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Wednesday, 20 April 2011

Como desenhar uma instalação eléctrica para um motor de indução (690V, 60Hz, 55kW, 56 A)?

O desenho da instalação depende dos padrões eléctricos a serem usados tais como; NFPA 70 ou NEC – National Electrical Code (EUA), IEEE (EUA), IEC (UE), SABS (Africa do Sul), BS ( Reino Unido), etc… Infelizmente, não existe uma norma eléctrica angolana. Contudo, vamos analisar o caso tendo em conta os padrões eléctricos Norte Americanos devido a frequência utilizada (60Hz).

Independentemente do padrão a ser usado, deve-se calcular o seguinte:

1 – Tamanho do conductor ou cabo eléctrico a ser usado;
1.1 – Secção transversal do conductor
1.2 – Queda de tensão ao longo do conductor
1.3 – Análise da capacidade de resistência do conductor à corrente de curto-circuito.

2 – Dimensionamento dos dispositivos de protecção eléctrica:
2.1 – Curto-circuito
2.2 – Sobrecarga

3 – Análise dos dispositivos e características de arranque:

Suponhamos que o seu motor será instalado a uma distância de 100 metros do quadro de distribuição.


1.1 – Secção transversal do conductor

O tamanho mínimo do conductor para esse motor, de acordo ao NFPA 70, article 430.22, tabela 310.16 será:

56 A x 1.25 = 70A . um conductor de tamanho 6AWG, ampacidade 75A à 90˚C foi o selecionado da tabela.

Note que o conductor ou cabo eléctrico deve suportar no minimo 125% da corrente total do motor.

Considerando um factor de correcção de temperature ambiental de 36-40˚C, o cabo foi redimensionado para 75x0.91 = 68.5 Amps. Por isso, o maior conductor seguinte de 4AWG / 16 mm² foi selecionado.


1.2 – Queda de tensão ao longo do conductor:

A queda de tensão pode ser calculada de acordo com IEEE 141, artigo 3.11.

Contudo, deve obter-se do fabricante o catálogo ou tabela de conductores a ser utilisado. De acordo com o catálogo de cabos da kukdong e um comprimento máximo de 100 metros:

Rc = 1.16Ω/km = 0.116 Ω; Xc = 0.119 Ω/km = 0.0119 Ω.

Assumindo um factor de potência Cosø = 0.9

Queda de tensão V (linha-neutral) = I(RcCosø + Xcsinø) = 6.14 V. Isto representa uma queda de tensão de 0.89% que é aceitável.

A queda de tensão V obtida atravéz desta formula é apenas para um conductor, um sentido, chamado de queda de tensão entre a linha e o neutro. A queda de tensão equivalente para o sistema trifásico é de 1.54% (x√3).

A queda de tensão ao longo do conductor deve ser inferior à 3%


1.3 – Análise da capacidade de resistência do conductor à corrente de curto-circuito.

Essa Análise deve ser feita tendo em conta a seguinte formula para os conductors de cobre:

(I²/A²) x t = 0.0297 log ((T2 + 234)/(T1 + 234))

Onde:

I = corrente de curto-circuito em amperes
A = área do conductor em circular mils
t = tempo de curto-circuito em segundos (para tempos menores ou igual a 10 segundos)
T1 = temperatura inicial do conductor em graus celsius.
T2 = temperatura final do conductor em graus celsius.

Para conductores de cobre com isolamento termoplástico, T2 = 250 and T1 = 90

Considerando uma reactância subtransiente Xd”= 0.17pu para o motor de indução; A corrente do rotor bloqueado/travado (LRA, sigla em inglês) é igual a 6 vezes a corrente total do motor ( FLC, sigla em inglês) - LRA = 6 x FLC

Portanto, a corrente de curto-circuito nas extremidades do motor pode ser assumida como 6 x FLC = 336 A. Contudo, esse valor dependerá sempre das características dos circuitos associados, da contribuição dos motores adjacentes a falha, da resistência dos conductors, impedância do transformador a montante, etc.

Uma vez obtido o valor da corrente de curto-circuito, calcula-se o valor da àrea do conductor em circular mils e compara-se com o tamanho selecionado acima. No caso da obtenção de um valor superior ao selecionado acima, o mesmo deve ser ajustado de maneira a suportar a corrente de curto-circuito.

2 – Dimensionamento dos dispositivos de protecção eléctrica:

A protecção do motor contra curto-circuito ou sobre-corrente é feita de acordo com NFPA 70; artigo 430.52 , tabela 430.52.

Os fusíveis com elementos duplos não devem ser dimensinados acima dos 175% FLC. Os disjuntores de tempo-inverso não devem ser dimensinados acima dos 250% FLC.

Contudo, se pensares em usar um fusivel, esse não deve exceder 56Ax1.75=98A. No caso de um disjuntor, não deverá exceeder 56Ax2.5=140A. Aconselha-se a verificar excepções a essa regra em caso de acionamento esporádico dos dispositivos de protecção eléctrica durante o arranque do motor.

Para motores de funcionamento continuo; a protecção contra sobrecarga não deve exceder os 125% FLC para motores com factor de serviço igual a 1.15 ou maior,com um aumento de temperatura de 40˚C ou inferior. Para os restantes motores não deverão exceder os 115% FLC.

3 – Análise dos dispositivos e características de arranque:

Os dispositivos de arranque a serem selecionados devem obedecer as características do motor, disjuntores, fusíveis e relés a serem usados. Deve obter do fabricante as curvas de arranque e performance do motor, tal como a curva do tempo vs corrente (TCC). Contudo, deve também considerar um dispositivo de arranque directo ( DOL - Direct-online starter) para os motores de indução.

Depois de selecionados os despositivos acima referidos, e as suas respectivas curvas de funcionamento; deve-se fazer uma análise do circuito integrado, usando um software do tipo ETAP, SKM ou algo similar caso tenha disponível. Essa análise serve para confirmar a funcionabilidade do desenho elaborado acima e fazer os ajustes necessários antes de se conectar e energizar o circuito.

Em resumo:

-Para selecionar os condutores ou cabos eléctricos deve ter em conta o tamanho mínimo não inferior a 125% FLC
-Para selecionar fusíveis ou disjuntores não deverá exceder 175% ou 250% FLC respectivamente. Para outros dispositivos ou motores consultar tabela 430.52
-Para os dispositivos de protecção contra sobrecargas não deverá exceder 125% FLC para motores com factor de serviço de 1.15 ou 115% FLC para os restantes motores
-Obtenha sempre que possível às curvas características dos elementos do circuito para uma melhor analise utilizando um software adequado.
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Luanda, Angola
Consultoria e Prestação Serviços powered by Emméry Macedo - Engenheiro Eletrotécnico, BTECH, BEST CUM LAUDE, pela Durban University of Technology (DUT), Galardoado pelo Institute of Professional Engineering Technologists (IPET), Bacharel em Ciências Matemáticas pela Faculdade de Ciências da Universidade Agostinho Neto de Angola, Professor de Matemática e Física pelo IMNE- Garcia Neto, Professor de Electrόnica de Potência da Universidade Metodista, membro do IET - Institution of Engineering and Technology MIET nº 91651226, membro da Ordem dos Engenheiros de Angola OEA nº 2924, com certificação em ETAP, SKM, HV Switching, SAEP, etc...

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