz respeito a protecções de instalações tivemos de ter em atenção o
artigo 127º do R.S.R.D.E.E.B.T. (protecções contra sobreintensidades) estas
devem ser feitas através de fusíveis ou disjuntores, com características
adequadas, e o neutro não deverá possuir qualquer aparelho de protecção.
Neste trabalho foram usados apenas fusíveis NH da “Siemens”, de categoria
de utilização gG, por isso, foram tidas em conta as seguintes condições
exigidas pelo artigo 128º do mesmo regulamento:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 23
zns
zf
III
II
≤≤
≤ 45,1
Na protecção contra sobretensões como se usa uma rede subterrânea não
necessita de protecção na rede, o grupo apenas considera que seria
aconselhável a instalação de um pára-raios no bloco B1 ou B2, visto serem os
prédios mais elevados. Logo esta instalação deveria ter um eléctrodo de
terra, que servirá também de ligação do neutro à terra da rede de
distribuição (segundo o artigo 126º do R.S.R.D.E.E.B.T.), tendo em
consideração que para o correcto funcionamento este eléctrodo deve possuir
um valor baixo de resistência de terra.
Obviamente o valor da resistência destes cabos deve ser sempre o mais baixo
possível (inferior a 5Ω) e enterrados em terrenos húmidos (artigo 146º do
mesmo regulamento).
Para uma correcta protecção contra curto circuitos, temos de verificar a
corrente de curto-circuito mínima da instalação.
Segundo o artigo 130º do R.S.R.D.E.E.B.T. os aparelhos de protecção contra
curto-circuitos dêem ter intensidade nominal que deverá ser determinada de
modo a que a corrente de curto-circuito seja cortada antes da canalização
atingir a sua temperatura limite.
Assim um correcto dimensionamento deve cumprir as seguintes condições:
mincc
n
ftI
SKt ×=
[ ]∑=
×+×
×=∧
n
i
C
ineutro
C
ifase
S
cc
LRR
UI
1
º20
_
º20
_
min
)(5,1
95,0
2
min
×=
ccI
Snktft
Onde:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 24
tft ⇒ tempo de corte do aparelho de protecção com máximo de 5s (em
segundos)
k ⇒ constante cujo valor varia com o tipo de material (toma o valor 74
para cabos de alumínio isolados a PVC)
S ⇒ secção dos condutores (em milímetros quadrados)
Icc ⇒ corrente de curto-circuito mínima, corrente que resulta de um
curto- -circuito franco verificado no ponto mais afastado da rede
considerada
Us ⇒ tensão simples (230V)
R ⇒ resistência do condutor (fase ou neutro) por unidade de
comprimento a 20ºC
L ⇒ comprimento do cabo
Tendo em conta que usamos cabos com a mesma secção para os condutores
de fase e para o neutro temos a resistência da fase e do neutro são iguais.
Desta forma teríamos um problema pois existiriam duas protecções no mesmo
local com diferentes poderes de corte (tornando-se inevitavelmente um deles
desnecessário), para isso o artigo 132º do regulamento R.S.R.D.E.E.B.T. indica
que caso a protecção contra sobrecargas possuir um poder de corte igual ou
superior à corrente de curto-circuito previsível esta deverá ser a escolhida,
pois assegura também a protecção contra curto-circuitos a jusante. Mas caso
não se verificar a condição referida, temos de confirmar se as curvas de
funcionamento do aparelho de protecção contra curto-circuito são tais que,
para uma sobreintensidade superior ao poder de corte do fusível contra
sobrecargas, o tempo de funcionamento do fusível a curto-circuitos é inferior
ao da protecção contra sobrecargas.
2.7. Dimensionamento
Para fazermos o dimensionamento de toda a rede pretendida, foi realizado
em primeira análise a localização dos ADs, PTs e as linhas, com conseguinte
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 25
distribuição de cargas por PT. Desta forma foi possível ter uma ideia da
distribuição para depois podermos verificar a viabilidade da solução. Como
era previsível foram feitas diversas alterações ao longo da realização deste
projecto. Assim sendo apresentamos os cálculos para a solução final obtida,
mas para evitar repetição de cálculos apresentamos como exemplo o cálculo
do cabo entre o PT1 e AD 1.1.
s
sU
SI
×=3
[ ]AI s 51,2182303
10077,150=
××
=
Is ⇒ Intensidade de corrente de serviço;
S ⇒ Potência total da carga a jusante do cabo (no exemplo é constituído
pelas cargas alimentadas pela saída 1), é a multiplicação da potência
contratada pelo factor de potência tendo em consideração o tipo de carga
(habitações, serviços comuns ou espaços comerciais);
Us ⇒ Tensão simples (no caso da rede de BT é 230V)
Com a obtenção da intensidade de corrente de serviço temos de dimensionar
os fusíveis tendo em conta que a intensidade de corrente nominal deste (In)
tem de ser superior à intensidade de corrente de serviço, pois caso contrário
este estava sempre a estourar e inviabilizava o cabo deixando de alimentar as
cargas.
Sabendo o fusível a aplicar em cada cabo, sabemos também o valor da
intensidade de corrente convencional de funcionamento do fusível (If) através
das tabelas de fusíveis (apresentada a seguir).
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 26
Corrente nominal, correntes fusível
In If
12 21
16 28
20 35
25 44
32 51
40 64
50 80
63 101
80 128
100 160
125 200
160 256
200 320
250 400
315 504
Tabela 7: Características dos fusíveis a utilizar
Seguidamente obtemos o valor da intensidade de corrente admissível mínima
(Iz´), que é obtido através da seguinte formula:
[ ]AI
II
Z
f
Z
9,27545,1
400
45,1
´
´
==
=
Como foi referido anteriormente vamos usar cabos com as três fases mais
neutro, e como em quase todas as valas iriam ser usados dois cabos deste
género foi utilizado um valor para o factor de correcção (fc) de 0,9 como
indicado pela tabela apropriada.
[ ] [ ][ ] [ ]2
´
´
150310
9,275310
mmSAI
AIAI
II
z
Zz
Zz
=⇒=
=>=
≥
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 27
Após obtido este valor podemos escolher o cabo, tendo em atenção que o
valor da intensidade de corrente máxima admissível na canalização (Iz) tem
de ser superior a Iz´.
Por estas razões obtivemos os valores para as secções mínimas dos cabos a
utilizar em cada troço.
Faltava então obter as quedas de tensão entre o PT e os focos de consumo.
Para esse cálculo o grupo decidiu separar em duas parte: desde o PT e até
cada AD; entre o AD e as cargas alimentadas directamente por este. Para
facilitar foi considerado (em especial nas moradias) a maior distância
verificada entre o PT e as mesmas, pois este é o pior caso.
Segundo os regulamentos temos como valor máximo de queda de tensão de
8.5% numa rede de distribuição, mas foi considerado, para a realização deste
trabalho, um valor inferior (5%) para aumentar a qualidade de serviço. Pela
mesma razão e tendo em conta que separamos os cálculos em dois, o grupo
determinou que entre o PT e os ADs poderia existir no máximo uma queda de
tensão de 4%, ficando 1% para a ligação do AD à carga.
Assim sendo tornou-se necessário efectuar aumentos de secção, pois cabos de
maior secção possuem menor resistência, capacidade para suportar maiores
valores de intensidade de corrente e melhor facilidade de arrefecimento, logo
permitem melhorar não só a qualidade de serviço, através da diminuição da
queda de tensão, mas também através da possibilidade de aumento da carga
sem que este seja posto em causa. Depois de se realizar os estudos
económicos foram efectuados mais aumentos de secção, aumentos estes
apresentados a vermelho, e que por diminuírem as quedas de tensão vão ser
apresentadas as tabelas já com as alterações.
Como é natural as secções de todas as tabelas apresentadas a seguir vem em
mm2.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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[ ] [ ]%100º70º70 ××
×=∆∧
×=∆
ns
C
s
C
UI
LRUV
I
LRU
[ ] [ ]%2,61100230218,51
139,40,197V6,00
218,51
139,40,197=×
××
=∆∧=×
=∆ UU
Quando obtivemos as secções dos cabos finais, verificamos se a protecção
contra curto-circuitos era cumprida. Para não se verificar, nas curvas de fusão
dos fusíveis, todas as correntes de curto-circuitos obtidas decidimos usar a
corrente de curto-circuito mínima de toda a urbanização para cada corrente
nominal de fusível, e comparar o tempo de fusão do fusível originado por essa
corrente. Isto porque, ao verificar com a corrente de curto-circuito mais baixa
verificará também a do cabo. Mas houve dois cabos que não verificaram (cabo
entre o PT2 e AD2.4 e AD2.5 – estes usam o mesmo fusível, por isso, também
utilizamos o valor mais baixo destes), por isso, acrescentamos na tabela os
valores reais encontrados.
Mas antes vamos apresentar os cálculos necessários para o exemplo escolhido:
[ ][ ]
[ ]st
AI
kmR
ft
cc
C
46,184,3186
18574
4,3186
1000
4,139164,025,1
23095,0
164,0
2
min
º20
=
×=
=×××
×=
Ω=
Agora torna-se necessário verificar no ábaco dos fusíveis o tempo de fusão do
fusível de In=250ª para a corrente de valor eficaz, pois o ábaco relaciona a
corrente de curto-circuito mínimo em valor eficaz com o tempo de fusão:
[ ]AefI cc 1,22532
4,3186)(min ==
No ábaco lê-se então tap=0,9s. Com este valor temos agora de confirmar se as
condições são compridas (valores em segundos):
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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59,046,189,0
5
<∧<
<∧< sttt apftap
Como se verifica este fusível está bem dimensionado também contra curto-
circuitos para esta canalização.
A tabela que apresenta as leituras dos tempos de fusão dos fusíveis está
apresentada em baixo (sempre que os valores não apareciam no ábaco por a
corrente ser demasiado elevada foi utilizado o valor mínimo de tap=0,01[s]):
In Icc [A] Icc eficaz [A] tap [s]
12 2.454,1 1735,3 0,01
16 1.864,6 1318,5 0,01
20 2.454,1 1735,3 0,01
25 759,5 537,1 0,01
32 1.199,5 848,2 0,01
50 3.649,8 2580,8 0,01
63 2.019,0 1427,7 0,015
80 1.943,7 1374,4 0,06
100 2.471,3 1747,5 0,05
125 2.502,4 1769,5 0,2
160 5.303,1 3749,9 0,05
200 2.392,7 1691,9 1,1
200 7.625,9 5392,3 0,01
250 3.186,4 2253,1 0,9
250 23.589,4 16680,2 0,01
315 7.626,7 5392,9 0,01
Tabela 8: Tempo de fusão dos fusíveis para o valor de corrente
correspondente
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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Desta forma foi possível chegar aos seguintes resultados:
PT 1
Saída AD AD AD AD Is (A) In
(A)
If
(A)
Iz´
(A)
Iz
(A)
Secção
(mínima)
Secção
(escolhida)
IU
(%)
1 1.1
218,51 250 400 275,9 310 150 185 2,61
1.1.1
103,43 160 256 176,6 195 70 95 3,18
1.1.1.1 70,33 80 128 88,3 90 16 70 3,67
1.1.1.1.1 48,00 50 80 55,2 90 16 70 3,88
1.1.2 97,07 160 256 176,6 235 95 95 3,06
1.1.2.1 63,19 80 128 88,3 90 16 50 3,73
1.1.3 63,19 80 128 88,3 90 16 50 3,65
2 1.2
191,14 315 504 347,6 355 185 185 0,47
1.2.1 90,60 125 200 137,9 195 70 70 2,07
1.2.1.1 55,78 63 101 69,7 90 16 35 3,12
1.2.2
109,69 200 320 220,7 235 95 95 1,02
1.2.2.1 77,25 125 200 137,9 150 50 50 1,80
1.2.2.1.1 63,19 80 128 88,3 90 16 50 3,50
3 1.3
174,38 200 320 220,7 235 95 185 2,77
1.3.1 84,00 100 160 110,3 130 35 95 3,40
1.3.1.1 48,00 50 80 55,2 90 16 95 3,84
1.3.2 63,19 80 128 88,3 90 16 50 3,92
1.3.3 78,99 100 160 110,3 130 35 95 3,99
4 1.4 179,21 200 320 220,7 235 95 185 1,29
5 1.5 179,21 200 320 220,7 235 95 185 1,31
6 1.6 245,36 315 504 347,6 355 185 185 0,46
Tabela 9: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão
das saídas do PT1
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 31
PT 2
Saída AD AD Is (A) In (A) If (A) Iz´
(A) Iz (A)
Secção
(mínima)
Secção
(escolhida) IU (%)
1 2.1 199,00 250 400 275,9 310 150 185 1,91
2 2.2 170,50 200 320 220,7 235 95 185 1,45
3 2.3 301,20 315 504 347,6 355 185 185 0,93
2.3.1 100,53 160 256 176,6 195 70 120 1,32
4 2.4 201,89 250 400 275,9 310 150 185 0,33
5 2.5 210,18 250 400 275,9 310 150 185 0,49
6 2.6 265,64 315 504 347,6 355 185 185 1,32
2.6.1 149,31 160 256 176,6 195 70 150 1,84
Tabela 10: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão
das saídas do PT2
PT 3
Saída AD AD AD AD Is (A)
In
(A)
If
(A)
Iz´
(A)
Iz
(A)
Secção
(mín.)
Secção
(esc.) IU (%)
1 3.1
196,65 250 400 275,9 310 150 185 2,25
3.1.1 121,33 160 256 176,6 195 70 150 3,00
3.1.1.1 78,99 100 160 110,3 130 35 120 3,65
3.1.2 78,99 100 160 110,3 130 35 50 3,25
2 3.2
240,00 250 400 275,9 310 150 150 1,52
3.2.1
129,28 160 256 176,6 195 70 95 2,45
3.2.1.1 87,92 100 160 110,3 130 35 50 3,21
3.2.1.1.1 60,00 63 101 69,7 90 16 50 3,86
3.2.2 96,57 125 200 137,9 150 50 70 2,99
3.2.2.1 49,64 63 101 69,7 90 16 50 3,44
3 3.3
182,18 200 320 220,7 235 95 120 1,77
3.3.1 96,57 100 160 110,3 130 35 70 2,06
3.3.1.1 49,64 63 101 69,7 90 16 35 2,74
3.3.2 87,92 100 160 110,3 130 35 50 2,69
3.3.2.1 49,64 63 101 69,7 90 16 35 3,34
Tabela 11: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão
das saídas do PT3
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 32
Tipo (cada saída) Is (A) In
(A)
If
(A)
Iz´
(A)
Iz
(A)
Secção
(mínima)
Secção
(escolhida)
IU
(%)
T 4 20,00 25 44 30,3 90 16 16 0,82
T 5 25,00 32 51 35,2 90 16 25 0,79
A1 e A2: T 3 (QG + SC) 67,39 80 128 88,3 90 16 70 0,18
A3 e A4: T 4 (QG + SC) 73,00 80 128 88,3 90 16 70 0,39
A3: Café 25,00 32 51 35,2 90 16 35 0,26
A3: Restaurante 30,00 50 80 55,2 90 16 35 0,31
A4: Clínica 40,00 50 80 55,2 90 16 50 0,16
B1 e B2: T 2 / T3 (QG + SC) 142,00 160 256 176,6 195 70 150 0,24
B1: EC 50 10,00 12 21 14,5 90 16 16 0,16
B1: EC 80 40,00 50 80 55,2 90 16 50 0,21
B2: EC 90 15,00 20 35 24,1 90 16 16 0,23
C1 a C4: T 3 (QG + SC) 83,19 100 160 110,3 130 35 70 0,98
C1 a C4: EC 110 20,00 25 44 30,3 90 16 16 1,00
C5 e C6: T 2 / T1 (QG+ SC) 111,31 125 200 137,9 150 50 120 0,30
C5: EC 55 10,00 16 28 19,3 90 16 16 0,20
C6: Infantário 40,00 50 80 55,2 90 16 50 0,28
E1 a E7: T 3 (QG + SC) 107,25 125 200 137,9 150 50 95 0,54
Tabela 12: Condições de protecção contra sobrecarga e quedas de tensão
das saídas dos ADs
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 33
Com as seguintes condições de protecção contra curto-circuitos:
PT 1
Saída AD AD AD AD Icc(min) [A] tft [s] tap [s] tap<tft ? tap<5s ?
1 1.1
3.186,4 18,459 0,6 Aceite Aceite
1.1.1
6.892,0 1,040 0,05 Aceite Aceite
1.1.1.1 5.458,0 0,901 0,06 Aceite Aceite
1.1.1.1.1 8.491,3 0,372 0,01 Aceite Aceite
1.1.2 8.252,7 0,726 0,05 Aceite Aceite
1.1.2.1 3.537,9 1,094 0,06 Aceite Aceite
1.1.3 2.315,2 2,554 0,06 Aceite Aceite
2 1.2
15.520,4 0,778 0,01 Aceite Aceite
1.2.1 2.557,8 4,101 0,2 Aceite Aceite
1.2.1.1 2.019,0 1,646 0,015 Aceite Aceite
1.2.2
7.625,9 0,850 0,01 Aceite Aceite
1.2.2.1 3.749,1 0,974 0,2 Aceite Aceite
1.2.2.1.1 1.943,7 3,624 0,06 Aceite Aceite
3 1.3
2.392,7 32,737 1,1 Aceite Aceite
1.3.1 5.066,8 1,925 0,05 Aceite Aceite
1.3.1.1 4.149,9 2,870 0,01 Aceite Aceite
1.3.2 2.098,5 3,109 0,06 Aceite Aceite
1.3.3 2.471,3 8,092 0,05 Aceite Aceite
4 1.4 5.289,6 6,698 1,1 Aceite Aceite
5 1.5 5.218,8 6,881 1,1 Aceite Aceite
6 1.6 20.387,4 0,451 0,01 Aceite Aceite
Tabela 13: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas
do PT1
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 34
PT 2
Saída AD AD Icc(min) [A] tft [s] tap [s] tap<tft ? tap<5s ?
1 2.1 3.963,9 11,928 0,6 Aceite Aceite
2 2.2 4.488,3 9,304 1,1 Aceite Aceite
3 2.3 12.352,2 1,228 0,01 Aceite Aceite
2.3.1 6.783,2 1,714 0,05 Aceite Aceite
4 2.4 23.589,4 0,337 0,01 Aceite Aceite
5 2.5 16.262,5 0,709 0,6 Aceite Aceite
6 2.6 7.626,7 3,222 0,01 Aceite Aceite
2.6.1 11.150,3 0,991 0,05 Aceite Aceite
Tabela 14: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas
do PT2
PT 3
Saída AD AD AD AD Icc(min) [A] tft [s] tap [s] tap<tft ? tap<5s ?
1 3.1
3.329,4 16,907 0,6 Aceite Aceite
3.1.1 6.168,5 3,238 0,05 Aceite Aceite
3.1.1.1 4.573,2 3,770 0,05 Aceite Aceite
3.1.2 2.980,4 1,541 0,05 Aceite Aceite
2 3.2
6.016,9 3,403 0,6 Aceite Aceite
3.2.1
5.303,1 1,757 0,05 Aceite Aceite
3.2.1.1 4.381,5 0,713 0,05 Aceite Aceite
3.2.1.1.1 3.513,6 1,109 0,015 Aceite Aceite
3.2.2 2.502,4 4,285 0,2 Aceite Aceite
3.2.2.1 4.193,5 0,778 0,015 Aceite Aceite
3 3.3
3.915,5 5,143 1,1 Aceite Aceite
3.3.1 12.519,9 0,171 0,05 Aceite Aceite
3.3.1.1 2.812,6 0,848 0,015 Aceite Aceite
3.3.2 3.636,0 1,036 0,05 Aceite Aceite
3.3.2.1 2.888,7 0,804 0,015 Aceite Aceite
Tabela 15: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas
do PT3
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 35
Tipo (cada saída) Icc(min) [A] tft [s] tap [s] tap<tft ? tap<5s ?
T 4 927,8 1,629 0,01 Aceite Aceite
T 5 1.199,5 2,379 0,01 Aceite Aceite
A1 e A2: T 3 (QG + SC) 13.968,5 0,138 0,06 Aceite Aceite
A3 e A4: T 4 (QG + SC) 7.151,3 0,525 0,06 Aceite Aceite
A3: Café 3.649,8 0,504 0,01 Aceite Aceite
A3: Restaurante 3.649,8 0,504 0,01 Aceite Aceite
A4: Clínica 9.476,6 0,152 0,01 Aceite Aceite
B1 e B2: T 2 / T3 (QG + SC) 22.516,2 0,243 0,05 Aceite Aceite
B1: EC 50 2.454,1 0,233 0,01 Aceite Aceite
B1: EC 80 7.236,1 0,261 0,01 Aceite Aceite
B2: EC 90 2.454,1 0,233 0,01 Aceite Aceite
C1 a C4: T 3 (QG + SC) 3.240,5 2,555 0,05 Aceite Aceite
C1 a C4: EC 110 759,5 2,430 0,01 Aceite Aceite
C5 e C6: T 2 / T1 (QG+ SC) 13.929,5 0,406 0,2 Aceite Aceite
C5: EC 55 1.864,6 0,403 0,01 Aceite Aceite
C6: Infantário 5.497,9 0,453 0,01 Aceite Aceite
E1 a E7: T 3 (QG + SC) 7.524,4 0,873 0,2 Aceite Aceite
Tabela 16: Verificação da protecção contra curto-circuitos para as saídas
dos ADs
2.8. Estudo económico
O estudo económico de uma instalação eléctrica comporta vários custos. Estes
custos pretendem incluir todos os custos inerentes a esta prática, desde a
instalação (material e mão-de-obra) à exploração (perdas e manutenção).
Isto provoca um problema que é: a empresa que instala é a que vai utilizar as
instalações, ou seja, quem tem os custos de investimento é a mesma que vai
ter os custos de operação? Trata-se de um problema pois por norma quem
instala pretende ter o maior lucro logo não tem em conta os custos de
operação. Esta diferença pode ser demonstrada pelo gráfico seguinte:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 36
Gráfico 1. Custo de instalação + custo de exploração
Facilmente se percebe a razão deste gráfico: quanto maior a secção maior o
investimento inicial, mas teremos menores perdas logo menores custos de
exploração, sendo o custo total a soma dos dois.
CTOTAL = Cinv (S) + Cexp (S)
Considerando:
Ctotal ⇒ Custo total
Cinv ⇒ Custos de investimento inicial
Cexp ⇒ Custos de exploração
Desta forma pretendemos fazer uma instalação com uma preocupação em
ambas as vertentes, mas tendo em conta ainda os parâmetros técnicos. Por
esta razão os valores escolhidos para as secções dos cabos podem diferir dos
da secção económica.
Para além desta razão também não temos conhecimento total dos valores que
devem ser atribuídos, pois tratam-se de valores no âmbito económico-
financeiro dos quais não temos conhecimento completo.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 37
Sabendo que:
( ) LSVFCinv ×⋅+= e S
DILnC
MQ ⋅⋅⋅⋅=
2
exp
ρ
Sendo:
F ⇒ Custo fixo por unidade de comprimento
V ⇒ Custo fixo por unidade de comprimento e variável com secção que
no caso do alumínio toma o valor de 0,12€/mm2
n ⇒ Número de condutores responsáveis por perdas (como se trata de
um cabo multifilar este valor é unitário)
ρ ⇒ Resistividade da alma condutora à temperatura de funcionamento
(foi considerado 40ºC)
Imq2 ⇒ Intensidade média quadrática
D ⇒ Valor actualizado, para o ano 0, de 1W de perdas por ano
Como queremos a secção mínima temos que derivar a soma destas equações:
kIV
DIS
V
DInS
LVS
DILn
S
C
MQMQ
MQ
MQTOTAL
×=××
×=⇔
⇔⋅⋅⋅
=⇔
⇔=⋅+⋅⋅⋅⋅−
=∂
∂
ρ
ρ
ρ
3
0
2
2
2
Assim vamos obter o valor para a secção económica, partindo dos seguintes
dados, retirados de cálculos feitos para outras disciplinas, sendo referidos
como os mais usados:
N (anos) 25
t 0,10
20ºC al 0,028246 Ωmm2/km
α20ºC al 0,00403 ºC-1
ε 0,07 €/kWh
V 0,12 €/mm2.m
Tabela 17: Dados usados para a resolução do estudo económico
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 38
Primeiramente vamos obter os dados para ρ40ºC Al.
mmmALC
ALC
ALALC
ALC
/.0305,0
))2040(1003,41(10264,28
))2040(1(
2º40
33º40
º20º40
Ω=⇔
−××+××=⇔
⇔−×+×=−−
ρ
ρ
αρρ
De seguida calculamos o valor de D e k, sabendo que:
( )( )
310*8760*
1
11
−=
+×
−+×=
εR
tt
tRD
[ ])/(€613,01087600,07 -3 MWanoR ×=××=
[ ]
[ ]AmmK
MWD
/060,212,0
566,50305,03
/€566,51,11,0
11,1613,0
2
25
25
=××
=
=×
−×=
Renda [€/(ano*MW)] 0,613
D [€/MW] 5,566
k [mm2/A] 2,060
Tabela 18: Resultados essenciais para continuação deste cálculo
Para o cálculo da intensidade média quadrática é necessário ter os consumos
da respectiva carga, por isso, o grupo decidiu distribuir de uma forma realista
e provável, para que fosse sempre aproveitável, pelo menos na ponta, cerca
de 80% da potência contratada.
Ainda foi utilizada a expressão seguinte que relaciona a intensidade de
corrente de serviço com a intensidade média quadrática, com o objectivo de
simplificar a obtenção da secção económica quando existem apenas um tipo
de focos de consumo, no caso das moradias T4 e T5.
MQ
S
I
I=δ
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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Assim sendo temos os seguintes resultados por tipo de saída dos ADs:
Consumo (A)
Tipo (cada saída do AD) Período Horário Imq
(A)
Secção
(económica)
Secção
(escolhida) 00-07 07-09 09-11 11-14 14-19 19-21 21-24
T 4 (por habitação) 0,5 4,0 3,0 9,5 6,0 15,5 6,0 6,74 13,9 16
T 5 (por habitação) 0,5 4,5 3,5 11,5 7,0 19,0 7,0 8,11 16,7 25
A1 e A2: T 3 (QG + SC) 10,0 30,0 25,0 40,0 33,0 53,0 35,0 31,15 64,2 70
A3 e A4: T 4 (QG + SC) 15,0 35,0 25,0 50,0 35,0 58,0 40,0 35,61 73,4 70
A3: Café 4,0 17,0 17,0 19,0 17,0 19,0 17,0 14,98 30,9 35
A3: Restaurante 5,0 5,0 10,0 22,0 15,0 22,0 20,0 14,68 30,2 35
A4: Clínica 4,0 20,0 30,0 30,0 30,0 15,0 5,0 20,85 43,0 50
B1 e B2: T 2 / T3 (QG +
SC) 30,0 70,0 50,0 100,0 65,0 112,0 80,0 69,68 143,6 150
B1: EC 50 0,5 3,5 7,5 6,0 7,5 6,0 2,0 5,05 10,4 16
B1: EC 80 (suposta
padaria) 15,0 20,0 25,0 30,0 25,0 30,0 5,0 21,72 44,77 50
B2: EC 90 0,5 5,0 11,5 8,0 11,0 7,0 3,0 7,18 14,8 16
C1 a C4: T 3 (QG + SC) 15,0 40,0 30,0 50,0 40,0 65,0 45,0 39,05 80,5 70
C1 a C4: EC 110 0,5 7,0 15,0 9,0 15,0 7,0 4,0 9,27 19,1 16
C5 e C6: T 2 / T1 (QG+ SC) 20,0 50,0 40,0 70,0 55,0 87,0 60,0 52,74 108,7 120
C5: EC 55 0,5 3,5 7,5 6,5 7,5 6,0 3,0 5,19 10,7 16
C6: Infantário 5,0 20,0 25,0 30,0 30,0 20,0 10,0 20,94 43,2 50
E1 a E7: T 3 (QG + SC) 20,0 50,0 40,0 65,0 50,0 85,0 60,0 50,59 104,3 95
Tabela 19: Diagrama de carga típico
Agora tendo em conta estes diagramas de carga vamos calcular as secções
económicas para cada cabo usado entre os PTs e os ADs e entre ADs:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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PT 1
Saída AD AD AD AD Is (A) Imq (A)
Secção
(económica)
Secção
(escolhida)
1 1.1
218,5 73,66 151,8 185
1.1.1
103,4 34,87 71,9 95
1.1.1.1 70,3 23,71 48,9 70
1.1.1.1.1 48,0 16,18 33,3 70
1.1.2 97,1 32,72 67,4 95
1.1.2.1 63,2 21,30 43,9 50
1.1.3 63,2 21,30 43,9 50
2 1.2
191,1 64,44 132,8 120
1.2.1 90,6 30,54 62,9 70
1.2.1.1 55,8 18,80 38,8 35
1.2.2
109,7 36,98 76,2 70
1.2.2.1 77,3 26,04 53,7 50
1.2.2.1.1 63,2 21,30 43,9 50
3 1.3
174,4 58,79 121,2 185
1.3.1 84,0 28,32 58,4 95
1.3.1.1 48,0 16,18 33,3 95
1.3.2 63,2 21,30 43,9 50
1.3.3 79,0 26,63 54,9 95
4 1.4 179,2 101,18 208,5 185
5 1.5 179,2 101,18 208,5 185
6 1.6 245,4 151,77 312,8 185
Tabela 20: Valores da secção económica obtidos para as saídas do PT1
PT 2
Saída AD AD Is (A) Imq (A) Secção (económica) Secção (escolhida)
1 2.1 199,0 101,50 209,2 185
2 2.2 170,5 84,04 173,2 185
3 2.3 301,2 172,79 356,1 185
2.3.1 70,5 57,60 118,7 120
4 2.4 201,9 119,90 247,1 185
5 2.5 210,2 121,72 250,9 185
6 2.6 265,6 147,18 303,3 185
2.6.1 149,3 73,68 151,9 150
Tabela 21: Valores da secção económica obtidos para as saídas do PT2
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 41
PT 3
Saída AD AD AD AD Is (A) Imq (A) Secção (económica)
Secção
(escolhida)
1 3.1
196,7 63,77 131,4 185
3.1.1 121,3 39,35 81,1 150
3.1.1.1 79,0 25,62 52,8 120
3.1.2 79,0 25,62 52,8 50
2 3.2
240,0 77,83 160,4 150
3.2.1
129,3 41,93 86,4 95
3.2.1.1 87,9 28,51 58,8 50
3.2.1.1.1 60,0 19,46 40,1 50
3.2.2 96,6 31,32 64,5 70
3.2.2.1 49,6 16,10 33,2 50
3 3.3
182,2 59,08 121,8 120
3.3.1 96,6 31,32 64,5 70
3.3.1.1 49,6 16,10 33,2 35
3.3.2 87,9 28,51 58,8 50
3.3.2.1 49,6 16,10 33,2 35
Tabela 22: Valores da secção económica obtidos para as saídas do PT3
Como se verifica a maioria das situações de baixo consumo temos um cabo
sobredimensionado, pois tivemos em conta que a secção mínima seria de
16mm2. Nos restantes casos existem alguns que estão de acordo quer em
termos económicos quer em termos técnicos, mas existem também cabos que
a secção económica é largamente superior, nestes casos o grupo vai optar por
subir a secção do cabo, sem esquecer que o limite é de 185mm2, pois levará
também a melhorias técnicas. Estes casos estão assinalados nas tabelas em
cima a vermelho em que a secção económica foi normalizada para o valor
económico mais baixo das duas secções mais próximas, usando a expressão de
baixo em ambas as secções e optando pelo valor mais baixo:
SVDIS
C MQtotal ×+×××= 23
ρ
Um exemplo desta mudança é o cabo que abastece o café (que passou de
16mm2 para 25mm2), pois usando a expressão de cima obtínhamos (os cálculos
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 42
para as outras linhas podem ser verificados no Excel nas folhas
correspondentes):
[ ]
[ ]€/m7,47350,125,56614,9835
0,03053
€/m57,7520,125,56614,9825
0,03053
2
sup
2
inf
=×+×××=
=×+×××=
total
total
C
C
Secção [mm2] Custo [€/m]
25 7,57
35 7,47
Tabela 23: Exemplo de cálculo da normalização da secção económica
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 43
3. Rede de Média Tensão.
3.1. Considerações gerais
A rede BT da Urbanização Novo Rumo é alimentada por uma rede de Média
Tensão de 15 kV. Esta rede é subterrânea e está ligada a uma subestação de
distribuição AT/MT de 60/15 kV.
A exploração da rede pode ser feita em anel aberto ou fechado, de acordo
com as condições de exploração. A configuração que assegura melhor
qualidade de serviço é em anel fechado, mas por facilidade de utilização, por
norma, opta-se pela configuração de anel aberto. O ponto onde vamos abrir o
anel vai ainda ser determinado.
De acordo com o artigo 3º do R.L.S.E.A.T. esta rede é considerada de 2ª
classe, pois a tensão nominal está compreendida no intervalo de 1 kV e 40 kV.
A rede de média tensão alimentada pela subestação AT/MT está representada
de seguida.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 44
Figura 1. Rede de média tensão
3.2. Escolha do cabo eléctrico utilizado
Para escolher a secção do cabo temos de fazer determinadas considerações.
Uma vez que desconhecemos o regime de carga dos PTs exteriores à
urbanização, consideramos um factor de simultaneidade de 0.9. Consideramos
ainda que os cabos enterrados estão espaçados o suficiente para usar um
factor de carga 1, e o estudo será feito na situação mais desfavorável, isto é,
quando os 12 PTs estão alimentados apenas por uma das saídas da subestação.
Respeitando o artigo 75º do R.S.L.E.A.T., ponto 1, escolhemos cabos que
utilizados em linhas subterrâneas deverão ter isolamento adequado às
características da rede, ser dotados de bainha metálica, blindagem ou
armadura, ter resistência mecânica suficiente para suportar as acções a que
possam estar submetidos e ser dotados de bainha exterior resistente à
corrosão, e ponto 2, com secções das almas condutoras escolhidas tendo em
conta as correntes em regime permanente e as correntes de defeito
previsíveis, bem como os materiais de isolamento dos cabos e dos tempos de
actuação das protecções.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 45
A opção recaiu sobre o XHIOV da Celcat, ou equivalente. São caracterizados
por:
1) Condutores rígidos de cobre, circulares, compactados, da classe 2 da
Norma NP – 2363 (CEI – 228)
2) Camada semicondutora interior extrudida e reticulada
3) Isolamento de polietileno reticulado (PEX)
4) Camada semicondutora exterior extrudida e reticulada
5) Ecrã individual constituídos por fios de cobre aplicados em espiral
aberta
6) Bainha exterior de PVC
7) Indicados para utilização em redes de transporte e distribuição de
energia em Média Tensão.
A tensão estipulada do cabo foi escolhida de acordo com a tensão nominal da
rede e as tensões susceptíveis de aparecerem. Sabemos também que os
defeitos à terra têm de ser eliminados em menos de 1 hora através de
detecção de corrente homopolar, e durante um ano, o tempo de
funcionamento com uma fase à terra não pode ser superior a 12 horas.
A escolha recaiu sobre kV)5.17(15/7.8 .
Calculamos então a corrente de serviço IS:
AU
SI
c
PT
si 45.299
10153
10)800463064002(
.3 3
3
=××
××+×+×==
∑
A corrente máxima do cabo é:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 46
z
zz
IA
IIfc
≤
≤×
45.299
'
Optamos pelo cabo 95 mm2 de secção, com uma intensidade de corrente
admissível de A359 com disposição em esteira. Dada a diferença entre a
corrente de serviço e a corrente máxima admissível em regime permanente,
está salvaguardado um aumento futuro de carga.
As características eléctricas do cabo são:
kmFC
kmmHL
kmR C
/24.0
/37.0
/193,0º20
µ=
=
Ω=
A escolha de cabos monopolares está vinculada ao facto de ser possível
veicular mais intensidades de corrente superiores a escolha tripolar, agregado
à maior maneabilidade dos cabos.
No entanto, para o cálculo das correntes de curto-circuito, escolhemos a
disposição que conduz à situação mais desfavorável , isto é, configuração em
triângulo.
3.3 Condições de estabelecimento da rede
Os cabos da rede de média tensão serão assentados em valas abertas ao longo
da via, em passeios quando possível, envolvendo-os sempre em areia fina ou
terra cirandada. Com os cabos dispostos em esteira, e um raio de curvatura
superior a 15 vezes o diâmetro (exigência Celcat). Ou seja, o raio de
curvatura rc tem de ser superior a mmd 375271515 =×=× .
Os cabos terão de ser enterrados a uma profundidade mínima de 1 m sobre as
faixas de rodagem, ou 0.7 m noutros locais.
Os dispositivos de protecção mecânica deverão afiançar protecção de classe
não inferior M7, e servem também de dispositivos de aviso, podendo ser
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 47
constituídos por placas de betão, tijolos, ou materiais do mesmo tipo, estando
sempre a uma distância superior de pelo menos 0.1m e 0.2m de lado a lado.
Recorrendo ao artigo 127º do R.S.L.E.A.T.C verificamos que aquando
travessias de estradas municipais, os cabos deverão ser enfiados em tubos ou
condutas, e que a secção recta inferior dos tubos ou das condutas não deverá
ser inferior a três vezes a soma das secções rectas dos cabos, com um mínimo
correspondente ao diâmetro de 100 mm.
Incluímos também nas travessias um dispositivo de aviso extra de redes
metálicas ou material plástico de cor vermelha a 0.20 m dos cabos.
A distância mínima entre cruzamentos e vizinhanças com cabos subterrâneos
de energia e telecomunicações, conforme indica o artigo 130º, é de 0.25 m.
No caso de vizinhanças de cabos de energia de média tensão e de
telecomunicações, os cabos de energia deverão estar entubados ou em
divisórias ou condutas constituídas por materiais de fusão difícil e
incombustíveis.
O artigo 132º diz-nos ainda que nas vizinhanças com canalizações de gás, de
água e esgoto os cabos de energia deverão respeitar uma distância de 0.25m,
ou se não for possível, deverão ficar separados das canalizações por divisórias
que garantam uma protecção mecânica eficiente.
3.4. Ligações à terra
De acordo com o artigo 149º, o ecrã metálico dos cabos deve ser ligado à terra
em cada uma das extremidades, assim como em cada poste no qual haja uma
junção ou uma derivação.
3.5. Câmaras de visita
Na rede de média tensão não existem câmaras de visita, pois trata-se de uma
rede subterrânea com cabos de média tensão directamente enterrados no
solo, com excepção nas entradas nos PTs.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 48
f
f
n
xx
x
MVAS
6
%10
5.31
0 =
=
=
AI
RX
MVAS
MVAS
MTccF
MI
AT
MAX
AT
1000
4/
1800
2300
max
''''
''
''
=
=
=
=
3.6. Dimensionamento da rede de Média Tensão
A subestação que alimenta a rede MT na qual a Urbanização Novo Rumo está
inserida, é composta por um transformador do tipo triângulo/triângulo com
resistência de neutro à terra e uma potência aparente nominal MVASn 5.31= .
O esquema representativo e as características eléctricas estão apresentadas
de seguida na figura 1.
Figura 2. Esquema da subestação e rede a montante
3.6.1. Resistência de ligação do neutro à terra
A resistência de ligação do neutro à terra limita a corrente de curto-circuito
aquando a ocorrência de defeitos à terra. temos ainda de assegurar que esta
corrente possa ser escoada pelo ecrã metálico dos cabos sem que haja danos
irreversíveis nestes. O seu valor limite são A1000 .
Por simplicidade de cálculos escolhemos como potência de base a potência
aparente nominal do transformador da subestação.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 49
Valores de base MT Valores de base AT
Ω=×
×==
=××
×==
=
=
143.7105.31
)1015(
44.121210153
105.31
3
15
5.31
6
232
3
6
b
bMT
bMT
bMT
b
bMT
bMT
b
S
UZ
AU
SI
kVU
MVAS
Ω=×
×==
=××
×==
=
=
114.285105.31
)1060(
909.32A10603
105.31
3
60
5.31
6
232
3
6
b
bAT
bAT
bAT
b
bAT
bAT
b
S
UZ
U
SI
kVU
MVAS
Seguem-se os esquemas do circuito que representa o circuito directo e
inverso, e o circuito homopolar, para um defeito ocorrido no barramento MT:
Figura 3. Esquema directo e inverso
Figura 4. Esquema homopolar
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 50
Impedância de curto-circuito máxima equivalente da rede a montante:
Para cálculo da situação máxima de curto-circuito utilizaremos o factor
1.1=c .
0,0146p.u.0,003660151,0Z
75,96º4R
X
0.0151p.u.015,73
11,1|Z|
73.015p.u.5.31
2300
96,75MAX"
ccAT
"
AT
"
AT
"
)(
MAX"
AT
''''
)(
je
S
Uc
S
SS
j
MAX
puAT
b
MAX
ATMAX
puAT
+==
=⇒=
=×
=×
=
===
ϕ
Impedância de curto-circuito mínima equivalente da rede a montante:
0,0186p.u.0,004670192,0Z
75,96º4R
X
0.0192p.u.142,57
11,1|Z|
7.142p.u.55.31
1800
96,75MIN"
ccAT
"
AT
"
AT
"
)(
MIN"
AT
''''
)(
je
S
Uc
S
SS
j
MI
puAT
b
MI
ATMI
puAT
+==
=⇒=
=×
=×
=
===
ϕ
Impedância directa e inversa do transformador
..1,0)1060(
)1060(
105.31
105.311,0.).(
23
23
6
6
upjjupZTRAFO =×
××
×
××=
Seguem-se agora os cálculos das correntes de curto-circuito máxima para um
defeito no barramento MT como suposto no ponto anterior:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 51
..0151,0|||| "" upZZ MAX
ccATk ==
..114,0||
..10)6,11466,3(1,010)65,1466,3( 33
"
upZ
upjjjZ
ZZZ
eqMT
eqMT
TRAFO
MAX
ccATeqMT
=
×+=+×+=
+=−−
O que nos leva a uma corrente de curto-circuito máxima:
kAIupZ
cI
eqMT
98.11..649,9114,0
1,1
||
"
max
"
max =⇒===
Calcularemos agora os valores mínimos de curto-circuito, usando o factor
1=c .
..0192,0|||| "" upZZ MI
ccATk ==
..118,0||
..10)6,11867,4(1,010)6,1867,4( 33
"
upZ
upjjjZ
ZZZ
eqMT
eqMT
TRAFO
MI
ccATeqMT
=
×+=+×+=
+=−−
O que nos leva a uma corrente de curto-circuito máxima:
kAIupZ
cI
eqMT
215.10..425,8118,0
1
||
"
min
"
min =⇒===
Podemos ainda obter os valores das potências aparentes na ocorrência do
defeito supre mencionado:
MVAS
MVAS
ccMT
ccMT
944,3035,31547,8
944,3035,31649,9
min
max
=×=
=×=
Correntes de curto-circuito fase-fase máxima e mínima no barramento MT
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 52
kAII
kAII
cc
cc
974.82
3
13,102
3
''
min
min
2
''
max
max
2
==
==
Finalmente, o cálculo da impedância homopolar no barramento de média
tensão:
||
3
3
3
0
0.).(1
ZZZ
cU
ZZZ
cVI
d
upcc ++=
++=
−+−+
Como esta corrente tem de ser inferior a A1000 :
b
upccIZZZ
cUI
1000
||
3
0
0.).(1 ≤
++=
−+
Sabemos que eqMTZZZ == −+ e 00 3 jxRZ += , na situação de MAX
ccATZ '' .
44,1212
1000
|32|
3
0
0 ≤++ jxRZ
cU
eqMT
⇔44,1212
1000
|6,0310)6,11466,3(2|
11,133
≤++×+×
××− jRj
..302,1 upR =
143,7302,1302,1 ×=×= bMT ZR
Ω= 3,9 R
3.7. Verificação das protecções instaladas na subestação
Ao instalarmos equipamentos de protecção contra curto-circuitos numa
qualquer instalação, estamos a prevenir que circulem correntes muito
superiores no circuito para as quais este foi projectado. Estas correntes
provocam danos nos equipamentos que podem ser irreversíveis, como por
exemplo, a destruição do isolante dos condutores que esta corrente
atravessaria provocado pela fadiga térmica do condutor. No cabo que
escolhemos usar, com isolamento a PEX (polietileno reticulado), o valor da
temperatura máxima em regime de curto-circuito é 250ºC, e 90ºC em regime
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 53
permanente. O aparelho de protecção deverá actuar antes de o cabo atingir a
fadiga térmica.
O poder de corte destes aparelhos deverá também garantir o seu
funcionamento para as correntes de curto-circuito máximas previstas para o
local onde estão instalados.
Esta informação é baseada no artigo 62º do R.S.S.P.T.S. que diz que as
instalações deverão ser equipadas com dispositivos de protecção contra curto-
circuitos, destinado a proteger as próprias instalações e cada uma das suas
partes, os respectivos aparelhos e equipamentos, as respectivas canalizações
e as redes e instalações a jusante.
O artigo acrescenta ainda que os dispositivos de protecção contra curto-
circuitos deverão provocar a interrupção automática do circuito afectado
sempre que um condutor, pelo menos, seja percorrido por uma corrente de
curto-circuito. A interrupção deverá ocorrer num tempo suficientemente
curto para reduzir ao mínimo os danos no órgão onde se produziu o curto-
circuito, para que as canalizações e aparelhos não sejam danificados e para
evitar perturbações na rede de alimentação.
As protecções por nós previstas são contra curto-circuitos entre fases e
defeitos à terra.
Como o neutro da rede de MT está ligado à terra através de uma impedância,
está presente a protecção de máximo de intensidade homopolar.
Figura 5. Esquema de protecção das linhas que saem da subestação
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 54
3.7.1. Protecção contra curto-circuitos fase-fase ou trifásicos
Esta protecção é assegurada por disjuntores comandados por relés de máximo
de intensidade, e a característica de funcionamento dos relés é de tempo
constante, e é tomado para o valor de In (corrente nominal) o valor da
intensidade de corrente máxima admissível na canalização.
A curva de funcionamento do relé de máxima intensidade é a seguinte:
Figura 6. Curva de funcionamento de relé de máxima intensidade
A potência aparente nominal a alimentar pela subestação na rede MT,
mantendo o factor de simultaneidade onde se insere a Urbanização Novo
Rumo é de kVASn 7780= , calcula-se que a corrente nominal será
AI 452,29910153
1077803
3
=××
×= . Sabemos ainda que a corrente máxima admitida
na canalização é de A359 (dados consultados nos catálogos Celcat).
Obtemos assim a parametrização do relé:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 55
=×⇒=
=×⇒=
AIst
AIst
n
n
26,898308,0
45,3592,15,0
Temos assim que o relé não actua para valores inferiores a A45,359 , e tem um
tempo de actuação de s5,0 para valores de intensidade de corrente entre
A45,359 e A26,898 . Para valores acima de A26,898 o tempo de actuação vê-se
reduzido para s08,0 .
3.7.2. Protecção contra curto-circuitos fase-terra
As correntes de curto-circuitos fase-terra são detectadas por um relé de
máximo de intensidade de corrente homopolar, de característica constante,
como ilustra a figura seguinte.
Figura 7. Curva de funcionamento de relé de máxima intensidade homopolar
O valor considerado para a corrente capacitiva Icap, foi de kmA /3 . Como
temos uma rede de comprimento kml 2,3= , temos uma corrente capacitiva
AIcap 6,932,3 =×= . Será então esta corrente de curto-circuito fase-terra que
fará actuar o relé de máxima intensidade homopolar ao fim de s5,0 .
Segue-se a verificação que as protecções actuam antes da fadiga térmica dos
condutores. Para tal, temos de calculas as correntes máximas de curto-
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 56
circuito, sabendo que estas ocorrem para defeitos imediatamente à saída da
subestação. Também aqui usamos o factor 1,1=c .
3.8. Verificação dos tempos de fadiga térmica
O cálculo do tempo de fadiga térmica é efectuado através da seguinte
fórmula:
2
)(
×−=
cc
iffI
Skt θθ , expressa em segundos.
ft é o tempo de fadiga térmica.
fθ é a temperatura final aquando a eliminação do defeito. No caso de
isolante PEX, Cf º250=θ .
iθ é a temperatura inicial. Considera-se que é a temperatura do cabo com a
intensidade de corrente em regime permanente. Para o nosso cabo,
Ci º90=θ .
k é um factor dependente do material do condutor. Para o alumínio, 7=k .
S é a secção do cabo, expressa em mm2.
Icc é a corrente de curto-circuito para a qual calculamos o tempo de fadiga
térmica.
Como calculado anteriormente, a impedância directa e inversa é
..1146,0||||
..10)6,11466,3( 3
upZZ
upjZZZ eqMT
==
×+===
−+
−−+
E a impedância homopolar é
..95,3||
..6,0906,33
0
00
upZ
upjjxRZ
=
+=+=
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 57
Para o curto-circuito trifásico simétrico, o seu valor máximo é:
kAII
Z
UcI
cc
cc
637,119,598
9,598p.u.1146,0
11,1
||
b
max
3
max
3
=×=
=×
=×
=+
Obtendo assim o tempo de fadiga térmica:
st f 29,111637
9511)90250(
2
=
×−=
Verifica-se a condição de fadiga térmica pois o relé para este curto-circuito
actua num tempo st 08,0= .
Para o curto-circuito fase-fase, o seu valor máximo é:
,077kA 102
3 max
3
max
2 =×= cccc II
E o tempo de fadiga é:
st f 1,7210077
9511)90250(
2
=
×−=
Verifica-se a condição de fadiga térmica pois tal como na situação anterior o
tempo de actuação do relé é st 08,0= .
Para o curto-circuito fase-terra, o seu valor máximo é:
..825,0|6,0906,310)6,11466,3(2|
11,13
|| 3
0
max
.).(1 upjjZZZ
UcI upcc =
++×+×
××=
++×
=−
−+
AIII bupcccc 2,1000max
.).(1
max
1 =×=
Nota: Este valor verifica o correcto dimensionamento da resistência de neutro
da subestação.
O tempo de fadiga térmica para esta situação seria:
st f 74,6512,1000
9511)90250(
2
=
×−=
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 58
A condição de fadiga térmica é verificada pois o tempo de actuação do relé
homopolar é st 5,0= .
Correntes de curto-circuito mínimas
Ainda na verificação da regulação dos relés, temos de calcular os valores
mínimos das correntes de curto-circuito.
Estes valores são calculados nas condições de impedância mínima equivalente
da rede a montante, o factor 1=c , e é feita uma correcção de temperatura
nas resistências dos cabos, a incluir no cálculo, para 140ºC, sendo esta uma
condição mais desfavorável. A disposição dos cabos é do tipo esteira juntiva.
O ponto onde ocorre o curto-cirCuito é o ponto mais distante da rede, quando
temos o anel aberto numa das saídas, e toda a rede MT alimentada pela outra
saída. O esquema ilustrativo da situação é a seguinte:
Figura 8. Esquema directo e inverso para curto-circuito em PT2
Relembra-se as características do cabo:
kmRC
/193.020
Ω=o
kmFC
kmmHL
/24.0
/37.0
µ=
=
+
+
=
=
xx
RR
8,2
4
0
0
O comprimento total da rede MT é kml 20,3= .
Efectuando a correcção de temperatura:
kmR C /284,0))20140(00393,01(193,0º140 Ω=−+×=
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 59
Ω=×=×=+ 909,02,3284,0284,0 lRc
..127,0143,7
909,0.).( up
Z
RR
b
c
upc === ++
A reactância do cabo é:
..052,0143,7
372,0
372,02,3116,0
/116,01037,05022
.).(
3
upZ
XX
lXX
kmfLX
b
c
upc
c
c
===
Ω=×=×=
Ω=××××==
++
+
−ππ
A impedância directa do cabo, igual à inversa, é:
..052,0127,0 upjZZ cc +== −+
As características homopolares são:
+
+
×=
×=
cco
cco
XX
RR
8,2
4
..1456,0508,0
.).(8,24
.).(
.).(.).(
upjZ
upXjRZ
upco
cupcupco
+=
×+×= ++
Podemos agora calcular os valores das impedâncias directa, inversa e
homopolar, vistas do ponto onde ocorre o defeito para a referência.
Os esquemas dos circuitos são os seguintes:
Figura 9. Esquema directo e inverso para curto-circuito em PT2
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 60
Figura 10. Esquema homopolar para curto-circuito em PT2
Impedância directa e inversa vistas do defeito para a referência:
Para este cálculo consideramos o factor 1=c .
..01697,000424,00175,0
75,96º4R
X
..0175,0
5.31
1800
11||
º96,75min''
"
AT
"
AT
min''
min''
upjeZ
upS
UcZ
j
AT
AT
AT
+==
=⇒=
=×
=×
=
ϕ
..213,0||
..1689,0131,0
)01697,000424,0(1,0)052,0127,0(
min''
upZ
upjZZ
jjjZ
ZZZZZ
d
dd
d
ATTRAFOcdd
=
+==
++++=
++==
+
−+
+
+−+
Em que +dZ e −dZ são as impedâncias de defeito directa e inversa,
respectivamente.
E a impedância homopolar vista do mesmo ponto para a referência é:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 61
..476,4||
..7456,0414,4
906,36,01456,0508,0
3
.).(
.).(
.).(
.).(.).(0.).(.).(
upZ
upjZ
jjZ
RjxZZ
updo
updo
updo
up upupcoupdo
=
+=
+++=
++=
Curto-circuito trifásico simétrico:
kAII
Z
UcI
cc
d
cc
692,54,694
4,694p.u.213,0
11
||
b
max
3
min
3
=×=
=×
=×
=+
O tempo de fadiga térmica para este curto-circuito é:
st f 3,7075692
9511)140250(
2
=
×−=
Continuamos a verificar a actuação das protecções antes do cabo atingir a
fadiga térmica.
Curto-circuito trifásico fase-fase:
4,929kA2
3 min
3
min
2 =×= cccc II
st f 4,944929
9511)140250(
2
=
×−=
A situação de bom funcionamento das protecções mantém-se.
Curto-circuito fase-terra:
AII
upjjZZZ
UcI
bcc
ddd
upcc
79,757625,0
..625,0|7456,0414,4)1689,0131,0(2|
113
||
max
1
0
max
.).(1
=×=
=+++×
××=
++×
=−+
Donde tiramos que o tempo de fadiga térmica é:
st f ,1820979,757
9511)140250(
2
=
×−=
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 62
Verificamos com esta última garantia de actuação que todas as situações de
curto-circuito provocam a actuação do respectivo relé de protecção, e
consequente interrupção do circuito, antes de os cabos atingirem a fadiga
térmica.
3.9. Abertura do anel
Como sabemos, a rede de MT será explorada em anel aberto. Como tal, temos de
escolher o local onde será aberto o anel, em regime normal de exploração,
procurando garantir as menores quedas de tensão e perdas de energia na rede.
Simulamos a rede MT abastecida pela subestação, de potência aparente nominal
MVASn 5,31= . Usamos como ferramenta de simulação o software PowerWorld
Simulator, versão 8.0.
O cenário por nós imaginado foi:
Assumimos os PTs a abastecer como cargas num barramento de consumo, e a
subestação como um gerador com controlo de tensão, limitado à potência aparente
nominal.
Consideramos ainda, uma vez que desconhecemos as cargas típicas a alimentar por
cada PT (excepto os três PTs da Urbanização Novo Rumo), que todos os PTs
alimentam cargas com um factor de potência 95,0cos =ϕ , e um factor de
simultaneidade dos consumos da rede MT 9,0=MTfs . O factor de correcção para os
cabos, de acordo com os dados técnicos da Celcat, é 1=fc .
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 63
Deste modo, os PTs foram representados pelas cargas com os seguintes consumos:
PT S (kVA) P (kW) Q (kVAr)
A 630 538,65 177,05
B 800 684,00 224,82
C 630 538,65 177,05
D 630 538,65 177,05
E 400 342,00 112,41
F 800 684,00 224,82
G 630 538,65 177,05
H 630 538,65 177,05
I 800 684,00 224,82
1 400 342,00 112,41
2 630 538,65 177,05
3 800 684,00 224,82
Total 7780 6651,90 2186,37
Tabela 24. Consumos nos PTs
Recordando os parâmetros eléctricos das linhas:
kmFC
kmmHL
kmR C
/24.0
/37.0
/193,0º20
µ=
=
Ω=
E sabendo que fLX π2= e fCY π2= :
kmSY
kmX
/105,71024,0502
/116,01037,0502
56
3
−−
−
×=××××=
Ω=××××=
π
π
Como os valores da admitância Y são muito baixos, desprezamos no PowerWorld
Simulator as ligações das linhas à terra através das capacidades, associadas ao
modelo em π .
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 64
Temos então os parâmetros eléctricos de cada troço de linha entre barramentos:
De Para Distância (m) Resistência
( km/Ω )
Reactância
( km/Ω )
SUB A 240 0,0594 0,0279
A B 200 0,0495 0,0232
B C 160 0,0396 0,0186
C D 150 0,0371 0,0174
D E 100 0,0247 0,0116
D F 450 0,1114 0,0523
F 2 406 0,1005 0,0472
2 1 515 0,1274 0,0599
1 3 50 0,0124 0,0058
3 G 185 0,0458 0,0215
G H 300 0,0742 0,0349
H I 150 0,0371 0,0174
I SUB 500 0,1237 0,0581
Tabela 25. Parâmetros eléctricos dos cabos
Segue-se então o circuito simulado no PowerWorld Simulator:
Figura 11. Rede de Média Tensão
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 65
Simulamos então o circuito abrindo as diferentes linhas entre barramentos,
registando sempre os valores da máxima queda de tensão na rede e das perdas
activas.
Abertura de Para
Queda de
tensão .).( upU∆ Perdas activas (MW)
SUB A 0,03281 0,16
A B 0,02786 0,13
B C 0,02257 0,07
C D 0,01896 0,06
D E - -
D F 0,01285 0,03
F 2 0,00881 0,03
2 1 0,00755 0,03
1 3 0,01098 0,03
4 G 0,01475 0,05
G H 0,01632 0,06
H I 0,02192 0,09
I SUB 0,02739 0,11
Mínimo 0,00872 0,03
Tabela 26. Quedas de tensão e perdas activas
Como se verifica a situação que conduz a menores quedas de tensão é a abertura da
linha do PT1 para o PT2, obtendo uma queda de tensão de 0.7% e umas perdas activas
de cerca de 3%.
A estrutura da rede a ser explorada em condições normais é a seguinte:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 66
Figura 12. Local de abertura do anel
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 67
4. Posto de transformação.
Nesta secção apresentam-se os cálculos para dimensionamento do PT2, que é
o PT de maior potência ( kVASn 800= ).Este posto de transformação está
inserido num edifício, não causando qualquer impacto visual.
Com uma potência aparente nominal de 800 kVA, os cálculos efectuados
majoram os restantes PTs da urbanização, pelo que podemos repetir as
conclusões sem receios.
Este PT alimentará grandes cargas. Alimenta os prédios A1 até A4, B1 e B2, e do
C1 até C6, e está instalado no edifício C4.
A sua localização deve-se à proximidade das cargas, minimizando quedas de
tensão e perdas de Joule no transporte da energia. Não causando impacto
visual, tivemos também em consideração os meios de acesso ao PT e a
proximidade ao PT
No PT encontramos uma cela para receber a linha de 15 kV, e outra para esta
sair. Encontra-se também uma cela para o corte e protecção do
transformador, e uma cela destinada ao transformador. A Q.G.B.T. (Quadro
Geral de Baixa Tensão) será instalado no corredor de acesso às celas.
4.1. Aspectos construtivos
4.1.1. Algumas considerações gerais:
O interior da cabina é paralelipipédico, e tem m5,2 de profundidade, m5 de
largura e m5,2 de altura.
Os materiais no interior do PT são incombustíveis.
As paredes interiores são construídas com tijolo de m11,0 de largura e
revestimento betuminoso de cerca de cm2 de espessura. A espessura total é
de cm15 . A robustez destas paredes é essencial à fixação dos aparelhos que
solicitarão esforços mecânicos aquando as manobras. Estas paredes têm uma
altura de m2 .
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 68
Deverão ser assegurados revestimentos exteriores completamente
impermeáveis.
Procuramos ainda respeitar o artigo 68º do R.S.S.P.T.S. que diz que os órgãos
dos aparelhos que durante a exploração tenham de ser inspeccionados ou
manobrados com frequência deverão, sempre que possível, ser dispostos de
modo a facilitar essas operações.
Foram também asseguradas a distâncias de segurança a peças em tensão. As
distâncias mínimas de paredes, tectos, pavimentos, peças metálicas ligadas à
terra ou a outra fase a peças em tensão (15kV) é de mm160 . As portas e
vedações ou resguardos estão a uma distância mínima de mm260 . Estas
distâncias estão de acordo com o artigo 74º do R.S.S.P.T.S..
As dimensões do interior do PT foram dimensionadas de acordo com as
necessidades (garantindo o normal e seguro funcionamento da aparelhagem
de corte no ar e do transformador), excepto com a altura disponível, que
permite elevar o pavimento m25,0 acima do pavimento exterior, ficando
assim com um pé direito de m5,2 . A largura interior do PT é de m5,2 e o
comprimento de m5 .
Não serão necessários dimensionamentos de fundações pois o PT será parte
integrante de um edifício já construído, aproveitando as fundações deste,
supostamente mais exigentes que as do PT.
A parte do edifício correspondente ao posto de transformação tem de ter um
grau de protecção mínimo IP 239.
4.2. Pavimento
O pavimento terá de conter uma rede equipotencial, do tipo malhasol. As
dimensões da malha serão de cmcm 3010 × , sendo o varão de aço de 4 mm de
diâmetro.
A rede equipotencial será ligada à terra de protecção, através de um condutor
de cobre nu de 235mm .
Esta rede será coberta por laje de betão, e esta por sua vez, por argamassa .
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 69
As diferentes camadas somarão uma altura de m25,0 , como já referido nas
considerações anteriores.
A porta exterior é virada para a Avenida Novo Rumo, e é a única parede com o
exterior.
4.3. Aberturas de ventilação
As aberturas de ventilação foi dimensionada de modo a garantir circulação de
ar suficiente para que a temperatura do ar no interior do PT se mantenha
abaixo do limite de Cº35 .
Uma vez que apenas existe uma parede exterior, esta terá uma abertura de
ventilação superior e duas inferiores, para entrada e saída de ar,
respectivamente. Terá ainda uma abertura na parede interior oposta à parede
exterior.
As aberturas de ventilação deverão ainda, de acordo com o artigo 43º do
R.S.S.P.T.S., ter resguardos que impeçam a introdução de objectos estranhos
e de animais. Esses resguardos, sem prejuízo da ventilação, não deverão
permitir atingir partes sob tensão pela introdução de um arame rectilíneo.
A opção por nós escolhida foi escolhida foram abertura feitas de persianas
metálicas, com resguardos de rede metálica plastificada de malha densa.
O transformador escolhido foi do tipo hermético, da marca nacional Efacec,
com a potência já referida, kVASn 800= .
As tensões de funcionamento são de VkV 420/15 e tem os enrolamentos com a
ligação Dyn5.
Apresentamos agora as perdas em vazio (PFE) e em carga (PCU), para os três
PTs que iremos instalar, embora só utilizaremos os valores referentes ao PT
de 800kVA.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 70
PT [kVA] PFE [W] PCU [W]
800 1550 8200
630 1300 6500
400 930 4600
Como a potência aparente nominal do PT2 está pouco sobredimensionada,
vamos usar um factor de carga ( 9,0=fc ) elevado para o cálculo das perdas
totais do transformador (PTT). Calculamos assim as perdas totais do
transformador:
CUFETT PfcPP ×+= 2
WPTT 779282009,01150 2 =×+=
Para calcular a área útil das aberturas superiores Asup vamos usar a seguinte
fórmula:
3sup
098,0 θ∆×=
H
PA TT
Onde H (em metros) é a altura medida do ponto médio da cuba do
transformador e o ponto médio da abertura superior de ventilação, e θ∆ (em
graus Kelvin) a variação de temperatura entre a temperatura máxima no
interior do PT ( PTmaxθ ) e a temperatura ambiente ( ambθ ). As perdas totais do
transformador são medidas em kW.
Temos então a sobreelevação de temperatura θ∆ dada por:
CambPT º152035max =−=−=∆ θθθ
A variação em Kelvin mantém-se: K15=∆θ
A altura D do transformador é mmD 1170= e o ponto médio da abertura de
ventilação está a cm30 do tecto, pelo que mH 615,1)585,030,0(5,2 =+−= .
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 71
Então:
2
3sup 08,1
)15(615,1098,0
792,7mA =
××=
Como esta área é afectada pelos resguardos interiores de protecção contra a
introdução de objectos ou animais, a área real das aberturas superiores de
ventilação srealA _ é:
2sup
sup_ 54,17,0
mA
Areal ==
Como são duas aberturas de ventilação cada uma terá uma área real de
277,0 m .
A solução encontrada foi então duas aberturas de ventilação com 1m de base
e o,77m d altura cada.
A área útil da abertura inferior relaciona-se com a área útil da abertura
superior da seguinte forma:
supinf 9,0 AA =
Assim sendo a área útil das aberturas inferiores é:
2
inf 972,008,19,0 mA =×=
E a área real destas aberturas é:
2infinf_ 39,1
7,0m
AAreal ==
Pelo que cada uma das aberturas inferiores tem uma área real de 0,695m2.
Optámos então por aberturas de ventilação inferiores de 1 m de base e o,695
m de altura.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 72
4.4. Fossa de retenção do óleo do transformador
Vamos agora dimensionar a fossa de retenção do óleo do transformador, em
caso de derrame deste. O transformador em causa tem 365 kg de óleo.
Considerações:
A fossa deverá ser estanque e permitir acesso ao seu interior para vazamento,
mas deverá estar em regime normal tapada. A tampa será impermeável.
Respeitando o artigo 76º do R.S.S.P.T.S., o pavimento por baixo do
transformador, uma vez que este contém mais de 200 kg de óleo, está
encaminhado directamente para uma abertura em comunicação com uma
fossa de dimensões suficientes.
Este encaminhamento será feito por um tubo de secção 150 mm de diâmetro.
A fossa será preenchida com brita de granulometria média.
A densidade de massa do óleo considerada por excesso foi de lkg /1 .
Usamos como expressão de cálculo para o volume da fossa a seguinte fórmula:
)65,2
34,11( −×=VVV
Nesta fórmula V é o volume total da fossa (em litros) e VV é o volume de
vazios, que terá de ser o volume disponível para receber toda a quantidade de
óleo.
Sendo assim: 3738,0265 mVlVV =⇒=
4.5. Portas
A porta de acesso ao interior do PT2, será metálica de duas folhas e abrirá para o
exterior, com uma altura de 2 metros e uma largura, quando aberta, de 2,25 metros,
para permitir a entrada e saída dos aparelhos de corte, e do transformador (de
largura máxima 1,525m). Existirão ainda quatro portas de acesso às diferentes celas.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 73
A porta exterior e interiores deverão ser protegida contra a corrosão, bem como as
restantes estruturas metálicas do PT, através de processos de galvanização de
espessura mínima de mµ40 .
As placas de advertência serão afixadas na face exterior da porta, com dimensões
não inferiores a 12cmx20cm, com uma flecha vermelha em ziguezague e a inscrição
“Perigo de morte” durável e bem legível, respeitando assim o artigo 34º do
R.S.S.P.T.S..
À porta exterior detém ainda duas aberturas inferiores conferindo ventilação extra
do PT, de forma quadrangular de cm30 de lado.
4.6. Encravamentos
Terão de estar presentes encravamentos eléctricos e mecânicos.
Os encravamentos eléctricos são colocados junto às portas das celas, só
permitindo a abertura destas na ausência de níveis de tensão perigosos.
Os encravamentos mecânicos são três:
- para entrar na cela do transformador teremos de abrir o cadeado, cuja
chave está prisioneira na cela no seccionador de isolamento, só acessível no
interior da cela de protecção.
- do lado de fora das celas existirá um comando manual da aparelhagem
de corte e seccionamento, constituído por um punho que só quando está na
posição de aberto permite a abertura das portas.
- o terceiro encravamento impede que se abra o seccionador quando o
interruptor-seccionador –fusível está na posição de fechado
4.7. Barramentos MT
De acordo com o artigo 32º do R.S.S.P.T.S., os condutores deverão ser
devidamente identificados por meio de pintura, quando nus (como neste
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 74
caso). Os três barramentos serão então pintados de vermelho, verde e
amarelo.
4.8. Equipamento eléctrico
Serão usados equipamentos para dois níveis de tensão: 15kV e 400V.
A manobra destes equipamentos deverá ser feita no exterior da respectiva
cela.
Como referido no início deste capítulo, no PT existirão quatro celas:
- uma para a entrada da linha MT
- uma para a saída da linha MT
- uma para a protecção do transformador
- uma para o transformador
4.9. Manobras
A manobra de órgãos sob alta tensão deverá poder efectuar-se do exterior das
celas sem que se torne necessário abrir as portas ou, de qualquer forma,
modificar a protecção contra contactos com peças sob alta tensão, de acordo
com o artigo 50º do R.S.S.P.T.S..
4.10. Celas de entrada e saída
Numa cela de entrada, ou saída, irá ser instalado um interruptor seccionador
tripolar da Efacec, do tipo ISP 17,5.
As principais características são:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 75
Tipo Tensão
nominal
(kV)
Corrente
nominal
(A)
Corrente
de curta
duração
(3 s)
(kA)
Poder
de fecho
(kA)
Corte
cabos
em
vazio
(A)
17,5 400 16 40 38 25
De acordo com o artigo 51º do R.S.S.P.T.S., os seccionadores deverão ser
instalados de forma que, na posição de abertura, a acção do peso próprio das
facas e dos comandos não se exerça no sentido do fecho.
Serão também instalados extremidades de fim de cabo monopolares que
suportem o cabo de secção 95 mm2.
Serão usados dois isoladores de apoio entre as celas de entrada e saída da
linha MT, e entre a cela de protecção e do transformador, ambos fixados no
tecto.
Entre a cela de saída da linha MT e a cela de protecção do transformador será
usado um seccionador tripolar de isolamento Efacec do tipo SE 17,5.
As principais características são:
Tipo Tensão nominal
(kV)
Corrente nominal
(A)
Corrente de curta duração (3 s)
(kA)
SE 17,5 17,5 630 12,5
Há também a necessidade de instalar isoladores de apoio de forma a suportar
o barramento, capazes de suportar mecanicamente os esforços suportáveis à
cabeça.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 76
4.11. Cela de protecção do transformador
Respeitando o artigo 39º do R.S.S.P.T.S., que diz que as instalações deverão
ser providas de dispositivos que permitam, facilmente e sem perigo, desligá-
las em carga, simultaneamente em todas as fases.
Colocaremos um interruptor-seccionador-fusível da Efacec do tipo ISPF 1,5,
cujas principais características são:
Tipo Tensão
nominal
(kV)
Corrente
nominal (A)
Corrente de curta
duração (3 s) (kA)
Poder de
fecho
(kA)
Corte
cabos em
vazio (A)
ISPF
17,5
400 16 40 38 25
Este interruptor tem facas de terra comandadas independentemente das facas
principais.
Este interruptor respeita também o artigo 51º acima referido.
4.12. Dimensionamento de barramentos
O barramento de média tensão será dimensionado de modo a suportar os efeitos
térmicos e electrodinâmicos, quer em condições normais de funcionamento, quer em
situações de defeito.
Teremos em conta para o dimensionamento a corrente que circula na rede de média
tensão, pois é francamente superior à do PT2.
A situação mais desfavorável para esforços solicitados ao barramento, é quando todos
os PTs da rede MT estão a ser alimentados apenas por uma saída da subestação, e
estão PTs a jusante do PT2 do que a montante.
A corrente nominal In no barramento MT será nesta situação:
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 77
AIn 163,220103
10)630800630630400800400630800(3
3
=×
×++++++++=
Para conhecer o valor da intensidade de corrente de curto-circuito máxima
consideramos a seguinte configuração:
Figura 13. Esquema directo e inverso
Calcularemos então a corrente de curto-circuito para um defeito trifásico simétrico
no barramento MT do PT2.
Os valores de base mantêm-se em relação ao capítulo anterior:
Ω=
=
=
=
143,7
44,1212
15
5,31
b
b
b
b
Z
AI
kVU
MVAS
Recordamos também as características eléctricas do cabo:
kmmHL
kmR C
/37,0
/193,0º20
=
Ω=
As distâncias da subestação ao PT2 são m2271 e m1135 para o cabo de índice 1 e de
índice 2, respectivamente.
As impedâncias directa e inversa dos cabos são:
..0184,00393,0
..0369,00786,0
2
1
upjZ
upjZ
c
c
+=
+=
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 78
A impedância equivalente MTZ vista do local de defeito para a referência é dada
pela equação:
21
max // ccTRAFOATMT ZZZZZ ++=
..1299,0025,0)015,00218,0(1,0)0146,000366,0( upjjjjZMT +=++++=
..1324,0|| upZMT =
O valor da corrente de curto-circuito máximo max
3ccI é calculado com o factor 1=c .
..307,81324,0
11,1
||
max
.).(3up
Z
cUI
MTupcc
=×
==
kAIII bcc upcc071,10max
3 .).(3=×=
4.12.1. Esforços electrodinâmicos
Podemos agora calcular os esforços electrodinâmicos solicitados ao
barramento, tendo para tal, de calcular o valor máximo instantâneo da
corrente térmica equivalente de curto-circuito, dada pela expressão:
)(max
3 AnmII ccth +×=
Onde m é o factor térmico da componente continua da corrente de curto-
circuito e n o factor térmico da componente alternada da corrente de curto-
circuito, e são consultados em ábacos.
Estes valores dependem da impedância vista para montante do local do
defeito, do tempo de actuação da protecção pt e da relação entre as
correntes permanente e sub-transitória de curto-circuito. Temos assim:
);;(
);;(
max
3 ppcc
p
tIIfn
tfm
=
= χ
χ é o factor de amortecimento crítico dado pela expressão X
R
e3
98,002,1−
+=χ ,
sendo R e X a resistência e reactância vista para o defeito.
57,198,002,1 01299,0
025,03
=+=−
eχ
1max
3 =pcc II pois o local de defeito encontra-se distante o suficiente dos
alternadores para esta relação ser alterada.
Os valores consultados foram )08,0;57,1(fm = e )08,0;1(fn = .
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 79
Resulta então:
kAI th 259,1125,01071,10 =+×=
A corrente de choque Ich será então:
kAII thch 92,15259,1122 =×=×=
Foi então escolhido o fusível de alto poder de corte, a instalar no interruptor
seccionador fusível de calibre kA63 .
4.12.2. Força electrodinâmica
A força electrodinâmica é obtida pela expressão:
a
lIF che ×××= − 221004,2
As unidades da força electromagnética são kgf.
l é o comprimento do vão máximo do barramento e a a distância entre barras.
No nosso caso cml 98= e cma 21= .
Temos então
kgfFe 28,2421
9892,151004,2 22 =×××= −
O passo seguinte é verificar se os esforços electrodinâmicos são suportados
pelo condutor. O módulo de flexão W terá de respeitar a inequação:
)( 3cmM
Wσ
≥
Onde M é o momento flector do maior vão encontrado e σ o coeficiente de
segurança à flexão que depende do material do condutor. Para o cobre
cmkgf .1000=σ .
Por sua vez, o momento flector M depende do comprimento do maior vão
encontrado e da força electrodinâmica que nele se poderá sentir. A forma de
cálculo é:
cmkgflF
M e .14816
9828,24
16=
×=
×=
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 80
Temos então a condição de 3148,0 cmW ≥ .
Consultamos tabelas de características de barramentos que nos conduziram a
utilizar barramentos de cobre pintados e de perfil rectangular, com dimensões
mm530× . O seu módulo de flexão é 0,75cm3 e a corrente máxima admissível
em regime permanente AI z 447= .
Como calculado anteriormente, a corrente de serviço máxima a circular neste
barramento será AI s 21,220= .
4.12.3. Verificação de esforços térmicos
Temos ainda de garantir que o barramento suporta os esforços térmicos
solicitados durante o regime permanente e durante a ocorrência de um curto-
circuito.
A verificação será feita para o valor da corrente térmica equivalente de curto-
circuito, e usaremos a fórmula já nossa conhecida:
pth
if ts
Ik
2
2
+=θθ
iθ é a temperatura antes de ocorrer o curto-circuito, neste caso de 65ºC. tp é
o tempo de actuação da protecção para este curto-circuito, ou seja, tp=0,08s.
A secção vem em mm2. o factor k depende do material do barramento, e para
o cobre sACmmk 24 /º0061,0= .
Verifica-se então:
Cf º156,6808,0140
112590061,065
2
2
=××+=θ
Sabendo que a temperatura máxima admitida para o cobre são 200ºC vemos a
condição satisfeita folgadamente.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 81
4.13. Vãos proibidos
Durante um curto-circuito existe a possibilidade de os barramentos entraram
em ressonância magnética, agravando os esforços solicitados. Como tal
impõe-se que a frequência de ressonância se situe fora dos intervalos
[45;55]Hz e [90;110]Hz.
Para esta verificação calcularemos os vãos proibidos, que nos levariam à
situação descrita anteriormente, através da fórmula:
42
0
2112
f
IEl
×××
=ρ
expressa em metros.
Na fórmula encontramos E que representa o módulo de Young do cobre, que
toma o valor 1,15x106kgf/cm2. I é o momento de inércia da secção, para uma
força lateral Ix, para este perfil de barramento é 1,125cm4. ρ representa o
peso da barra por unidade de comprimento, e vale cmkgf /0133,0=ρ .
Torna-se fácil calcular os vãos proibidos e obter os seguintes valores:
fo (Hz) l (cm)
45 156,68
55 141,72
90 110,79
110 100,21
Tabela 31
Logo os vão proibidos estão nos intervalos:
)](68,156;72,141[]79,110;21,100[ cm∧
Não usamos barras com os comprimentos proibidos.
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4.14. Flecha máxima
Temos ainda de verificar se a flecha máxima da barra de maior comprimento
excede 1%, pois é imposto que a flecha não pode exceder este valor.
A flecha é então calculada a partir da fórmula:
)(185
1 4
cmIE
lf
y××
=ρ
onde Iy é o momento de inércia da secção, desta vez para
uma força vertical, e l é o vão máximo.
E é igual a cmf 186,0031,01015,1
980133,0
185
16
4
=×××
= .
%18,010098
186,0=×
Está garantida a condição de flecha máxima.
4.15. Esforços termodinâmicos
Podemos calcular os esforços termodinâmicos que se fazem sentir nos apoios
do barramento a partir da Lei de Hook:
l
lEsF
∆××=
E podemos relacionar esta força com a variação de temperatura da seguinte
fórmula:
θα
θαθα
∆×=∆
∆××=−=∆
∆+=
l
l
llll
ll
'
)1('
Deste modo:
θα ∆×××= EsF (kgf)
s – secção da barra de cobre (140 mm2)
E – módulo de Young do cobre (1,15x104kgf/mm2)
α - coeficiente de dilatação térmica linear do cobre (0,017x10-3 ºC-1)
θ∆ - sobreelevação de temperatura devido à ocorrência de curto-circuito
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mf θθθ −=∆
fθ é a temperatura final atingida durante o curto-circuito, e foi por nós
calculada e é Cº156,68 . mθ é a temperatura de montagem, que consideramos
ser de 20ºC.
Cº156,4820156,68 =−=∆θ
Os esforços termodinâmicos são:
kgfF 03,1318156,4810017,01015,1140 34 =×××××= −
Por consequência da flexão da barra, a força transmitida aos isoladores é,
regra geral, inferior.
Devemos então calcular o valor crítico de encurvamento da barra, pois se este
valor for excedido, a barra flecte. Podemos obter o valor da força crítica Fcr
através da expressão:
2
0
2
l
IEF
y
cr
××=π
E é o módulo de Young já referido anteriormente (E= 1,15x106kgf/cm2). Iy o
momento de inércia de de secção, para uma força vertical, também indicado
anteriormente Iy=0,031cm4. 0l é o comprimento do menor vão, sendo no nosso
caso cml 680 = .
Temos então kgfFcr 1,7668
031,01015,12
62
=×××
=π
.
4.16. Esforços termodinâmicos e electrodinâmicos
Temos de conjugar os esforços termodinâmicos aplicados no menor vão e os
electrodinâmicos no maior vão para assegurar que o isolador de extremidade
suporta os esforços a ele solicitado. Este é o caso mais desfavorável.
A força resultante FR é calculada pela fórmula:
kgfF
FF crR e
13,45)2
1,76(28,24)
2( 2222 =+=+=
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 84
Olhando para este cenário, optamos por utilizar isoladores do tipo A, uma vez
que estes têm uma tensão de ruptura de 375kgf, sendo pois, muito inferiores
às forças máximas aplicadas aos isoladores.
4.17. Cabos de ligação do interruptor-seccionador-fusível para o
transformador
O cabo escolhido por nós para ligação do interruptor-seccionador-fusível para
o transformador, foi o XHIOV da Celcat, de secção de 25 mm2, de tensão
estipulada de 8,7/15(17,5)kV. A corrente máxima admissível Iz do cabo, para
instalação no ar com disposição em esteira de 191A.
Os fusíveis a instalar no interruptor-seccionador-fusível são de calibre In=50A e
de alto poder de corte.
4.18. Condição de aquecimento
A corrente de serviço Is a circular nos cabos em questão será majorada pela
corrente nominal do transformador:
AU
SI
c
TRAFOs 79,30
10153
10800
3 3
3
=××
×==
Não haverá problemas com o aquecimento dos cabos pois estes estarão a uma
distância mínima de 22 cm imposta pelos contactos do interruptor-
seccionador-fusível, e com uma corrente de serviço muito inferior à corrente
máxima admissível no cabo Iz.
Mas devemos aplicar o factor de correcção de temperatura K pois os valores
do fabricante estão calculados para uma temperatura ambiente de 30ºC. a
temperatura no interior do PT é normalmente 35ºC.
957,03090
3590
35
0 =−−
=−
−=
p
pK
θ
θθ
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 85
Como AIKI zz 87,182191957,0' =×=×= , a corrente de serviço do cabo continua
muito longe da corrente máxima admissível, corrigida pelo factor de
correcção de temperatura.
4.19. Protecção contra curto-circuitos:
Consideramos as situações máxima e mínima de curto-circuito iguais às do
cálculo de curto-circuitos para os barramentos MT.
A corrente de curto-circuito máxima é a mesma que a calculada para a
corrente de curto-circuito máxima no barramento MT do PT2, e é
Imax=10,07kA.
O tempo de fadiga térmica, é:
sI
Skt
cc
iff 119,0)10072
2511()90250()()( 22 =
××−=
××−= θθ
As condições mantêm-se como anteriormente. Para isolamento em PEX a
temperatura final num curto-circuito são 250ºC e a temperatura em regime
nominal é 90ºC (situação majorativa pois na realidade nunca se atingirá esta
temperatura em normal funcionamento). O k mantém-se também igual a 11.
Este tempo de fadiga é superior ao tempo de actuação do fusível da ordem
dos 10 ms, e mesmo que o fusível não actue dispara a protecção na
subestação em 0,08s.
A corrente de curto-circuito mínima verifica-se com o esquema:
Figura 14. Esquema homopolar
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
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Onde Zc1 representa a impedância homopolar do cabo da subestação até ao
PT2, e tem o comprimento kml 271,2= .
A impedância homopolar vista do ponto de defeito para a referência é:
od RjxZZ 301 ++=
..716,3||
..702,0649,3404,36,0)045,0108,0(271,2
upZ
upjjjZ
d
d
=
+=+++×=
E a corrente de curto-circuito neste caso é:
AupZ
UcIcc
d
85,978..807,0716,3
3
||===
×=
O tempo de fadiga térmica do cabo para este curto-circuito é:
st f 63,12)85,978
2511()90250( 2 =
××−=
Tempo este francamente superior ao de interrupção do fusível.
4.20. Defeitos internos do transformador
Será instalado um termómetro e um transdutor que ordena o disparo do interruptor-
seccionador-fusível em caso de sobreelevação de temperatura.
4.21. Equipamento de baixa tensão
Escolhemos o cabo XV de 185 mm2, com tensão estipulada de 0,6/1kV, da
Celcat, cuja corrente máxima admissível em regime permanente é Iz=526A
para disposição em esteira juntiva.
Dada a elevada corrente de serviço, adoptamos a solução de três condutores
de fase e dois condutores de neutro, e isolamento em PEX.
Os cabos serão instalados em caleiras separadas 30 cm umas das outras, como
se pode ver no desenho do PT em anexo.
A corrente de serviço do lado de baixa tensão do transformador, calculado
para a potência nominal do transformador, majorando assim os calculoas, é:
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AU
SI
c
ns 7,1154
4003
10800
3
3
=×
×=
×=
Aplicando os factores de correcção K=0,957 e a correcção para cabos em
esteira ao ar, em prateleiras com distância superior a 20 cm de 0,84. verifica-
se então:
A
II zs
77,12817,1154
84,0967,052637,1154
≤
×××≤⇔≤
Esta disposição é então suficiente.
Salienta-se que o raio de curvatura máximo deste cabo é, segundo o
fabricante, 8D, em que D é o diâmetro exterior do cabo, D=23,5mm, então o
raio de curvatura mínimo é 188mm.
O neutro sofre uma redução de metade da secção de fase. Como uma fase é
constituída por três cabos de 185mm2, a secção total do neutro terá de ser
25,2772
1853mm=
×.
Uma vez que o neutro é constituído por dois cabos, a soma dos dois terá de
totalizar 277,5mm2. a solução escolhida foi o cabo XV com a secção
normalizada de 150mm2.
4.22. Quadro Geral de Baixa Tensão
O QGBT (Quadro Geral de Baixa Tensão) será do tipo interior fechado, para
que não se possa tocar nas peças em tensão.
Os elementos a constituir o QGBT são os seguintes:
- interruptor geral de baixa tensão tripolar, com poder de corte de 1250 A;
- Comando de iluminação pública feito por contactor, com célula fotoeléctrica
instalada no exterior a uma altura mínima de 2,5m;
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 88
- corta circuitos-fusível, nas saídas de iluminação pública, do tipo gG de alto
poder de corte, com In=10A e In=6A;
- contador de energia para a iluminação pública;
- contador de energia para contagem geral;
- seis circuitos trifásicos de distribuição de energia, para as saídas numeradas
de 1 a 6, protegidas por triblocos corta circuitos-fusível de alto poder de corte
de calibre 250A, 200A, 315A, 250A, 250A e 315A, respectivamente;
- três amperímetros electromagnéticos com indicador de ponta 0-1000A;
- três transformadores de intensidade de medida de 1500/5A, para ligação dos
amperímetros;
- um voltímetro electromagnéticos 0-500V, de classe 3 e respectiva
protecção;
- três barras de cobre com dimensões 60x10mm pintadas com as cores
regulamentadas R, S e T;
- duas barras de cobre com dimensões 60x5mm pintadas com as cores
regulamentadas para o neutro e a terra de protecção;
- três corta circuitos-fusível seccionáveis, equipados com um fusível de calibre
In=16A e dois de In=10A do tipo gG de alto poder de corte, para protecção do
circuito de tomadas do PT, de iluminação e de emergência, respectivamente;
Para dimensionar correctamente o poder de corte dos fusíveis instalados no
QGBT temos de conhecer a corrente de curto-circuito máxima que pode
ocorrer neste ponto. Essa situação acontece quando temos a seguinte
configuração da rede:
Figura 15
O transformador do PT tem uma reactância de fugas %5,4=fx .
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..1014,1105,31
10800045,0 3
6
3_
_ upjjS
SxZ
b
PTTRAFO
fPTTRAFO
−×=××
==
A impedância equivalente vista do local de curto-circuito para a referência
BTeqZ _ é:
..1334,0||
..13104,0025,0
//
_
_
_21
max
_
upZ
upjZ
ZZZZZZ
BTeq
BTeq
PTTRAFOccTRAFOATBTeq
=
+=
+++=
Então a corrente máxima de curto-circuito é:
..49,71334,0
11
_
max
.).( upZ
UcI
BTeq
upcc =×
=×
=
kAU
SI
b
bb 45,45
4003
105,31
3
6
=×
×=
×=
kAIcc 81,340max =
O QGBT tem de ter ainda:
- tomadas de corrente 2P+T 230V 16A;
4.23. Barramentos do QGBT
O barramento terá de suportar uma densidade de corrente de d=2 A/mm2. a secção
do barramento terá de ser:
235,5772
7,1154mm
d
Is s ===
Optamos assim por barramentos de dimensões 60x10mm de cobre pintado
para as fases e de 60x5mm para o neutro e terra de protecção.
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Urbanização “Novo Rumo” Página 90
4.24. Protecções
4.24.1. Protecções contra curto-circuitos:
Todas as saídas BT serão protegidas contra curto-circuitos através de corta
circuitos-fusível de alto poder de corte dimensionados anteriormente para
todas as saídas em todos os PTs.
4.24.2. Protecção contra sobrecargas:
As sobrecargas são asseguradas pelas protecções contra curto-circuitos,
conforme projectado anteriormente.
4.25. Terras:
Serão instaladas duas terras.
4.25.1. Terra de protecção:
Todas as partes metálicas que constituem os revestimentos e suportes de
qualquer aparelho ou dispositivo, bem como as portas das celas e a porta do
PT, devem ser ligadas à terra de protecção, para garantir a protecção contra
contactos com peças acidentalmente sob tensão.
A terra de protecção tem de ser executada junto da cabina, devendo a ela ser
ligadas as ferragens, a rede equipotencial do pavimento e a estrutura
metálica das celas e respectivas portas.
Sempre que haja risco de aparecimento de tensões de passo perigosas à
superfície do terreno, o circuito de terra de protecção deverá ser constituído
por cabo isolado unipolar VV 0,6/1kV, de 35 mm2 de secção para as ligações e
16 mm2 para as derivações, com isolamento de cor verde-amarela e bainha
exterior preta.
Os condutores de terra deverão ser de material durável, amplamente
dimensionados para as correntes de terra previstas, conforme diz o artigo 57º
do R.S.S.P.T.S..
Terá de ser instalado um ligador amovível no ponto de saída do condutor de
terra de protecção. Não se poderá intercalar os circuitos de terra com
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 91
interruptores, seccionadores, corta cirrcuitos-fusivel ou qualquer peça
amovível sem auxílio de ferramenta.
4.25.2. Terra de serviço:
No posto de transformação, o neutro terá de ser ligado directamente à terra
de serviço. a este, ligam-se os pontos dos diversos circuitos eléctricos que
influenciam as condições de exploração, através da limitação do potencial dos
condutores.
À terra de serviço ligam-se as armadura, blindagens e bainhas metálicas dos
cabos das saídas subterrêneas de baixa tensão, e o neutro do transformador.
O condutor de ligação à terra de serviço será constituído por um cabo VV 35
mm2 0,6/1 kV, com isolamento de cor azul claro e bainha exterior preta,
estabelecido entre o barramento do neutro do QGBT e um ligador amovível
situado no interior do PT que permita efectuar as medições da resistência de
terra dos eléctrodos.
O eléctrodo de terra deve ser constituído por uma chapa, instalada em
condições tais que a resistência de terra seja inferior a 10 Ω em qualquer
época do ano.
O condutor de terra de serviço será ligado ao barramento de neutro do quadro
de baixa tensão.
A distância que assegura a distinção entre as terras é 25 metros.
4.26. Iluminação e Tomadas do Posto de Transformação
Para uma correcta iluminação do PT devem ser usadas pelo menos 3 lâmpadas
de 9W - economizadoras, sendo que duas ficarão no corredor e uma próxima
do compartimento do transformador. Estas devem ser colocadas de forma a
que qualquer operação dentro do PT seja efectuada com clareza e sem sujeita
a perigos por falta de visibilidade, além de ter de ser possível efectuar as
leituras necessárias nos contadores e aparelhos de medição (artigo 41º do
R.S.S.P.T.S). Assim como as lâmpadas devem estar colocadas de forma a que
uma substituição não obrigue à interrupção de serviço.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 92
Para o circuito de iluminação escolhemos o cabo PT-N05VVH2-U da “CelCat”
de secção 1,5mm2, protegido por um fusível de 10A de classe gG da
“Siemens”.
Para assegurar qualquer avaria existe um circuito de iluminação de recurso
que deve permanecer em perfeito estado de funcionamento e capaz de
permitir circular sem perigo e proceder às manobras e reparações de
emergência necessárias (artigo 42º do mesmo regulamento). Desta forma este
circuito de recurso utiliza o cabo PT-N05VVH2-U da “CelCat” de secção
2,5mm2, protegido por um fusível de 16A de classe gG da “Siemens”.
4.27. Acessórios no Posto de Transformação
No PT devem estar os seguintes acessórios:
- um extintor de incêndio, do tipo de neve carbónica, com capacidade mínima
de 5Kg;
- um estrado isolante (de madeira ou material plástico) para uma tensão de
isolamento mínima de 20kV;
- um par de luvas isolantes para uma tensão de isolamento mínima de 20kV;
- um punho de manobra de fusíveis para BT;
- diversos fusíveis de reserva;
- um sistema de iluminação de emergência constituído por uma lanterna
eléctrica portátil, com lâmpada fluorescente, alimentada por uma bateria de
níquel cádmio;
- um armário em material não metálico, onde contém os acessórios e
medicamentos necessários a uma situação de primeiros socorros;
- quadro com instruções para os primeiros socorros e o registo de medidas de
terra;
- placa de identificação com o número do PT, nome e número de telefone do
distribuidor para colocar na porta do PT, assim como um esquema da rede que
alimenta;
- placas regulamentadas de aviso - “Perigo de Morte” – em locais de boa
visibilidade afixadas na porta de acesso ao PT, na porta amovível de acesso ao
transformador e nas portas das celas.
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Urbanização “Novo Rumo” Página 93
5. Iluminação pública
A iluminação de exterior ao longo das últimas décadas passou por um
desenvolvimento favorável na sua extensão através da melhoria técnica
constante do material disponível.
A iluminação pública é essencial para uma melhoria da qualidade de vida da
população de um local. Possui grande importância no desenvolvimento
económico e social dos municípios, sendo um dos principais aliados na
diminuição dos índices de criminalidade. Além disso possui grande função
paisagística, iluminando pontos de interesse turístico e estruturas de beleza
arquitectónica.
Historicamente, a iluminação de exterior no início orientou-se para um fim
utilitário e unicamente destinado a facilitar a circulação urbana nocturna.
Ainda hoje, é a parte preponderante da iluminação de exterior.
A rápida intensificação de todos os meios de transporte conduziram ao
desenvolvimento da iluminação intensiva das vias públicas das aglomerações
urbanas e a iluminação das estradas e auto-estradas, sobre todo o seu
comprimento, ou em certos cruzamentos. As estações de comboio, os portos e
os campos de aviação são outras aplicações da iluminação de exterior que não
existiam no passado. Além disso, o prolongamento das actividades exteriores
em terrenos de fábricas estendeu consideravelmente as necessidades em
iluminação exterior.
A iluminação exterior pode ser classificada em várias categorias, das quais se
distinguem a iluminação das vias públicas, túneis, aeroportos, grandes áreas,
fachadas de edifícios e reclames luminosos. O objectivo da iluminação de vias
públicas trata de melhorar as condições de visão dos usuários das mesmas,
tendo sempre em conta, factores económicos. Assim, para o condutor é
necessário garantir a visibilidade necessária para distinguir os obstáculos e o
traçado da via com o tempo útil para efectuar as manobras inerentes à
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Urbanização “Novo Rumo” Página 94
condução. Para os peões a finalidade consiste na visibilidade clara dos limites
dos passeios assim como a ausência de zonas sombrias. Considerando um
obstáculo de 15cm de lado e factor de reflexão de 15%, admite-se que um
automobilista o deva ver a 100m de distância considerando uma velocidade de
60Km/h, e para um peão esse mesmo obstáculo deve poder ser visto até uma
distância de 10m.
A iluminância deve ser tal, de modo a não permitir que passem despercebidos
os pontos críticos da via, tais como curvas, cruzamentos, passagens de nível
entre outros. Os níveis de iluminação devem ser adaptados às exigências de
cada via e deste modo estabelece-se uma classificação entre as vias públicas,
tendo em conta os seguintes elementos:
- A densidade do tráfego automóvel,
- A velocidade da circulação automóvel,
- A densidade do tráfego dos peões,
- A necessidade do respeito das cores.
Para cada tipo de iluminação, para cada tipo de via correspondem diferentes
níveis e características de iluminância e de luminância, bem como diferentes
critérios de qualidade (coeficientes de uniformidade, encadeamento,
coeficiente de iluminação dos arredores...).
A alimentação desta rede de iluminação pública será feita a partir dos PT’s,
possuindo cada um deles, duas saídas disponíveis para esse efeito. Esta rede
de iluminação pública vai englobar nas três zonas de cada PT, iluminação da
via pública e a iluminação de uma zona verde ou de lazer.
De modo a efectuar a ligação automática da iluminação pública, vai existir
uma célula fotoeléctrica instalada no exterior do PT, e também, um comando
manual para o mesmo efeito no interior do mesmo.
Esta rede, será do tipo subterrânea, estando os cabos enterrados
directamente no solo, ao longo dos passeios, sendo nas travessias colocado no
interior de um tubo PVC. Estas travessias encontram-se nas mesmas valas dos
outros cabos de energia, ou em valas próprias para o efeito, de modo a
minimizar os efeitos de uma manutenção no circular quotidiano de uma rua. O
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Urbanização “Novo Rumo” Página 95
traçado da Rede de Iluminação Pública encontra-se em anexo, Desenho nº 5 –
Rede de Iluminação Pública.
5.1. Classificação dos espaços
O tipo de iluminação a usar estará dependente das características específicas
do local a iluminar. Consideramos que em locais de maior densidade de
tráfego, como as ruas principais que têm passagem pela urbanização, existe
uma necessidade de um aumento de segurança, e assim de melhor
iluminação, já em zonas de ruas secundárias dentro da urbanização, que
consistem quase exclusivamente para os moradores, não existiu uma
preocupação elevada em termos de iluminância média.
Assim sendo, vamos considerar três tipos de zona:
- Zonas Residenciais com Edifícios, com uma intensidade de iluminância,
mínima de 5 lux e média de 25 lux. Englobam-se nestas zonas, a Avenida Novo
Rumo e as Ruas Dr. Carlos Felgueiras e António Sérgio.
- Zonas Residências com Moradias, com uma intensidade de iluminância,
mínima de 5 lux e média de 15 lux. Nestas zonas, englobam-se o restante das
ruas do projecto, Ruas António Nobre, Rochdale, Pioneiros, Viana da Mota,
Vitorino Nemésio.
- Zona de Lazer ou zona verde, com um nível baixo de iluminância, entre
4 e os 10 lux.
De referir que a iluminação deverá ser uniforme.
5.2. Luminárias
Para o cálculo luminotécnico, utilizamos diversos programas, que já tinham
sido utilizados na cadeira de TECI. Utilizámos então o programa INDALWIN 5.2
Viário e Decorativo e o programa DIAlux. Utilizámos estes dois programas, de
modo complementarem-se um ao outro. Realizamos os projectos das ruas e
dos espaços de lazer em ambos, e assim chegamos a conclusões similares. O
INDALWIN, mais primitivo, mais simples, de compreensão fácil, mas não tão
completo e de interface agradável como o DIAlux. Ambos possuíam a opção de
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Urbanização “Novo Rumo” Página 96
importar CAD, mas esta opção não chegou a ser utilizada devido a dificuldades
na compreensão dos diversos softwares.
Preferimos escolher luminárias da mesma marca (INDALUX), de modo a
facilitar a pesquisa dos catálogos no software. O INDALWIN já continha o
catálogo da INDALUX, visto ser o software da própria marca e instalámos o
plug-in da INDALUX no DIAlux, de modo a termos as luminárias no mesmo.
Nas vias principais, zonas residenciais com edifícios, Avenida Novo Rumo, Rua
António Sérgio e a Rua Carlos Felgueiras, será usado o modelo de luminárias
IQD1 – 150W vapor de sódio de alta pressão, luminárias de grande
estanquicidade, com um invólucro em policarbonato, com carcaça com
reflector de alumínio. Esta luminária estará voltada para a via, disposta
alternadamente como mostra a figura da folha do projecto do DIAlux.
Figura 16– folha do projecto DIAlux
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Figura 17 – Luminária utilizada
Estas luminárias, também vão ser utilizadas nas zonas residenciais com
moradias, zonas com menor necessidade de iluminância, frequentada
essencialmente por moradores. Neste caso a distância entre postes
alternados, aumenta, de modo a diminuir o valor da iluminância para os
definidos em cima. A sua disposição encontra-se em baixo, na folha de
Projecto do DIAlux. Aqui encontram-se as ruas, António Nobre, Rochdale,
Pioneiros, Viana da Mota e Vitorino Nemésio.
Figura 18 – Folha de projecto DIAlux 5 ruas.
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Urbanização “Novo Rumo” Página 98
Como se pode ver, o próprio programa, calculou a
altura de montagem do ponto luz, distâncias entre
postes, baseado nos dados que lhe foram
fornecidos (tipo de luminária, iluminância mínima e
média) o tipo de zona, através de um assistente
simples, que através de várias informações permite
simular que tipo de área urbana se trata (no nosso
caso, S4). Depois de várias utilizações no software,
chegou-se à conclusão que, não variando muito a
largura da via, para as várias ruas, o número de
luminárias e distância entre elas, ia ser
praticamente o mesmo. Por isso acabámos por
generalizar os projectos luminotécnicos das ruas e
criámos três tipos de áreas (já referidas acima).
Figura 19 – Coluna com Access T, modelo C,
luminária IVA2-PT
Para as zonas de lazer, que percorrem o interior da urbanização, foi utilizada
uma luminária decorativa urbana Quebec IQV-He-70W, vapor de sódio de alta
pressão com reflector em alumínio e semi-esfera difusora de policarbonato.
Aqui, a iluminância necessária era mínima, sendo as lâmpadas mais
fracas, altura de montagem e distância entre luminárias menor, em
relação às anteriores.
Quanto á zona verde, que percorre o interior da urbanização, será
usada uma luminária decorativa IJX – 70W de sódio de alta pressão
com uma esfera difusora de policarbonato opaca, e colocada numa
coluna de 4m.
Figura 20 – Coluna 40-ICG. Luminária IQV-He-70W
Segundo o DIAlux (ver ficheiro ZonasLazer.dlx), a altura de
montagem é de 4m estando o ponto luz a 3.765m. Estas luminárias
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encontram-se espaçadas a uma distância média de 15m de modo a obter a
iluminância média requerida. Consideramos, um espaço exterior com um solo
padrão, e um factor de manutenção 0.5, ou seja, poluição alta.
Por motivos de dificuldade técnica, não nos foi possível apresentar imagens do
ficheiro da folha do projecto zonaslazer.pdf, visto que as luminárias não
apareciam, apesar de aparecerem no ficheiro de projecto.
Segundo o Regulamento de Segurança de Redes de Distribuição de Energia
Eléctrica em Baixa Tensão (essencial e básico):
- Artigo 67.º, Colunas e braços de Candeeiros
1. As colunas (com alturas de 4 e 6,13m) e os braços de candeeiros
serão de material resistente às acções dos agentes atmosféricos ou
devidamente protegidos contra essas acções, dimensionados de
forma a resistirem às solicitações previstas, designadamente à
acção do vento, e não deverão permitir a entrada de chuva nem a
acumulação de água de condensação.
2. As colunas deverão possuir uma abertura de acesso a, pelo menos,
0,50m acima do solo, dotada de porta ou tampa que feche com
toda a segurança, que não possa abrir-se sem meios especiais e
que vede a entrada de água proveniente de jactos (IP*5*).
3. A protecção e o comando dos candeeiros poderão ser feitos
individualmente ou por grupos.
4. Os aparelhos de protecção e de comando dos candeeiros deverão
ficar instalados em quadros devidamente dimensionados, os quais
os quais deverão estar alojados, em regra, no interior do espaço
protegido pela porta ou tampa referidos no 2.
5. Quando, pela sua situação ou dimensões, não for possível instalar
o quadro referido no número anterior no interior da coluna do
candeeiro, ou quando esta não existir, o quadro será colocado em
local apropriado junto do seu braço.
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Urbanização “Novo Rumo” Página 100
6. No caso de o quadro ser exterior ao candeeiro e estiver instalado a
mais de 2,5 m de altura do solo, dispensar-se-á que o invólucro
seja dotado de porta com fechadura.
- Artigo 68.º, Lanterna dos candeeiros
As lanternas dos candeeiros utilizadas para iluminação pública ou sinalização
deverão ser resistentes à acção dos agentes atmosféricos.
- Artigo 69º, Colocação dos candeeiros
1. Os candeeiros serão fixados às superfícies de apoio ou implantados
no solo, de modo que ofereçam as necessárias condições de
segurança, tendo em atenção o disposto no artigo 27.º.
- Artigo 27.º, fundação de postes
1) Os postes serão implantados directamente no solo ou
consolidados por fundações adequadas de modo a assegurar a
sua estabilidade, tendo em conta a natureza do solo e as
acções intervenientes, devendo observar-se na sua implantação
o seguinte:
a) Os postes metálicos serão encastrados em maciços de
betão;
b) Os postes de betão armado ou pré-esforçado poderão
ser implantados directamente no solo;
c) Os postes de madeira deverão ser, em regra,
implantados directamente no solo ou fixados a
dispositivos apropriados.
2) Nos casos correntes de postes implantados directamente no
solo a profundidade mínima de enterramento, em metros,
deverá ser igual a
h=H/10+0,5, em que H, também em metros,
é a altura total do poste.
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3) Entre os apoios ou suas fundações e os cabos subterrâneos de
energia ou de telecomunicações deverão manter-se distâncias
suficientes para evitar avarias, com um mínimo de 0,80m.
2. Quando os candeeiros ou os seus acessórios forem colocados sobre
apoios de linhas aéreas em condutores nus, a distância entre
aqueles e estes não deverá ser inferior a 1m.
As colunas das luminárias serão colocadas perto da borda da via, enquanto
que as decorativas são colocadas conforme as características da zona a
iluminar. As colunas serão fixadas em maciços de betão.
- Artigo 70.º, Electrificação dos candeeiros
1. Na electrificação dos candeeiros deverá observar-se o seguinte:
a. Utilização de condutores isolados em feixe (torçada) ou de
cabos de tensão nominal não inferior 450/750 V;
b. Secção mínima de 1,5 mm2, se em condutores de cobre;
c. Condutores sem emendas;
d. Condutores ligados de forma a não exercerem esforços de
tracção sobre os ligadores;
e. Nas entradas das lanternas, os condutores isolados ou cabos
deverão ser protegidos por meio de peças adequadas em
material isolante;
2. No caso de as reactâncias das lâmpadas ficarem alojadas nas
lanternas (que é o nosso caso, H05VV-F da “General Cable”),
poder-se-á utilizar, no interior das colunas, cabo flexível com
isolamento para tensão de 300/500 V.
- Artigo 71.º, circuitos de iluminação pública
1. Nos circuitos de iluminação pública poderá utilizar-se se os
condutores previstos para as redes de distribuição, de secção
adequada, dimensionados de forma que a queda de tensão,
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 102
no ponto mais afastado e nas condições mais desfavoráveis,
não exceda os limites fixados no nº4 do artigo 9.º.
- Artigo 9.º, Concepção de redes de distribuição
4. As variações de tensão em qualquer ponto da rede de
distribuição não deverão ser superiores a ± 8% da tensão
nominal.
2. Nas derivações para os candeeiros não poderão ser utilizados
condutores nus, e a sua secção não deverá ser inferior a
4mm2 (utilizámos um cabo de 16mm2, descrito mais abaixo).
3. No dimensionamento das canalizações de alimentação dos
candeeiros deverão ter-se em conta as características das
lâmpadas e seus acessórios.
4. Nos circuitos de iluminação pública deverão, em regra,
tomar-se as medidas necessárias com vista a garantir que o
factor de potência tenha um valor adequado (não inferior a
0,85).
- Artigo 72.º, Ligações à terra
Deverão ser ligados à terra:
1. As colunas dos candeeiros e os apoios das redes de
distribuição que sejam acessíveis e suportem candeeiros,
quando metálicos; em alternativa a isto, pode-se criar na
base do candeeiro uma superfície equipotencial de eléctrodos
dispostos de forma adequada;
2. As colunas dos candeeiros e os apoios das redes de
distribuição que sejam acessíveis e suportem candeeiros, se
de betão armado, quando estabelecidos em jardins, recintos
de recreio ou divertimento ou em outros onde normalmente
permaneçam pessoas, como é este o caso das luminárias nos
espaços de lazer (ver Desenho nº 5 – Rede de Iluminação
Pública).
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Urbanização “Novo Rumo” Página 103
Recomenda-se que, na ligação do eléctrodo de terra do quadro do candeeiro,
se utilizem condutores isolados ou cabos, a fim de se evitar o aparecimento
de tensões de contacto e de passo perigosas para as pessoas ou animais que
circulem na proximidade dos candeeiros.
Junto a cada coluna será instalado um eléctrodo terra, enterrado
verticalmente no solo a uma profundidade mínima de 0,7m em relação à
superfície, constituído por varetas de cobre com 15mm de diâmetro e com 2m
de comprimento, totalizando uma superfície de contacto superior a 1m2.
5.3. Rede de iluminação pública estabelecida
PT Saída
Luminárias Potência
Total
[W]
Comprimento
(m) IVA2-PT
SE 150
Quebec
IQV He 70
1 1 4 13 1510 467,0
2 8 7 1690 481,0
2 1 9 7 1840 474,1
2 10 0 1500 413,7
3 1 12 9 2430 690,2
2 12 6 2220 700,1
Tabela 32 – Saídas dos PT’s para iluminação
Nestas tabelas, incluímos uma margem erro de 5% no cálculo das distâncias
dos cabos. Ao construirmos a rede, tentámos distribuir uniformemente a
carga, de modo a não haver grandes oscilações de potência entre saídas do
mesmo PT, tendo em conta, a minimização do número de travessias. Em
algumas ruas, só consideramos luminárias de um só lado da rua (dispostas
alternadamente), supondo que as restantes serão alimentadas por outro PT,
de encerramento do anel.
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 104
5.3.1. Condições de estabelecimento
Os cabos de iluminação pública serão enterrados directamente no solo, nas
condições idênticas aos cabos da rede de baixa tensão, colocados sempre que
possível nas mesmas valas que os cabos de baixa tensão, e colocados
paralelamente a estes. Quanto às travessias, os cabos de iluminação pública,
serão enfiados em tubos em PVC, com 100mm de diâmetro, já o raio de
curvatura dos cabos será de dez vezes o seu diâmetro exterior.
5.3.2. Cabos usados
Nas canalizações da rede de iluminação pública serão utilizados cabos em
alumínio “CelCat”, “General Cable” LSVAV 4x16mm2, com as seguintes
características:
- Condutores sectoriais de alumínio maciço (NP-1108);
- Isolamento de PVC;
- Enfitagem de poliéster;
- Tensão estipulada de 0,6/1kV;
- Bainha interior de PVC;
- Armaduras de fitas de aço;
- Bainha exterior de PVC;
Quanto à electrificação das colunas onde estão as luminárias, os cabos já
devem vir com as colunas das luminárias, por isso não será necessário
dimensionar os cabos, mas em princípio serão cabos de baixa tensão, do tipo
H05VV-F de 1,5mm2 do catálogo da “CelCat”, General Cable, com as
características:
- Condutores flexíveis de cobre (NP-2363, classe 5);
- Isolamento de PVC;
- Bainha de PVC;
- Tensão estipulada 300/500 V;
Concepção de Instalações Eléctricas 2006-2007
Urbanização “Novo Rumo” Página 105
Quanto à protecção contra sobreintensidades dos cabos de cobre da rede de
iluminação pública, será efectuada por fusíveis com alto poder de corte
(100kA), instalados nos Q.G.B.T. dos PT’s. Quanto à protecção contra
sobreintensidades entre o quadro de coluna e a armadura, será efectuada por
um fusível colocado no quadro eléctrico existente em cada coluna.
5.3.3. Dimensionamento da rede de iluminação publica
A corrente que vai circular nos cabos, é muito baixa, logo, não terá influência
sobre cabos de outras canalizações, mas, será considerado um factor de
correcção de 0,8 para a influência sofrida pelos cabos de iluminação pública
das outras canalizações.
A corrente considerada no cálculo não será a de serviço, mas sim a de
arranque, sendo 1,5 vezes maior que a de serviço.
Considerou-se também que a potência total estará no ponto mais afastado da
rede, sendo o cálculo da queda de tensão realizado como na rede de baixa
tensão, para esse ponto.
O dimensionamento da rede de iluminação pública para as saídas da
urbanização, situa-se na tabela abaixo, contendo o dimensionamento dos
cabos que ligam dos PT’s às entradas das luminárias e os cabos que estarão
dentro das mesmas e que ligam às lâmpadas:
PT Saída
Luminárias Potência
Total
[W]
Comprimento
[m]
Is
[A]
Ia
[A]
In
[A]
Iz´
[A]
Iz
[A]
S
(mm2)
IU
(%) IVA2-
PT SE 150
Quebec
IQV He 70
1 1 4 13 1510 467,0 2,19 3,28 10 16,38 90 16 1,01
2 8 7 1690 481,0 2,45 3,67 10 16,38 90 16 1,16
2 1 9 7 1840 474,1 2,67 4,00 10 16,38 90 16 1,25
2 10 0 1500 413,7 2,17 3,26 10 16,38 90 16 0,89
3 1 12 9 2430 690,2 3,52 5,28 10 16,38 90 16 2,40
2 12 6 2220 700,1 3,22 4,83 10 16,38 90 16 2,22
Luminária de:
150 6,130 0,22 0,33 6 9,83 90 1,5 0,00
70 4,000 0,10 0,15 6 9,83 90 1,5 0,00
Tabela 33 – Condições de protecção contra sobre cargas e quedas de tensão, nas
luminárias
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PT Saída
Luminárias Potência
Total
[W]
In
[A]
S
(mm2)
Icc(min)
[A] tft [s] tap [s] tap<tft ? tap<5s ? IVA2-
PT SE 150
Quebec
IQV He 70
1 1 4 13 1510 10 16 82,51 205,909 0,01 Aceite Aceite
2 8 7 1690 10 16 80,12 218,407 0,01 Aceite Aceite
2 1 9 7 1840 10 16 81,29 212,159 0,01 Aceite Aceite
2 10 0 1500 10 16 93,15 161,561 0,01 Aceite Aceite
3 1 12 9 2430 10 16 55,83 449,703 0,01 Aceite Aceite
2 12 6 2220 10 16 55,04 462,739 0,01 Aceite Aceite
Luminária de:
150 6 1,5 893,34 0,015 0,001 Aceite Aceite
70 6 1,5 1369,05 0,007 0,001 Aceite Aceite
Tabela 34 – Verificação da protecção contra curto-circuitos nas luminárias
Os circuitos estarão desequilibrados, sendo considerada uma relação entre a
queda de tensão no neutro e a queda de tensão na fase:
1'
1
+=
∆∆
Uf
Un
Onde:
jUn – queda de tensão no neutro;
jUf – queda de tensão na fase;
N’ – Numero de candeeiros divididos por 3
De seguida será efectuado o exemplo de cálculo para uma saída de iluminação
pública de um dos PT’s.
5.3.4. Exemplo de cálculo
O exemplo de cálculo que iremos apresentar de seguida será para a saída
PT3.1, que irá alimentar 12 luminárias de 150W, e 9 de 70W, tendo um
comprimento máximo de 690,2m.
Corrente de arranque:
AIAU
SI A
s
TOTAL
S 282,5521,35,1521,32303
70915012
*3=×=⇒=
××+×
==
Protecção contra sobrecargas:
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Para protecção contra sobrecargas, serão instalados fusíveis (Siemens) com
caracteristicas que obedecerão às seguintes expressões:
'
'
*45,1 zf
zns
II
III
≤
≤≤
Is – Intensidade de corrente de serviço da canalização (A) (no nosso caso,
a de arranque);
In – Intensidade nominal do aparelho de protecção (A);
If – Intensidade de corrente convencional de funcionamento do aparelho
de protecção;
Iz’ – Intensidade de corrente máxima admissível na canalização, com o
respectivo factor de correcção (A);
IA = 5,282A, escolheremos um In = 10A, garantindo-se assim a
selectividade com os fusíveis aplicados nas colunas, este fusível terá um
If=19A. Assim:
AIIIIzIf ZZZ 38,168,045,1
198,045,119'45,1 ≥⇔
×≥⇔××≤⇔×≤
Assim escolheremos o cabo LSVAV 4x16mm2, com um Iz = 98A. Este cabo terá
um Iz’ = 90*0,8 = 78,4A.
VerificaAII
VerificaAIII
zf
zns
⇒≤⇔≤⇔≤
⇒≤≤⇔≤≤
39,113194,78*45,119*45,1
4,7810282,5
'
'
Protecção contra curto-circuitos:
Na verificação da condição de protecção contra curto-circuitos será calculada
a corrente de curto-circuito mínima (surge com uma impedância de defeito
máxima) da instalação, devendo a intensidade nominal dos fusíveis ser
determinada de modo a que a corrente de curto-circuito, associada à
ocorrência de um defeito fase-neutro no condutor, seja cortada antes de a
canalização atingir a sua temperatura máxima admissível. O defeito fase-
neutro será simulado no extremo do condutor.
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Assim o cálculo da corrente de curto-circuito mínima, é dada através da
seguinte fórmula:
( )[ ]∑ =⋅+×
×=
n
i i
C
ineutro
C
ifase
S
cc
lRR
UI
1
º20
_
º20
_
min
5,1
95,0
20”C
i faseR - Resistência de fase por unidade de comprimento de cabo a 20ºC
(Ω/km);
20”C
i neutroR - Resistência de neutro por unidade de comprimento de cabo a
20ºC (Ω/km);
li – comprimento do cabo (km);
Us – tensão simples (230V);
n – Número de troços envolvidos entre o QGBT do PT e a saída que se
está a proteger, incluindo esta última.
Assim no nosso exemplo vem que:
AI cc 833,556902,0)89,189,1(5,1
23095,0min =
×+××
=
Agora é calculado o tempo de fadiga térmica da canalização (tft), que irá ser
comparado ao tempo de corte do fusível (tap), este deverá ser inferior a 5s e
inferior a tft, para cumprir a protecção da canalização contra curto-circuitos,
assim o tempo de fadiga será dado por:
mincc
n
ftI
SKt ×=
Onde:
tft – tempo de fadiga térmica do cabo (s);
K – é uma constante, cujo valor para o cabo usado, com alma condutora
de alumínio isolado a PVC, é de 74;
Sn – secção do condutor de neutro do cabo (mm2).
Assim para o nosso exemplo:
st ft 699,44955,833
1674
2
=
×=
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Analisando a curva característica de um fusível com calibre de 10A, para um
valor de Iccmin de 55,833ª, tempo de actuação da protecção (tap) é de 0,01s.
Assim terão de ser verificadas as seguintes condições:
verificadossegundost
verificadostt
ap
ftap
⇒≤⇔≤
⇒≤⇔≤
)(501,05
)(699,44901,0
Estão assim verificadas as condições de protecção do cabo contra curto-
circuitos.
Queda de tensão:
As variações de tensão em qualquer ponto da rede não deverão ser superiores
a ±8% da tensão nominal.
Para cálculo da queda de tensão utilizou-se as seguintes expressões:
( ) lRR
fUnUU
fU
nU
RIfU
C
fase
C
fase
C
fases
***1
*1'
1
*
º20º70
º70
θα ∆+=
∆+∆=∆
∆+
≈∆
≈∆
Sendo o: U∆ ≤ 8%
Onde:
Is – corrente de serviço do troço (A)
Rfase70ºC – Resistência de fase por unidade de comprimento a 70ºC
(Ω/km)
l – comprimento do cabo (km)
α – Resistividade do condutor, 0,00403ºC-1 para o aluminio
jθ – Variação da temperatura (ºC)
No nosso caso:
( )( )( ) VfU
lRIRIfUC
fases
C
fases
67,66902,0*89,1*2070*00403,01*282,5
***1**º20º70
≈−+≈∆
∆+≈≈∆ θα
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Neste circuito temos que 73
21´ == , assim:
VerificaVU
VU
VnU
⇒≤⇔≤=∆
=+=∆
=+
=∆
4,185,7230*%85,7
5,78337,067,6
8337,067,6*17
1
A condição de queda de tensão está verificada. Depois de todas as
verificações, podemos dizer que o cabo escolhido para este troço é o cabo:
LSVAV 4x16mm2 protegido por um fusível de calibre 10A.
5.3.4.1. Electrificação das colunas
Para exemplo do dimensionamento das colunas, será considerado o seu caso
mais desfavorável, sendo no nosso caso a luminária de 150W, estando numa
coluna de 6,130m de altura com cerca de 1,5m de braço, no circuito de
maior comprimento. Assim será calculada a corrente de arranque:
Corrente de arranque:
AIAU
SI A
s
TOTAL
S 326,0217,05,1217,02303
150
*3=×=⇒=
×==
Protecção contra sobrecargas:
Para protecção contra sobrecargas, serão instalados fusíveis que têm de ter
características que obedecem às seguintes expressões:
'
'
*45,1 zf
zns
II
III
≤
≤≤
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Assim como IA = 0,326A, escolheremos um In = 6A, garantindo assim a
selectividade com as protecções a montante instaladas no PT3, com In = 10A.
Este fusível terá um If=11A. Assim:
AIIIIzIcf ZZZ 13,445,1
6145,16'45,1 ≥⇔≥⇔××≤⇔×≤
Assim, escolheremos o cabo H05VV-F de 1,5mm2, com um Iz=19A, para
electrificação da coluna.
VerificaAII
VerificaAIII
zcf
zns
⇒≤⇔≤⇔≤
⇒≤≤⇔≤≤
55,27619*45,16*45,1
1910326,0
'
Protecção contra curto-circuitos:
A corrente de curto-circuito mínima será quando a coluna está montada na
extremidade da rede de iluminação pública, assim:
AI cc 8,51)00763,0)3,133,13(6902,0)89,189,1((*5,1
23095,0min =
×++×+×
=
E o tempo de fadiga térmica será:
st ft 59,451,8
1,574
2
=
×=
Analisando a curva característica de um fusível com calibre de 6A, para um
valor de Iccmin de 51,8A, temos que o tempo de actuação da protecção (tap) é
de 0,001s. Assim terão de ser verificadas as seguintes condições:
verificadossegundost
verificadostt
ap
ftap
→≤⇔≤
→≤⇔≤
)(5001,05
)(59,4001,0
Estão assim verificadas as condições de protecção do cabo contra curto-
circuitos
Queda de tensão
Assim na coluna teremos que:
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( )( )( )
VU
VfU
lRIfU
fUUfUnU
C
fases
08,004,0*2
04,000763,0*3,13*2070*00403,01*326,0
***1*
*2
º20
==∆
≈−+≈∆
∆+≈∆
∆=∆⇒∆=∆
θα
Assim será calculada a queda de tensão na situação mais desfavorável, que é
dada pela soma do valor da queda de tensão do troço calculada
anteriormente, tendo este o maior comprimento, com a queda de tensão na
coluna, assim:
VerificaU
VU
total
total
⇒≤⇒≤=∆
=+=∆
4,1858,7230*%858,7
58,708,05,7
Está verificada a condição de queda de tensão no caso mais desfavorável,
sendo este o de maior potência e mas não de comprimento.
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ANEXOS
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