APOSTILA ELETROTECNICA-MOD03 1

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ELETROTÉCNICA

MÓDULO

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Grau T Mat�Didatico Folha de Rosto A4.indd

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27/12/2012

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TECNOLOGIA DAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS

FICHA TÉCNICA:

Preparação de Conteúdo: Professor Jairson Santos Formatação: Emanuel Alcântara Revisão Ortográfica e Gramatical: Professor José Ricardo Diniz Capas: Aporte Comunicação Editoração e Revisão Técnica/Final: Emanuel Alcântara Impressão e Diagramação: Bagaço

Rua das Ninfas, 243 Soledade – Recife/PE – Brasil CEP: 50.070-050 Telefone: (81) 3423-0389 – E-mail: www.grautecnico.com.br

Esse material é exclusivo para uso do aluno Grau Técnico. Para dúvidas ou sugestões, envie-nos um e-mail: [email protected]

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Módulo 3

SUMÁRIO Inglês Instrumental ......................................................................................................... 8 Segurança Aplicada a Eletrotécnica................................................................................ 42 Comando Elétrico ........................................................................................................... 89 Elementos de Automação .............................................................................................. 144 Acionamentos Elétricos Industriais ................................................................................ 232 Geração e Distribuição de Energia ................................................................................. 311 Instalações Elétricas em Média Tensão .......................................................................... 353 Proteção dos Sistemas Elétricos 2 .................................................................................. 393

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Módulo 3

INTRODUÇÃO O avanço tecnológico é inevitável. No mundo todo, ele vem quebrando fronteiras econômicas, sociais e culturais, trazendo consigo toda uma facilidade no acesso à informação, à liberdade de expressão e à inclusão social. Ao mesmo tempo, também se lida com certa desintegração dos valores humanos, com o consumo desenfreado, a marginalização social e a agressão ao meio ambiente.

É necessário despertar o ser humano para a importância do conhecimento técnico e suas consequências. Também é preciso conscientizá-lo para a solidariedade, o respeito a si mesmo e ao outro e o trabalho em equipe.

A atuação do Grau Técnico, portanto, é abrir caminho para oportunidades que beneficiem tanto o indivíduo, quanto o coletivo. É orientar para a realização profissional e inserção social, por meio de uma educação estimuladora e operadora de inovações na sociedade.

OBJETIVO DO CURSO O Curso de Técnico em Eletrotécnica propõe-se a desenvolver uma formação profissional por competências, habilidades e atitudes de modo que o aluno seja capaz de enfrentar e responder a situações problema de forma criativa e inovadora, com autonomia e ética, buscando a saúde, a qualidade de vida no trabalho, preservando o meio ambiente e respeitando a legislação vigente do país.

APROVEITE BEM O CURSO E TRANSFORME O CONHECIMENTO ADQUIRIDO NAS AULAS EM OPORTUNIDADES DE TRABALHO!

Atenciosamente,

Ruy Maurício Loureiro Porto Carreiro Filho Diretor Geral

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Módulo 3

TÉCNICO EM ELETROTÉCNICA - MÓDULO 3 Neste terceiro módulo do curso de Eletrotécnica, serão desenvolvidas as Habilidades e Competências descritas a seguir.

Competências:               

Conhecer a língua estrangeira moderna como instrumento de acesso a informações de natureza técnica e tecnológica; Conhecer a Norma específica para atuação em instalações e serviços com eletricidade; Conhecer características de construção, operação e funcionamento de dispositivos e elementos de comando dos motores de indução trifásico; Compreender as características técnicas de materiais, dispositivos, equipamentos e máquinas elétricas; Conhecer as características e aplicações de materiais e componentes utilizados nas em instalações e serviços com eletricidade; Conhecer as características e os métodos de utilização de instrumentos de registro e medição elétrica e interpretar dados coletados; Conhecer e avaliar os tipos, características e aplicação de máquinas equipamentos e ferramentas utilizadas nas em instalações e serviços com eletricidade; Conhecer os princípios de automação industrial; Construir argumentos identificação dos elementos de automação industrial; Conhecer as linguagens de programação usuais em plantas industriais; Conhecer o Sistema Elétrico de Potência (SEP); Construir argumentos para o confrontamento entre procedimentos, técnicas e tecnologias aplicadas na execução das instalações e serviços com eletricidade; Conhecer e comparar as técnicas de proteção dos sistemas elétricos em alta e média tensão; Conhecer características de operação de dispositivos, circuitos e sistemas digitais; Conhecer as características e aplicações de materiais e componentes utilizados nas instalações elétricas industriais.

Habilidades:      

Ler e interpretar catálogos, manuais, informações técnicas apresentados na língua estrangeira moderna; Propor soluções para sistematizar medidas de controle e análise de riscos elétricos; Executar a instalação de chaves de partida para acionamento dos motores elétricos; Utilizar os princípios de automação adequando-os a situações da planta industrial; Identificar componentes de um Sistema Elétrico de potencia; Executar montagens relacionadas às redes de distribuição de média tensão;

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                

Dimensionar proteção de equipamentos do Sistema Elétrico de Potência; Aplicar fundamentos da linguagem de programação para executar a parametrização dos CLP’s; Instalar e manter em funcionamento os equipamentos, dispositivos e máquinas componentes da planta industrial; Identificar e Compreender a escrita pertinente aos termos técnicos e expressões idiomáticas na língua estrangeira moderna; Definir métodos, levantamentos e análise de dados relativos aos acidentes em instalações e serviços com eletricidade; Sistematizar procedimentos de operações em instalações e serviços com eletricidade; Analisar condições técnicas, legais, econômicas e ambientais; Interpretar padrões, normas técnicas (ABNT, CELPE) e legislação pertinente as instalações e serviços com eletricidade; Elaborar projetos, layouts, desenhos e esquemas de instalações e serviços com eletricidade; Definir processos de execução em instalações e serviços com eletricidade; Analisar as condições de infra-estrutura e de alimentação dos sistemas elétricos de potencia; Desenvolver esquemas, diagramas, lay-outs para atendimento de situações requeridas nas instalações elétricas industriais; Analisar as principais questões e desafios do mundo do trabalho na sociedade; Dimensionar as equipes de trabalho em instalações e serviços com eletricidade; Interpretar padrões, normas técnicas e legislação pertinente ao sistema elétrico; Interpretar projetos, Layouts, desenhos e esquemas de linhas elétricas e das em instalações e serviços com eletricidade; Interpretar a legislação e as normas de saúde e segurança no trabalho, de qualidade e ambientais.

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Inglês Instrumental

O que é inglês instrumental? O inglês instrumental consiste, como a própria palavra denota, no treinamento instrumental dessa língua. É também conhecido como Inglês para Fins Específicos e tem como objetivo principal capacitar o aluno, num período relativamente curto, a ler e compreender o essencial para o desempenho de determinada atividade. Como funciona o inglês instrumental A metodologia do inglês instrumental tem como premissa básica levar o aluno a descobrir suas necessidades acadêmicas e profissionais dentro de um contexto autêntico, oriundo do mundo real. Portanto, o curso típico de inglês instrumental é elaborado a partir do levantamento de situações em que o conhecimento específico da língua inglesa permite ao aluno desempenhar melhor uma função linguística específica. No caso do funcionário que lida com clientes estrangeiros, para poder orientá-los devidamente, esse funcionário necessitará conhecer suficientemente ou o idioma nativo do cliente ou um terceiro idioma (geralmente uma língua franca de projeção mundial como o inglês ou o espanhol) que o cliente também fale. Com o conhecimento básico dessa língua e a prática do vocabulário específico, o funcionário poderá se comunicar e fazer um atendimento significantemente melhor do que se o mesmo não tivesse esse conhecimento linguístico. Profissionais que trabalham com relatórios, pareceres, manuais, artigos e textos em língua estrangeira aprendem estratégias para facilitar a leitura e compreensão, sem que seja necessária a tradução na íntegra. Pesquisas demonstram que o ensino de uma língua estrangeira orientada para o desenvolvimento de habilidades específicas tem apresentado excelentes resultados. Aumenta a motivação do aluno pelo rápido aprendizado, tornando- o auto-suficiente para o desempenho de suas funções e incentivando a buscar o seu próprio desenvolvimento e aperfeiçoamento. Falsos Cognatos (False Friends) Também chamados de falsos amigos, os falsos cognatos são palavras normalmente derivadas do latim, aparecendo em diferentes idiomas com ortografia semelhante, mas que ao longo dos tempos acabaram adquirindo significados diferentes. Essas palavras causam confusão nos estudantes de qualquer língua estrangeira, fazendo com que os mesmos façam analogias com palavras parecidas em língua portuguesa, induzindo ao erro. Mas não existe nenhum motivo real para se preocupar com os falsos cognatos. Eles correspondem a uma parcela mínima das palavras em inglês. Contudo, procure não acreditar em “fórmulas

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mágicas” para se aprender as palavras via cognatos. A seguir, uma tabela para facilitar o reconhecimento dos falsos cognatos. Exercises 1. Encontre os falsos cognatos no texto abaixo, destacando-os: A DAY AT WORK In the morning I attended a meeting between management and union representatives. The discussion was very comprehensive, covering topics like working hours, days off, retirement age, etc. Both sides were interested in an agreement and ready to compromise. The secretary recorded everything in the notes. Eventually, they decided to set a new meeting to sign the final draft of the agreement. Back at the office, a colleague of mine asked me if I had realized that the proposed agreement would be partially against the company policy not to accept workers that have already retired. I pretended to be really busy and late for an appointment, and left for the cafeteria. Actually, I didn’t want to discuss the matter at that particular moment because there were some strangers in the office. After lunch I attended a lecture given by the mayor, who is an expert in tax legislation and has a graduate degree in political science. He said his government intends to assist welfare programs and senior citizens, raise funds to improve college education and build a public library, and establish tougher limits on vehicle emissions because he assumes this is what the people expect from the government. Leia o seguinte diálogo e responda: One Brazilian and one American are meeting in a coffe shop. AMERICAN – Hello, my friend! BRAZILIAN – Good afternoon. AMERICAN – How are you, man? BRAZILIAN – I’m disgust with my girlfriend. AMERICAN – So what? Can you repeat? I don’t understand. Por que o americano não entendeu o que o brasileiro disse?

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Ambiguidade Lexical A ambiguidade lexical acontece quando uma palavra possui mais de um significado possível. Esses significados são todos contextuais, que variam de situação para situação. Não há como listar todas as ambiguidades lexicais, devendo o leitor estar muito atento a esse detalhe quando efetuar a leitura do texto escrito. Abaixo alguns exemplos dessa ambiguidade: INGLÊS Abstract Apology Balance Cancel Easy Observe Race General Save Spirits

Primeiro Significado Abstrato Apologia Balança Cancelar Fácil Observar Raça General Salvar Espírito

Segundo Significa Resumo Capaz de caminhar Equilíbrio Carimbar Em paz/confortável Celebrar Corrida Geral Economizar Bebida alcoólica

Exercises A) Assinale o significado correto das palavras em destaque nas sentenças: 1) I need to cancel your documents. ( ) cancelar ( ) carimbar 2) She is the principal of the school. ( ) diretora ( ) principal 3) His mark was terrible. ( ) marca ( ) nota 4) The operator (a) gave me the wrong number of the plant (b). a- ( ) operador ( ) telefonista b- ( ) planta ( ) fábrica 5) We are lost. We need a compass now. ( ) bússola ( ) compasso 6) He is the most famous bachelor of the party. 12

( ) bacharel ( ) solteirão 7) Do you know the capital (a) of China (b)? a- ( ) capital ( ) principal b- ( ) porcelana ( ) China 8) Brasilia is the capital of Brazil. ( ) capital ( ) maiúscula 9) I use capital letter to write my name. ( ) capital ( )maiúscula 10) I appreciate Chinese china. ( ) porcelana ( ) China 11) John collects caps. ( ) coleciona ( ) cobrou B) Dê os respectivos significados das palavras repetidas em cada segmento: 1) Mike is not married. He is a bachelor. He finished the college last year. Now, he is a bachelor in Biology. 2) We have a directory in order to look for the telephone numbers of the students. This directory is in the directory of the school. 3) The character of this film has a bad character. 4) You have to write the names of the capitals with capital letters. Técnicas de Leitura Até agora passamos apenas pela parte vocabular do inglês instrumental. Esse capítulo trata de algumas técnicas para uma leitura eficiente. Elas devem ser usadas em conjunto para que, assim, permitam uma compreensão geral do texto e facilite muito a busca de informações no mesmo. Instrumental Prediction Significa inferir o conteúdo de um texto através de seu conhecimento prévio sobre o tema (background); através do contexto semântico (palavras de um mesmo grupo, por exemplo: 13

hospital, nurse, doctor, ambulance); contexto lingüístico (pistas gramaticais); contexto nãolingüístico (gravuras, gráficos, tabelas, números, etc.); conhecimento sobre estrutura do texto (layout, título, subtítulo, divisão de parágrafos, etc.). Em geral se faz uma previsão do texto, sem necessariamente ter lido o mesmo, como você perceberá com o texto 1 e as instruções a seguir. Texto 1: MULTIPHASE INDUCTION MOTOR DRIVES – A TECHNOLOGY STATUS REVIEW E. Levi, R. Bojoi, F. Profumo, H.A. Toliyat and S. Williamson Abstract: The area of multiphase variable-speed motor drives in general and multiphase induction motor drives in particular has experienced a substantial growth since the beginning of this century. Research has been conducted worldwide and numerous interesting developments have been reported in the literature. An attempt is made to provide a detailed overview of the current state-of-the-art in this area. The elaborated aspects include advantages of multiphase induction machines, modelling of multiphase induction machines, basic vector control and direct torque control schemes and PWM control of multiphase voltage source inverters. The authors also provide a detailed survey of the control strategies for five-phase and asymmetrical six-phase induction motor drives, as well as an overview of the approaches to the design of fault tolerant strategies for post-fault drive operation, and a discussion of multiphase multi-motor drives with single inverter supply. Experimental results, collected from various multiphase induction motor drive laboratory rigs, are also included to facilitate the understanding of the drive operation. Exercises Sem ler, o que é possível ser dito acerca do texto 1?

Primeiramente, olhando a estrutura, temos um título grande, seguido, possivelmente pelo autor.

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Então, conseguem perceber como só observando o texto é possível extrair dele algumas informações que podem vir a ser úteis na sua leitura? De forma geral de que se trata o texto e quais são os seus autores?

TYPOGRAPHICAL EVIDENCES Um segundo passo importante é analisar a tipografia do texto, seus pontos e como as palavras estão dispostas. Também envolve palavras em negrito, itálico, sublinhadas e símbolos utilizados. É parecido com a técnica anterior, contudo, requer uma análise mais voltada a forma escrita. CHIP – protection by information CHIP refers to the Chemicals (Hazard Information and Packagingfor Supply) Regulations 2002. These are sometimes also known as CHIP3. Pelo exemplo acima, usando a evidência tipográfica, conseguimos ver que o nome maior se trata do título do texto, por estar com fonte diferenciada, maior e em negrito. Abaixo vem a explicação, uma vez que repete parte do que foi colocado no título acima e os parênteses ajudam a explicar alguma coisa relativa ao período. CHIP aparece em maiúscula, então possivelmente é importante para a compreensão do texto que seguir: DICTIONARY USE O uso de um dicionário ajuda muito na compreensão de um texto. Contudo, devemos evitar algumas coisas. Primeiro não se faz tradução literal, por não ser o nosso objetivo. Segundo, deve ser utilizado caso se desconheça totalmente a palavra e não se consiga usar as técnicas apresentadas acima, devendo contextualizar a palavra. Exemplo: “A fallacy is a kind of error in reasoning. The alphabetical list below contains 176 names of the most common fallacies, and it provides explanations and examples of each of them. Fallacies should not be persuasive, but they often are. Fallacies may be created unintentionally, or they may be created intentionally in order to deceive other people. The vast majority of the commonly identified fallacies involve arguments, although some involve explanations, or definitions, or other products of reasoning.” 15

Se fossemos, por exemplo, pesquisar a definição da palavra “be”, segundo o dicionário Michaelis, teria: be [bi:] v aux (ps was, pl were, pp been). 1 ser, existir, viver, ser realidade. it is mine, his / é meu, seu. it is my father’s / pertence a meu pai. she is everything to me / ela é tudo paramim. 2 ter lugar, acontecer, realizar-se. when is it to be? / quando será? 3 permanecer, ficar,continuar. 4 igualar, representar, significar. 5 estar, encontrar-se. to be at work / estar notrabalho. to be busy / estar ocupado. to be careful / ser cuidadoso. to be in a hurry / estarcom pressa. he is at the advanced group / ele é do grupo dos adiantados. 6 visitar. • interj be! seja! Excluindo algumas expressões, como saber o sentido correto dessa palavra? Lendo atentamente, com um pouco de calma, chega-se ao verbo “ser” e completa-se o sentido. Isso ressalta a importância do contexto em toda e qualquer leitura de inglês instrumental, pois é através dela, na maioria das vezes, que se chega ao significado de palavras que desconhecemos e que nos deixaria em dúvidas quando formos atrás dela no dicionário. Como usar um dicionário A primeira regra fundamental sobre o uso do dicionário na leitura é que ele deve ser usado esporadicamente. Na leitura tradicional, com texto impresso em papel, a consulta feita ao dicionário é extremamente obstrutiva. O leitor precisa interromper totalmente a leitura, mover-se para outro texto e iniciar outro tipo de leitura, geralmente precedida de uma busca em várias páginas, até achar a palavra que procura num verbete com maior ou menor grau de complexidade. Lido o verbete, faz a viagem de volta ao texto original, onde vai ter que se localizar novamente, provavelmente relendo partes do texto até o ponto onde ocorreu a interrupção. A consulta ao dicionário, portanto, só é aceita como último recurso, quando todas as demais estratégias de construção do sentido falhar. Existe também a questão do tipo de dicionário. Deixando de lado os dicionários especializados, como aqueles voltados para áreas específicas de conhecimento (dicionários estatísticos, filosóficos, etimológicos, ortográficos, regionais, de termos porto-alegrenses, etc.), têm basicamente quatro tipos: (1) dicionário monolíngüe, voltado para as necessidades dos falantes nativos, com ênfase nas palavras menos requentes ou acepções mais raras; (2) dicionário bilíngüe, com uma preocupação maior nas palavras mais freqüentes e expressões idiomáticas pelos problemas de polissemia que podem apresentar;

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(3) dicionário de aprendizagem, com inúmeros exemplos de uso da língua, e que servem tanto para atividades de leitura como de produção textual; e finalmente; (4) os dicionários mistos, que reúnem as características do bilíngüe e do dicionário de aprendizagem. Um exemplo deste último tipo é o Longman English Dictionary for Portuguese Speakers (Konder, 1983). Há dicionários que podem oferecer uma ajuda maior ou menor ao leitor de um texto em língua estrangeira. Um dicionário monolíngüe, feito para leitores nativos, provavelmente será menos útil do que um dicionário de aprendizagem, com inúmeros exemplos de uso. No caso específico da leitura em língua estrangeira, um dicionário bilíngüe de bolso, provavelmente será mais útil do que um dicionário monolíngüe de aprendizagem. Você pode notar que podemos encontrar: - A representação fonética das palavras - Abreviaturas - Significado das palavras - Classe gramatical das palavras Veja o exemplo seguinte e responda: 1. Qual é a representação fonética da palavra “look”? 2. Quantos significados ela pode ter como substantivo? E como verbo? 3. Qual é a primeira expressão mencionada? 4. Qual é o significado de “to look for”? Texto 2: CONTROL SYSTEM AND PURGING EFFECTS OF SINGLE PERSON OPERATED FUEL CELL VEHICLE WITH 1kW FUEL CELLS (micro FCV) Tsubasa Yamazaki, Yoshitaka Namekawa, Satoru Yamaguchi, Ryo Nakajima and Yoshihiko Takahashi Kanagawa Institute of Technology,Atsugi,Kanagawa,Japan 1. Introduction We have developed a single person operated small fuel cell vehicle which uses 1 kW fuel cells. The hydrogen used for the fuel cells is produced by a water electrolysis hydrogen generator using solar powered energy sources. The advantage of using solar powered energy 17

sources is that it produces power without requiring use of fossil fuels. This paper presents the measurements, the control system, and finally the experimental results of the purging effects of the fuel cells. Most of the observed increases in global average temperatures are very likely correlated with the rise in anthropogenic greenhouse gas concentrations in the Earth’s atmosphere. One of the primary contributors to the emission of these gases is fossil fuel combustion. Thereafter, a vehicle using the internal combustion engine must be replaced with more ecological system in order to reduce greenhouse gas (e.g., carbon dioxide) emissions. As a result, fuel cell electrical vehicles (FCV) are becoming one promising technologies for reducing the carbon dioxide emissions. Several large automobile enterprises and research institutes are developing fuel cell electrical vehicles [1-6]. As they are researching high powered fuel cells in the 100 kW class, the cost of these vehicles may be prohibitive for some consumers. It is essential, thereafter, to reduce the cost of fuel cell vehicles. The purpose of our research is to develop a low cost fuel cell vehicle using a low powered fuel cell. Taiwan University developed a small fuel cell scooter with two wheels [7]. The developed fuel cell scooter is permitted to run on a public roads despite its use of a small fuel cell in the 2 kW class. Our aim is to develop a small fuel cell vehicle using four wheels which will be permitted to operate on a public road. We have already developed fuel cell vehicles for Japanese light weight electrical vehicle competitions. The designed systems were single person operated vehicles with fuel cells of rated power 200 W [8] and 20 W [9, 10]. We have been also developing a hybrid wheelchair which utilizes a photovoltaic and a fuel cell [11-13]. We have now started to develop a micro car class fuel cell vehicle which will use a 1 kW fuel cell (named the micro FCV). The micro FCV is a single person ride vehicle which will be permitted to operate on a public road. The micro FCV uses a fuel cell when operating a flat road at constant speed, however uses a battery when it accelerates or climbs a steep slope. We have improved a purchased micro car class electrical vehicle to develop our micro FCV. This paper will explain the control system designs and the experimental results of the purging effects of the developed small single person operated fuel cell vehicle.

Fig. 1: Photographs of developed micro FCV

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Texto 3: ARTIFICIAL NEURAL NETWORK APPLIED TO DAILY UV SOLARRADIATION ESTIMATED IN PERNAMBUCO Sérgio da S. Leal 1 , Chigueru Tiba 2* and Ruben Piacentini3 1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco (IFPE), Recife, Brazil 2 Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Recife, Brazil 3 Instituto de Física Rosário - Universidad Nacional de Rosário (CONICET),Rosário, Argentina * Corresponding author: [email protected] Abstract UV solar radiation is not routinely measured at meteorological stations in Brazil. For this reason, different statistical models were developed for thedaily estimation of UV solar radiation from daily global radiation extending this UV information to other environments with similar climatic characteristics and with available global radiationdata. In this paper, the daily UV solar radiation estimate was obtained from a fraction of UV radiation (FUV) and from the ultraviolet clarity index (KTUV) through artificial neural network (ANN). A network (ANN1) was built for the (FUV) estimation considering the daily global clearness index as a physical variable. A second network (ANN2) was developed for the (KTUV) estimation through the air mass at noon and . These models were compared with two statistical models developed previously by the authors. The first was based on a polynomial correlation where the fraction is a function of the daily global clearness index ; and the second was a multiple regression model where the daily ultraviolet clearness index is a function of and the air mass . The ANN model presented similar statistical performance compared to the statistical models: for the city of Pesqueira the RMSE% was 4.6% (ANN1) and 3.8% (ANN2) and for the city of Araripina, 3.7% (ANN1) and 3.2% (ANN2). Key Words: Artificial Neural Network, daily UV irradiation, statistical model, clearness index. Introduction The ultraviolet solar radiation (UV) that reaches the Earth’s surface is usually subdivided into UVB (280-320 nm) and UVA (320-400nm). A detailed knowledge of such radiation is very important due to the effects produced by biological systems and materials exposed to the sun.In the first case, human health was considered (skin cancer and cataracts). Then, there are the vegetables, the aquatic ecosystem and biochemical cycles (UNEP, 2007). 19

In the second case, plastic, paint and wooden materials were considered and which effects can be a simple discoloration up to total degradation of its mechanical properties. (ANDRADY et. al., 1998).

Extensive bibliographical researches have shown that information regarding UV (UVA + UVB) solar radiation in Brazil and throughout the world is very scarce and its spatial and temporal coverage are very reduced (BARBERO et. al., 2006; ESCOBEDO et. al., 2007; CAÑADA et. al., 2008). Due to this fact, models for estimating UV solar radiation from global radiation were developed extending this UV information to other environments with similar climatic characteristics and with available global radiation data. For this reason, (UVA + UVB) ultraviolet radiation and global radiation were simultaneously collected in the period from 2008 to2009 in two measurement stations in the state of Pernambuco – Brazil. One of them is located in the IFPE (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco) in the city of Pesqueira,located 214 km from the capital of the state of Pernambuco, Recife, and the other in the city of Araripina, located 690 km also from Recife. Texto 4: LOW TEMPERATURE SOLAR POWER PLANT CONNECTED TO A SMART GRID Didier Haillot, Lucas Poupin, Pierre Urrutti, Christian Lenôtre* and Michel Wohrer Sophia Antipolis Energie Développement (SAED), Valbonne (France). Abstract In the context of the PREMIO project, first French smart grid, Sophia Antipolis Energie Développement (SAED) has designed and built a particularly innovative low temperature solar power plant (between 80 and 130°C). The solar collector field is connected to a 5 kWe Organic Rankine Cycle (ORC) turbine as well as to a sensible heat water storage device of 150 kWhth capacity Control system is connected to the PREMIO smart grid, providing energy when needed, even in a lack of solar energy thanks to the water storage device. The low temperature solar plant designed by SAED is operational since November 2010. The major technical data and first experimental results of this technology, in the PREMIO project, will be presented in this communication. Introduction, state of the art Three thermodynamic solar technologies are currently available commercially or in advanced stages of development. They are distinguished primarily by their solar collector devices:

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• Linear concentrator technology uses parabolic trough or Fresnel mirrors to concentrate the solar flux on a focal line. A heat transfer fluid (oil or water / steam) flowing through a tube placed at this focal length and is conveyed to a device for converting heat / electricity from one or more turbines. • Solar tower technology uses a tracking field of mirrors on two axes (heliostats) to concentrate the radiation at the top of a tower. Receiver allows the conversion of solar flux into heat energy, transferred to a medium (molten salt, steam, air) or directly to the working fluid of the thermodynamic cycle (air). • Dish Stirling technology uses a parabola that follows the sun on two axes and concentrate the direct radiation onto a receiver at a focal point and serves as a heat source Stirling engine. These technologies work by concentrating the solar flux and then use the direct sunlight. They are referred to as CSP for "Concentrated Solar Power." CSP principal characteristics are summarized in table 1. Tab. 1: CSP technology characteristics [Nepveu F., 2009]Linear Tower Dish stirling Working temperature 270-450°C 450-1000°C 600-1200°C Power plant size 80-300 MWe 10-100 MWe 1-200 kWe Unlike photovoltaic systems, some of the thermodynamic solar technologies offer the ability to insert a storage form of heat. It is also possible to use hybridization with fossil fuel or biomass. Thermodynamic plants are thus able to overcome the intermittent nature of solar resource. Thermal energy storage technology for temperature ranges of the CSP, are primarily based on the use of molten salts containing nitrates [Herrmann et al. 2004]. These storage techniques led to difficult economic balances (the storage is 15 to 20% of the investment of a plant and use of these material lead to a problem of competition with other use in industrial and agricultural sectors). When the heat transfer fluid is water / steam, storage in the form of steam can be considered. Storage tanks must then withstand very high pressures (above 100 bar), resulting in an important cost of the tank [Eck and Steinmann, 2006]. The limitations of this type of storage results in a corresponding dimensioning of the stock over the fluctuations of the solar flux (cloudy) more than as a real temporal phase shift of production (day / night). Another approach is to use solid media such as concrete high temperature [Laing et al. 2006]. This technology is "simple" and inexpensive but has a limited life time (approximately 10 years), the aging of the concrete causing cracking reducing the capacity charge and discharge energy. In addition, it requires the insertion of large quantity of metal in order to overcome the low conductivity of the material storage. Currently, upstream researches are currently underway to develop alternative storage devices, based on vitrified asbestos [Py et al., 2009]. In addition to the technologies presented above, SAED has developed its own solar power technology which the operating principle is based on low temperatures (between 80 and 130 ° C) to facilitate the establishment of a thermal storage. Solar thermal technology at a low temperature is to our knowledge not yet available on the market worldwide. It also 21

appears that SAED is the only company to have now developed this concept, which puts it in a position to pioneer this technology worldwide. After a small description of the PREMIO project, the advantages of this technology compared to the CSP and the initial experimental results of the first prototype of the technology involved in PREMIO is presented in the remainder of this paper. Texto 5: SOLAR THERMAL POWER GENERATION Ahmet Lokurlu1, Karim Saidi1 and Christian Gunkel1 1 SOLITEM Group, Aachen, Germany 1. Introduction Concentrating Solar Power (CSP) commonly is known to be used in huge, large-scale power plants, operating the solar thermal cycle at high temperatures to drive a turbine with the electrical output of the generator in the Megawatt range. The Parabolic Trough Collectors (PTCs) are large mirrors to be installed in long collector rows and with many rows in one collector field onto the ground. Using areas with good solar irradiation values e.g. in North Africa, a significant contribution to the electricity generation can be achieved. Additionally to this concept, the SOLITEM light-weight PTCs, which are suitable for roof integration and already in operation for highly efficient solar cooling and steam generation, are used in a new concept for the local trigeneration: On Cyprus, the first Trigeneration Plant connected to concentrating PTCs, to be able to supply cooling, heating and electricity in one solar thermal plant and at the same time, has been set into operation. Further R+D works are spent into the integration of solar seawater desalination. Once tested successfully, solar thermal energy will be able to cover all kinds of energies required and potable water. The new solar thermal energy concept will be used to increase the share of renewables even more than planned before. As a novelty for Turkey, also the operation of a Solar Power plant with 10 MW electrical power output is planned to be installed in the South-East of Turkey. Turkey offers nearly similar boundary conditions as Spain, where the first Concentrating Solar Power Plants in Europe have been setup into operation. The solar irradiation in the South of Turkey also is excellent to operate CSP.

2. Solar Trigeneration Parabolic Trough Collectors operated at about 180 °C can be used, as already done, for double-stage absorption cooling or steam generation, and the solar thermal energy can be used in an Organic Rankine Cycle (ORC) for the direct generation of electricity. Combining all applications in a trigeneration plant, the customer can benefit to use all required kinds if 22

energy from one solar thermal plant, and at the same time, which is world-wide novelty. Additionally, as the trigeneration plant is operated automatically, the operation mode can be set in that way to generate that kind of energy that is most expensive at the given time, to optimize the economics of the plant.

Fig. 1: The SOLTRIGEN Collector Field with SOLITEM PTC 1800 collectors The first solar trigeneration plant is the SOLTRIGEN project, installed on Cyprus with an ORC engine with 15 up to 25 kW electrical power output. The plant has been set to operation, firstly to test the solar operation of the ORC process. The solar cooling components, a backup boiler, the optimizing of the single functional groups and the combined trigeneration process and the optimization of the economical operation, generating the best savings on conventional energies at a given time, are further steps. The boundary conditions on Cyprus are excellent, as both the site shows very good values for the direct irradiation, and the conventional energies are expensive, as the island shows a strong dependency on the imports of fossil fuels. The SOLTRIGEN plant includes the SOLITEM Online Monitoring System and operation control. In the future, several local trigeneration plants in different sizes can be operated in coordination, to cut the peaks of the electrical compression cooling, of the demand of electricity, and to integrate solar thermal energy in different ways into the existing energy supply structure. Here an Overall Energy Management System will be necessary. The economy of scale, also concerning the ORC process, will be another task for the future. The type of Parabolic Trough Collector and the size of the collector field as well as the single functional groups can be adapted to the given conditions very exactly. Generally, the higher the capacity of a solar thermal plant is sized, the better the economics are given. With 23

amortization times below 9 years already today, at the expected increase of the costs for conventional energies, the economics will be even improved. The solar trigeneration reduces the energy supply of electricity from conventional energy sources both with solar cooling, to save electricity for compression cooling, and with the direct electricity generation. For this, besides the commonly used technologies such as hydro, wind or Photovoltaics, a new possibility to integrate renewable electricity into the energy supply structure is opened. Texto 6: SOLAR SCULPTURE OF THIN-FILM AMORPHOUS SILICON A GRID-CONNECTED SYSTEM Elielza M. de S. Barbosa1, James E. F. Alves1 , Roberto Montezuma2 Rinaldo O. Melo1, Olga de Castro Vivela1 and Chigueru Tiba1. Federal University of Pernanbuco- Group of Research on Alternative Sources of Energy1 Federal University of Pernanbuco- Department of Architecture2 Av. Prof. Luiz Freira, 1000 50-740-540 CDU Recife, Brazil [email protected] 1. Introduction Grid-connected Photovoltaic Systems have become a more viable option for de-centralised electrical generation, as demonstrated by proven high levels of growth, especially in the last five years: average annual rates of 60% in the five years from 2004 to 2009, and an increase of 53% in 2009 with 21 GW gridconnected PV installations, a six-fold increase in amounts since the end of 2004. This data does not include high-capacity systems (utility scale, capacity ≥200kWp), whose indices are around 102% and 44% for the aforementioned period. The current total of worldwide production is 24 GW of photovoltaic, of which 10.7 GW were produced in 2009, resulting in an annual increase of 55% from 2008 (6.9 GW), REN21, (2010). The binomial cost versus demand was a determining factor in this growth, based on various kinds of incentives. The cost of photovoltaic is somewhere in the US$1–$5/Wp range, depending on the quantity and type of technology of the cell. Crystalline silicon (mono or poly) cells are still the most predominant, however sales of thin-film cells increased by 14% in 2008 and 19% in 2009. In terms of panels, from 16 to 22%, REN21 (2010). In Brazil, the application of grid-connected PV systems is more present due to the diversity of the systems’ installation locations than the still fairly-limited installed capacity. Various factors have been contributing to this scenario, mainly the high cost of photovoltaic (US$12–$15/Wp installed) on the national market, the lack of incentives and guidelines and legislation concerning the generation of solar electricity. On the other hand, countless projects are being developed with grid-connected PV systems, usually with a capacity of under 5kWp, with installation and analysis in almost every state in the country. With the systematic monitoring of these systems, the operational details can be defined, paving the way for the development of simulation models for medium-capacity systems and analysis of the potential for different locations, Barbosa, (2009) and Barbosa et al., (2010), along with 24

aiding in the generation of guidelines, norms and legislation. In 2011, certain changes were announced, such as the publication of the first norms permitting the participation of distributed solar generation in the official energy market1, and the first commercial solarpower plant beginning operations in Latin America, the Tauá Solar Photovoltaic Power2, with 1 MW from 4,689 panels over an area of 12,000 m2 in the state of Ceará, in Northeast Brazil. This work presents the Campus Solar Sculpture, a grid-connected PV system installed in the Campus of the Federal University of Pernambuco (UFPE) and the results of its performance for the first 12 months of operation. The sculpture is presented in the format of trunk of inverted pyramid made from steel and aluminum and its upper base is the PV generator (3 kWp) of thin-film amorphous Silicon cells. In this paper, two points deserve highlighting: firstly, the use of thin-film (Si-a) cells which, until now, have not been studied under Recife’s climactic conditions: humid heat with an air temperature between 23 and 30oC, 60 – 80% relative humidity and average annual solar radiation level of around 5.5 kWh/m2.d, Tiba et al.,(2000) and with about 30% diffusion radiation; secondly, the innovation of the structural architecture of 1 MME- PORTARIA No 320 (20/05/2010) 2 www. mpx.com.br the system which provided a multidisciplinary exchange between engineering and architecture, allowing for the diffusion of the potential for grid-connected PV systems in the area of building designers. Thin-film cells are extremely attractive in the architecture field, especially when there is the need for larger areas, and they work better with diffused light than traditional crystalline cells. The results obtained are expressed as daily, monthly and annual averages for the evaluation parameters: production of useful energy, system and equipment (PV generator and inverter) efficiencies and the global performance. 2. Methodology and installation The photovoltaic systems installed by FAE Group are products of research, development and technological diffusion projects. In this specific case, the opportunity for the system, aside from producing energy, to also be an artistic object meant that its location needed to be a space open to visitors. The chosen site was the central garden of the Federal University of Pernambuco’s Campus, where the solar sculpture was installed. The availability of space and solar cells defined the dimensions of the upper base of the sculpture, which together with its inclination, corresponding with the annual maximization of energy collection, determined the dimensions of the steel structure to support the sculpture. Owing to its location within the city of Recife at 8º 04’03” Latitude South and Longitude West 34º 55’00”, the system was aligned towards Geographic North with an inclination (β) of 22o in relation to the horizon, Fig. 1.

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Fig. 1: Campus system - a)Front view, facing Geographic North, inclination (β=220); b) view looking South (without the box); c) the glass box in the sculpture interior; d) equipments in the box: inverter, data acquisition, and control instruments

Texto 7: Renewable Energy What is it A clean way to generate power Renewable energy is generated using natural resources that are inexhaustible. This type of energy is considered clean because it does not produce greenhouse gases (GHG). Renewable sources for generating energy are the sun, the wind, water currents (rivers, oceans), organic matter (provided it is used in a sustainable way) and heat stored in the earth (geothermal energy).

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These are all renewable, environmentally safe sources that can generate clean energy and could therefore help Brazil’s energy grid become one of the cleanest in the world. A market that grows together with the awareness that a change in attitude is needed Commercial relationships in the current model of Brazil’s electricity sector were established in 2004 based on two negotiation frameworks: the regulated contracting environment (known as ACR, for Ambiente de Contatação Regulada) and the free contracting environment (or ACL,Ambiente de Contratação Livre). In the regulated contracting environment, distributors must purchase electricity through auctions. These auctions are conducted by the Chamber of Electrical Energy Commercialization (CCEE) under the authority of the Brazilian regulatory agency (Aneel), and use the criteria of the lowest price to reduce the electricity purchase cost that is passed on to captive consumers. In the free contracting environment, energy generators and traders are free to negotiate the energy purchase with consumers, establishing supply volumes, prices and terms. Free Contracting Environment All consumers of more than 3 MW who are connected to voltage greater than 69 kV may become free consumers and negotiate their energy supply contracts directly with generators and wholesalers, provided that they observe the rule of contracting 100% of their needs. Special consumers (0.5MW to 3 MW) can also negotiate under the free contracting environment and only buy energy generated under the incentive program, such as from small hydroelectric, biomass, wind and solar power plants. Today, there are approximately 1300 free consumers, special consumers and self-producers registered with the Chamber of Electrical Energy Commercialization (CCEE), which 27

corresponds to approximately 27% of the total consumption of the National Interconnected System (SIN).

Free market share (in average MW) regarding captive consumers

Regulated Contracting Environment In this environment, energy is traded in auctions by distributors to meet the demand of captive consumers. “Captive” consumers are those with a demand up to 3 MW (excluding special consumers, as explained above) or those with consumption greater than 3MW who have not chosen the free contracting environment. Types of auction There are two types of regulated auction for the purchase of energy by distributors: existing energy auctions, for renewing contracts, and new energy auctions, for contracting new plants. 28

There are also special renewable energy auctions (biomass, small hydroelectric, solar and wind power). These auctions, as well as reserve energy auctions, are conducted once a year by Aneel and CCEE in order to improve the safety and the reliability of the country’s electricity supply. Existing energy auctions Existing energy auctions complement new energy contracts to cover 100% of the distributors’ electricity demand. The aim is to periodically renew existing energy contracts by conducting annual auctions for contracts with five to 15-year contracts. Energy supply starts the year following the auction, so this type of auction is called A-1 (A stands for “ano” or year in Portuguese). Adjustment auctions are included here, with supply contract terms of up to two years and supply of up to 1% of the total amount contracted by each distribution agent. Adjustment auctions are designed to complement the demand of the distributors’ market caused by natural deviations to the forecasts made for the other auctions. Alternative sources auctions In addition to existing energy auctions, the Ministry of Mines and Energy (MME) may occasionally organize specific auctions to contract energy from alternative sources (biomass, small hydroelectric, wind, solar power). This type of auction is designed to meet the demands of the growing regulated market and increase the participation of renewable sources in Brazil’s energy grid. These are long-term, 10 to 30 year contracts, and the auction process is the same as for A-3 and A-5 auctions. The first alternative sources auction was held in June 2007. Reserve energy auctions Reserve energy for the National Interconnected System is contracted to improve the safety and the reliability of the country’s electricity supply. It includes both existing and new ventures. Contract terms are usually 15 to 20 years. At the first three reserve energy auctions conducted by the Federal government, approximately 1746 average MW were contracted for Brazil’s power grid.

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New energy auctions New energy auctions were created to give new ventures a chance to compete, since they cannot compete with existing ventures, whose investments have already been repaid and therefore can offer lower prices. Auctions take place once a year and the resulting contracts have three to 15-year terms. Every year, two types of new energy auction are held: Main Auction (A-5): offers bilateral contracts for new capacity, with 15 and 30-year terms, and the energy contracted starts being supplied five years after the auction. Main Auction (A-3): also offers bilateral contracts for new capacity, with 15 and 30-year terms. In this case, the plants must start operating three years after the auction. The idea is to complement the A-5 auction held two years before; thereby correcting deviations caused by uncertainty in the demand trajectory. Good winds have brought us here Our search for the best wind conditions has brought us to Brazil’s Northeast region, more specifically to the states of Ceará and Rio Grande do Norte. Queiroz Galvão Energias Renováveis’s first projects are located in these two Brazilian regions, which have remarkable wind potential. CEARÁ Our wind farms in Ceará are already under construction and will have an installed capacity of 197.4 MW. They are:   

Taíba Wind Power Complex, in the municipality of São Gonçalo do Amarante, with 27 wind turbines and installed capacity of 56.7 MW. Icaraí Wind Power Complex, in the municipality of Amontada, with 31 wind turbines and installed capacity of 65.1 MW. Amontada Wind Power Complex, in the municipality of Amontada, with 28 wind turbines and installed capacity of 75.6 MW.

RIO GRANDE DO NORTE In the next stage of our expansion, turbines producing 146 MW will be installed in the municipality of Ceará-Mirim. Work on this project, called Riachão Complex, started in 2013.

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PIAUÍ The fourth and fifth phases will take place in Piauí, in Chapada do Araripe, about 400 km from the capital of the state, Teresina. Each phase will have an installed capacity of 207.9 MW, with a total of 154 wind turbines, each producing 2.7 MW.

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Stages in setting up a wind turbine tower This process requires quite complex logistics and engineering. A well-designed project and a highly competent and engaged team are essential for its success. The bottom part of a concrete wind turbine tower alone weighs 80 tons. Considering that a popular car weighs 1 ton, this weight equals that of 80 cars.

First of a total of 30 pieces of a wind turbine tower To assemble a 100-meter high wind turbine tower, 30 different pieces, each weighing 14 to 80 tons, are placed on top of each other. The tower’s total weight is 1200 tons, the same as 1200 cars piled up.

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And the complexity of the process does not end here. The last pieces of a wind turbine tower weigh 14 to 20 tons, and when the wind reaches 15 meters per second (54 km/hour), it becomes impossible to place the parts with the necessary precision and safety. The solution then is to work when the wind is lighter, which is usually at night.

Working at night, when the wind is The towers can only be assembled when wind speeds lighter are below 10 meters/second One by one, the challenges are overcome and the result is achieved: the towers are assembled, ready to receive the turbines and blades.

100-meter assembled wind turbine towers 33

Teamwork + competence + engagement = results Assembly of the first nacelle, blades and rotor at the Icaraí de Amontada – Ceará wind farm Queiroz Galvão Energias Renováveis (QGER) has built its first wind turbine. The construction, completed on 10 August 2013, was an important milestone in the consolidation of QGER as an agent in the Brazilian renewable energy generation market. See the whole assembly process in the photos below.

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Lifting and positioning the nacelle (wind turbine)

Lifting and positioning the blades

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Positioning the Crane

Assembled wind turbine

Assembling the blades Just as we look for times with lighter winds to assemble the towers, the remaining equipment also requires extremely safe conditions to be assembled. Therefore, once again this process usually takes place late at night, when, in the region of Icaraí de Amontada, Ceará, the wind is not so strong. The wind turbine rotor consists of three blades and a hub (the part that connects the three blades). Each blade weighs 13 tons and the hub weighs eight tons, so the set of three blades and one hub weighs 47 tons. Each blade is nearly 50 meters long, which means the assembled rotor is around 100 meters in width. Operations can only start after the wind has been blowing for at least 30 minutes without gusts and below the critical speed of 12 meters per second. These parameters are crucial to ensure the total safety of the work. The figures above are important to give us an idea of the complexity of the operation. To further illustrate this, the photos below show the assembly operation at a Queiroz Galvão Energias Renováveis wind farm.

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Anchored blade

Starting to lift the 47-ton equipment 37

Overview with all required equipment

The rotor is lifted to 100 meters 38

This is Queiroz Galvão Energias Renováveis, operating in accordance with its social responsibilities, values and employee engagement to build a better world. Anotações:

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Anotações

Segurança Aplicada a Eletrotécnica

INTRODUÇÃO: A energia elétrica está presente em todos os setores da vida moderna. É a forma de energia mais empregada no mundo e é utilizada para a execução de trabalhos em: 1. Linhas de Produção de fábricas:

2. Movimento e transporte de mercadoria:

3. No Comércio:

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4. No uso de máquinas e ferramentas:

5. Nas residências:

Não só na sua ultima etapa (utilização) a energia elétrica está disponível e envolvendo o nosso dia a dia, mas também nas etapas de geração, transmissão e distribuição.

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Não é fácil iniciarmos um curso de Segurança em eletricidade com essa triste constatação. ELETRICIDADE É ESSENCIAL Á VIDA, MAS ELETRICIDADE MATA!!!

Todos, trabalhadores ou usuários da eletricidade, estamos expostos aos riscos da eletricidade, em casa, na rua e principalmente no ambiente de trabalho. Nosso estudo estará dividido da seguinte maneira: 1. Riscos em Instalações e serviços com eletricidade (elétricos e adicionais); 2. Medidas de controle de riscos elétricos; 3. Técnicas de análise de riscos; 4. A NR-10 - Qualificação; Habilitação; Capacitação e Autorização; 5. Responsabilidades na NR-10; 6. Primeiros Socorros, Proteção e Combate a incêndios;

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RISCOS EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS COM ELETRICIDADE (ELÉTRICOS E ADICIONAIS); Cresce número de acidentes por choque elétrico Revista o Setor Elétrico – Edição 68 / Setembro de 2011 – Por Flávia Lima AbraCopel divulga estatística de acidentes com eletricidade parcial de 2011 e anuncia novos projetos para o próximo ano. Em um encontro que reuniu colaboradores, parceiros, empresas da área elétrica e imprensa especializada, a Associação Brasileira de Conscientização para os Perigos da Eletricidade (Abracopel) apresentou os números parciais dos acidentes ocorridos no país envolvendo eletricidade e anunciou as novidades para 2012. Chamou a atenção o número de acidentes por choque elétrico seguidos de morte registrados na internet no período de janeiro a agosto de 2011. Foi 209 casos, o mesmo número contabilizado durante o ano inteiro de 2010. E a quantidade de incêndios causados por curto-circuito também é preocupante: 143 ocorrências, com a contabilização de 13 mortes. Em 2010, foram divulgados na internet 210 incêndios provocados pelo mesmo motivo. De acordo com o levantamento – baseado nas notícias capturadas pelo sistema de busca Google –, 64% dos acidentes com choque elétrico ocorrem na rede aérea e, destes, 81% acometem os usuários da rede e apenas 11% atingem os eletricistas. Veja os gráficos.

Para o diretor-executivo da Abracopel, Edson Martinho, os números mostram apenas um retrato de uma realidade ainda mais trágica, considerando que nem todos os acidentes são divulgados. “Estimamos que esses números coletados na internet sejam pelo menos cinco vezes maiores”, [g1] prevê. O presidente da entidade, Gilberto Alvarenga, aproveitou a ocasião para fazer uma retrospectiva das realizações da Abracopel. Segundo ele, foram realizados, em

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toda a história da entidade (sete anos), 280 encontros em prol da segurança na eletricidade, entre palestras, seminários, workshops e outros eventos promovidos em todo o País. A entidade calcula que o público atendido tenha ultrapassado 11 mil profissionais. Em 2011, já participaram dos encontros da associação 1.738 profissionais e ainda deverão ser realizados, até o fim do ano, mais 16 eventos em cinco estados diferentes. Também foram divulgados os projetos para 2012, elaborados com o objetivo de serem ferramentas de conscientização, por meio da informação e formação de profissionais, para toda a população quanto aos perigos do mau uso da eletricidade. Entre os programas idealizados, estão um concurso de redação sobre eletricidade segura para estudantes de 6 a 14 anos, e o desafio do eletricista, uma competição que deverá testar o conhecimento desses profissionais. O texto EXTRAÍDO DA Revista – O Setor Elétrico não apenas nos fornece dados sobre as estatísticas dos acidentes com eletricidade, mas também traz alguns riscos em instalações e serviços com eletricidade. São: 1. O CHOQUE ELÉTRICO – é o efeito produzido pela passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. O choque elétrico ocasionado por eletricidade (choque elétrico) é caracterizado pelo estímulo rápido e acidental do sistema nervoso, pela circulação da corrente elétrica através do corpo humano. O que determina a gravidade do choque elétrico é a intensidade e o caminho percorrido pela corrente elétrica no corpo humano. O de maior gravidade é aqueles em que a corrente elétrica passa pelo coração. O Corpo Humano é um grande Condutor de Eletricidade e, portanto, apresenta uma resistência elétrica que pode variar de pessoa para pessoa e também das condições de isolação do corpo. Estima-se que a resistência ôhmica do corpo humano seja de 1300 ohms, em situação de mãos úmidas. “Uma pessoa suporta a passagem de corrente pelo corpo com efeitos fisiológicos geralmente não danosos, durante um curto período de tempo (menor que 200 ms), para uma corrente de até 30 mA”. Aplicando a lei de ohm, concluímos que uma tensão elétrica máxima que podemos considerar suportável seja:

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V = RxI V = 39 V “Portanto, podemos considerar, tensões superiores à 39 V como perigosas”

O quadro abaixo traz algumas reações do corpo em função da intensidade da corrente elétrica. FAIXA DE CORRENTE Reações Fisiológicas Habituais Leve percepção superficial; habitualmente De 0,1 a 0,5 mA nenhum efeito Ligeira paralisia nos músculos do braço com 0,5 a 10 mA início de tetanização; habitualmente nenhum efeito perigoso. Nenhum efeito perigoso se houver a 10 a 30 mA interrupção em, no máximo, 200 ms Paralisia extendida aos músculos do tórax, com sensação de falta de ar e tontura; possibilidade 30 a 500 mA de fibrilação ventricular se a passagem da corrente se manifestar na fase crítica do ciclo cardiaco e por tempo superior a 200 ms Traumas cardíacos persistentes; nesse caso o efeito é letal, salvo intervenção imediata de Acima de 500 mA pessoal especializado e com equipamento adequado. Mas o choque elétrico depende também de outros fatores tais como: • • • • • •

Intensidade da Corrente Elétrica Tempo de Duração Percurso da Corrente Natureza da corrente elétrica Condições Orgânicas do Indivíduo Freqüência

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O FATOR TEMPO DE DURAÇÃO: Quanto maior for o tempo de exposição à corrente elétrica, maior será seu efeito danoso no organismo. O QUADRO ABAIXO MOSTRA A RELAÇÃO TEMPO X CORRENTE

Fibrilação Possível (50%)

Nenhum

Fibrilação

Risco de Fibrilação

> (50%)

Nenhuma

Nenhum

Reação

Efeito Pato-Fisiológico Perigoso

O PERCURSO DA CORRENTE: Não há risco de vida; poderá, no entanto, sofrer queimaduras ou perda dos dedos.

PERCURSO 1

Dependendo do valor da corrente produzirá asfixia e fibrilação ventricular, ocasionando uma parada cardíaca

PERCURSO 2

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Dependendo da intensidade da corrente produzirá asfixia e fibrilação ventricular, e em conseqüência ocasionará, parada cardíaca.

PERCURSO 3

O indivíduo Sentirá perturbações dos órgãos abdominais e os músculos sofrerão alterações.

PERCURSO 4

PORCETAGEM DA CORRENTE QUE PASSA PELO CORAÇÃO

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NATUREZA DA CORRENTE ELÉTRICA

CONDIÇÕES ORGÂNICAS DOS INDIVÍDUOS Pessoas com problemas:  Cardíacos;  Respiratórios;  Mentais;  Deficiência alimentar, etc. Também idosos e crianças estão mais propensos a sofrer com maior intensidade os efeitos do choque elétrico. FREQUÊNCIA Nas altas frequências os efeitos da corrente elétrica são menores do que nas baixas freqüências.

Segundo Cadick(2000) este efeito esta relacionado ao crescimento do efeito capacitivo

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FENÔMENOS PATOLÓGICOS CRÍTICOS DO CHOQUES ELÉTRICOS TETANIZAÇÃO: É a paralisia muscular provocada pela circulação de corrente através dos tecidos nervosos que controlam os músculos.

PARADA RESPIRATÓRIA: Ocorre quando estão envolvidos na tetanização os músculos peitorais e os pulmões

QUEIMADURAS: Conseqüência da exposição ao arco elétrico, cuja temperatura pode chegar a ser superior a mil graus centígrados.

QUEIMADURAS Efeito Joule Quando uma corrente elétrica passa através de uma resistência elétrica é liberada uma energia calorífica.

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QUEIMADURAS – 1º GRAU O traumatismo e a lesão celulares ocorrem apenas na parte externa da epiderme. Não ocorrerá sangramento.

QUEIMADURAS – 2º GRAU Se profunda envolve a destruição da epiderme e uma grave lesão também da camada dérmica Tem um aspecto vermelho, cor de bronze ou branco.

QUEIMADURAS – 3º GRAU Todas as camadas epidérmicas e dérmicas estão completamente destruídas. Não haverá região para a regeneração de tecido

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QUEIMADURAS – ALTA TENSÃO O choque elétrico em AT queima, danifica, fazendo buracos na pele nos pontos de entrada e saída da corrente pelo corpo humano. As vítimas do choque de alta tensão morrem devido, principalmente a queimaduras. E as vítimas que sobrevivem ficam com sequelas, geralmente com:     

Perda da massa muscular; Perda parcial de ossos; Diminuição e atrofia muscular; Perda da coordenação motora; Cicatrizes, etc.

QUEIMADURAS – BAIXA TENSÃO Choques elétricos em baixa tensão têm pouco poder térmico. O problema maior é o tempo de duração, que se persistir pode levar a morte, geralmente por fibrilação ventricular do coração. ARCOS ELÉTRICOS É definido como o alto valor de corrente que aparece entre os contatos elétricos, principalmente, no instante da sua separação. Isso ocorre devido ao fenômeno de ionização do meio isolante entre os contatos e também por persistir uma tensão elétrica entre os mesmos. FIBRILAÇÃO VENTRICULAR Ciclo Cardíaco completo Contrações (sístole) Expansões (diástole)

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Se a corrente atinge diretamente o músculo cardíaco. O coração vibra desordenado e, em termos técnicos, “perde o passo”.

RISCOS ADICIONAIS Riscos de queda As quedas, consequência de choques elétricos, de utilização inadequada de equipamentos de elevação (escadas, cestas, plataformas), falta ou uso inadequado de EPI, falta de treinamento dos trabalhadores, falta de delimitação e de sinalização do canteiro do serviço e ataque de insetos. Riscos no transporte e com equipamentos Veículos a caminho dos locais de trabalho em campo, o deslocamento diário dos trabalhadores até os efetivos pontos de prestação de serviços. Esses deslocamentos expõem os trabalhadores aos riscos característicos das vias de transporte.

Riscos de ataques de insetos, Animais peçonhento-domésticos. Na execução de serviços em torres, postes, subestações, usinas, aterramentos, galerias, caneletas, painéis, e outros podem ocorrer ataques de insetos, tais como abelhas e formigas. 55

Riscos ocupacionais Consideram-se riscos ocupacionais, os agentes existentes nos ambientes de trabalho, capazes de causar danos à saúde do empregado.

Riscos ergonômicos 

Biomecânicos: posturas inadequadas de trabalho, levando a intensas solicitações musculares, levantamento e transporte de carga, etc.

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

 

Organizacionais: “pressão psicológica” para atendimento a emergências ou a situações com períodos de tempo rigidamente estabelecidos, pressões da população com falta do fornecimento de energia elétrica. Psicossociais: elevada exigência cognitiva necessária ao exercício das atividades. Ambientais: risco ambiental compreende os físicos, químicos e biológicos; esta terminologia fica inadequada, devem-se separar os riscos provenientes de causas naturais (raios, chuva, terremotos, ciclones, ventanias, inundações, etc.).

ÁREAS CLASSIFICADAS É o local com potencialidade de ocorrência de atmosfera explosiva. A classificação de área é uma das exigências básicas para a operação do sistema e a classificação adequada da área perigosa é um requisito legal. Na prática, a classificação de área é o elo mais fraco na cadeia da segurança. Os critérios de classificação das áreas da planta são: 1. A natureza da atmosfera perigosa, 2. A probabilidade da presença desta atmosfera. A classificação de áreas perigosas pode diferir de um país para outro, mas na essência se obtém o mesmo resultado. Classificar uma área é lhe atribuir números e letras relacionados com os seguintes parâmetros: 1. Classe, 2. Grupo, 3. Divisão ou Zona. CLASSE A classe da área se relaciona com o estado físico da substancia flamável. A classe denota a natureza genérica do material perigoso e está relacionada com a apresentação física do material. São aceitas e definidas três classes distintas: 1. Classe I- locais onde há gases ou vapores na presença com o ar em quantidades suficientes para produzir misturas explosivas e flamáveis. 2. Classe II- locais onde o perigo é devido à presença de pó combustível.

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3. Classe III- locais onde estão presentes fibras e partículas sólidas. CLASSE I Os locais de classe I envolvem gases e vapores de líquidos voláteis flamáveis. É geralmente aceito que o perigo apresentado pelo gás é maior que o do pó e fibra e requer a proteção mais rigorosa. Por isso, quando de se tem um local com a presença simultânea de gás e pó ou gás e fibras solidas, basta aplicar a proteção para o gás. Não faz sentido classificar um local por causa da presença de líquido não volátil, porém, classifica-se a área vizinha ao armazenamento de líquido volátil, cujo gás é flamável ou explosivo. O que torna o líquido perigoso são os seus vapores e gases. Os materiais não precisam estar no estado gasoso para ocorrer uma explosão. Pode haver explosão com pó combustível e líquido finamente atomizado que queimam com extrema rapidez, mesmo à temperatura abaixo do ponto de fulgor. CLASSE II O NEC define os locais de Classe II como aqueles que são perigosos por causa da presença de pó combustível. A intenção é evitar explosões e fogos por causa da presença do pó. Há pó combustível presente em pequenas quantidades em quase todos os locais. A maioria dos pós-orgânicos é combustível. Assim, os locais onde se manipulam papeis, tecidos, carpetes e tapetes são tecnicamente capazes de criar uma explosão. Em tais locais, porém, a quantidade de pó presente, mesmo se todo ele fosse lançado em suspensão no ar ao mesmo tempo, é insuficiente para causar uma explosão. É necessária uma concentração mínima de pó antes que uma chama se propague do seu ponto de ignição. Somente os locais onde há grande quantidade de pós são classificados como Classe II. É raro em refinarias de petróleo o manuseio de pó. As aplicações típicas de sistemas de segurança relacionados com pós-perigosos (Classe II) estão na área de siderurgia, mineração de carvão e indústrias de artefatos de pneu e nos ensacamentos de pós-petroquímicos. As características de ignição de pó são mais facilmente entendidas, quando comparadas às da queima de gases evapores. As diferenças básicas entre explosões de pós e de gases são devidas às diferenças físicas dos materiais combustíveis:

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1. Em geral, as nuvens de pó possuem energia mínima de ignição cerca de 10 a 20 vezes maior que aquelas da Classe I, Grupo D; com exceção dos pós-metálicos, como alumínio e magnésio. 2. Classe II possui menor limite mínimo explosivo, porém o seu limite superior é muito elevado. 3. Os gases e os vapores são uniformes; os pós não são partículas uniformes, nem no tamanho e nem na distribuição. 4. Os pós podem se acumular e não se dissiparem se localizados desigualmente. Por isso são frequentes explosões múltiplas depós perigosos. 5. As características de ignição dos pós dependem do tamanho,formato, conteúdo de umidade, conteúdo de voláteis e da concentração. CLASSE III O NEC define como local de Classe III aquele que é perigoso por causa da presença de fibras que entram facilmente em ignição, mas em que tais fibras não são prováveis de estar em suspensão no ar em quantidades suficientes para produzir misturas flamáveis. Não há subdivisão de Grupo na Classe III. O agrupamento dos materiais em Classes I e II é usado para separar materiais com características de ignição que sejam facilmente afetadas pela construção do equipamento elétrico. Nãohá tal condição em locais de Classe III. As fibras são suficientemente grandes para penetrar em juntas flangeadas e não são eletricamente condutoras. Os materiais típicos são: algodão, rayon, sisal, juta, fibra de coca, serragem de madeira (embora o pó de madeira também seja Classe II).O principal perigo dos materiais da Classe III não é a explosão, mas o perigo de incêndio. As fibras entram em ignição facilmente e se queimam rapidamente. GRUPO A designação do grupo é mais específica e constitui uma subdivisão da classe. O grupo, associado a classe, é uma especificação de natureza química. Até a publicação da edição de 1937 do NEC, a Classe I das áreas perigosas não era dividida em grupos. Todos os gases e vapores flamáveis eram classificados como um único grau de perigo. Foi reconhecido, porém, que os graus de perigo variavam e que o equipamento conveniente somente para o uso onde a gasolina era manipulada não era adequado para uso onde o hidrogênio ou acetileno eram manipulados. Foi também verificado que a fabricação de equipamentos e invólucros para uso em

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atmosferas de hidrogênio era muito difícil e mesmo que se fabricasse o equipamento, ele era muito caro. Assim, não era lógico, sob o ponto de vista de engenharia, exigir que o equipamento à prova de explosão para uso em local com vapores de gasolina também fosse seguro para uso em atmosfera de hidrogênio. Esta não necessidade aumentaria os custos do equipamento e poderia tornar impossível a construção de alguns tipos de equipamentos. Até hoje, por exemplo, não há motores classificados para uso em atmosferas de acetileno e de hidrogênio. O agrupamento dos materiais é usualmente especificado em normas e códigos. As normas americanas diferem levemente das europeias. O NEC estabelece o seguinte: 1. Classe I possui os Grupos A, B, C e D. 2. Classe II possui os Grupos E, F e G. 3. Classe III não possui grupo associado. No sistema europeu os grupos são diferentes: GRUPO I Minas subterrâneas, onde pode haver gases. Assume-se, na prática que o perigo é causado pelo gás metano. GRUPO II Locais de superfície, onde os materiais são indicados pelos sufixos A, B e C. IIC similar ao NEC Grupo A e B IIB similar ao NEC Grupo C. IIA similar ao NEC Grupo D. Tab. 2.1. Comparação dos Grupos de Gases Europa (IEC) e EUA (NEC)

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MESG (Máximo Espaçamento Seguro Experimental) Um equipamento elétrico não pode ser usado em um local onde a temperatura de ignição da mistura flamável seja menor que a sua temperatura da superfície externa. DIVISÃO – ZONA O NEC usa o termo Divisão, equivalente ao termo Zona, usado nas normas internacionais, brasileiras e europeias. A divisão ou zona de uma área expressa a probabilidade relativa do material perigoso estar presente no ar ambiente, formando uma mistura em concentração perigosa e provável de provocar uma explosão ou incêndio. A probabilidade varia de zero (local seguro) até 1 (local onde a presença é certa e contínua, como no interior de um tanque contendo líquido volátil). Do ponto de vista de engenharia, maiores precauções são necessárias se um particular conjunto de circunstancias é provável de acontecer, tal como a presença de uma mistura flamável dentro dos limites de explosividade e menores precauções são necessárias se é improvável acontecer uma mistura perigosa. Esta é a razão de dividir os locais em duas ou três divisões. Neste aspecto, as divergências entre as normas americanas e europeias são maiores. As normas americanas definem duas divisões: Divisão 1 e Divisão 2.e as normas brasileiras e europeias se referem a três divisões: Zonas 0, 1 e 2. ZONA 0 Nas normas europeias, existe uma mais perigosa ainda: Zona 0, que é definida como o local onde a presença da mistura perigosa é constante e é igual a 100%. Exemplos de Zona 0 são o interior de um tanque cheio de gás ou o espaço cheio de vapor dentro de um tanque com líquido volátil. O principal argumento a favor do uso da Zona 0 é que se deve tomar precauções especiais em lugares onde a probabilidade de perigo é constantemente elevada. As normas americanas não aceitam o conceito de Zona 0. O maior argumento contra o uso da Zona 0 é a falta de demonstração prática da utilidade dessa nova divisão, que complica ainda mais o já difícil problema de diferenciar Divisão 1 da Divisão 2.

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DIVISÃO1 - ZONA 1 Local onde é alta a probabilidade relativa de ocorrer alguma das seguintes situações: 1. Concentração perigosa existe continuamente, intermitentemente ou periodicamente, em condições normais de operação. 2. Concentração perigosa existe frequentemente, por causa de operações de reparo e manutenção. 3. Concentração perigosa existe por causa de vazamentos frequentes. 4. Falha do equipamento ou do processo ocorre frequentemente e provoca simultaneamente desprendimento de concentração perigosa dos gases e defeitos elétricos. Todas as situações se referem a concentração perigosa de gases,significando que esta concentração se situa entre os limites mínimo e máximo de explosividade ou flamabilidade. Na Divisão 1 é provável haver a presença de gases flamáveis mesmo durante a operação normal da planta. A probabilidade da presença de uma atmosfera perigosa na Divisão 1 é relativamente elevada e, na prática, é considerada igual a 1. A divisão 1 é a área de maior perigo, pela classificação das normas americanas. DIVISÃO 2 - ZONA 2 Local onde é baixa, porém não nula, a probabilidade de existência de misturas de produtos explosivos ou flamáveis com o ar ambiente. Mais detalhadamente definem se como: 1. Os locais perigosos onde líquidos voláteis e gases flamáveis são manipulados, usados ou transportados, porém estão confinados em sistema fechados e dos quais podem escapar somente em caso da ruptura ou quebra acidental dos sistemas ou em caso da operação anormal do equipamento. 2. Locais que não são considerados perigosos porque e quando há ventilação forçada, mas há a probabilidade de falha de equipamento de ventilação tornando o local perigoso. 3. As áreas adjacentes a Divisão 1,sem ventilação positiva e com garantia que não há falha no sistema de ventilação.

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A área de Divisão 2 é perigosa apenas em situações anormais da planta, quando há acidentes, falhas de equipamentos,vazamentos de tanques, ruptura de discos, corrosão entre flanges.A Divisão 2 pode ser a área que separa a Divisão 1 de áreas seguras. A Divisão 2 é uma área mais segura que a Divisão 1, porém, é ainda um local perigoso, classificado. A probabilidade de ocorrer condições de perigo é pequena, quando comparada a probabilidade da Divisão 1,porém não é zero.Outra característica da Divisão 2 é a curta duração da presença do gás perigoso, que já é pouco provável.Tipicamente, em uma planta petroquímica e refinaria de petróleo, 90%das áreas classificadas são Divisão 2.As equivalências são as seguintes: a Divisão 1 equivale a soma das Zona 0 e Zona 1; a Divisão 2 é igual à Zona 2. Algumas companhias individuais tem definido arbitrariamente e para seu uso locais de Divisão 3, que estão além da Divisão 2 e a única exigência básica é para o uso de equipamento fechado. Temos também de forma geral as áreas de Zona controlada e Zona de Risco, conforme abaixo:  Zona Controlada – entorno de parte condutora energizada, não segregada, acessível, de dimensões estabelecidas de acordo com o nível de tensão, cuja aproximação só é permitida a profissionais autorizados.  Zona de Risco – entorno de parte condutora energizada, não segregada, acessível inclusive acidentalmente, de dimensões estabelecidas de acordo com o nível de tensão, cuja aproximação só é permitida a profissionais autorizados e com a adoção de técnicas e instrumentos apropriados de trabalhos.

CLASSES DE TEMPERATURAS Para se usar um instrumento elétrico em área perigosa é importante se comparar sua classe de temperatura com a mínima temperatura de autoignição do gás

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presente. A máxima temperatura alcançada pelo instrumento deve estar abaixo da mínima temperatura de autoignição do gás presente. A norma brasileira (ABNT EB 239) estabelece que a temperatura máxima que o instrumento pode alcançar deve ser igual ou menor que 70% da mínima temperatura de ignição do gás inflamável.

A máxima temperatura da superfície do instrumento da área perigosa não pode exceder a temperatura de ignição do gás. Quanto maior a classificação de temperatura do instrumento, menor é a máxima temperatura de sua superfície e mais seguro ele é. MEDIDAS DE CONTROLE DO RISCO ELÉTRICO DESENERGIZAÇÃO A desenergização é um conjunto de ações coordenadas, seqüenciadas e controladas. Somente serão consideradas desenergizadas as instalações elétricas liberadas para trabalho, mediante os procedimentos apropriados e obedecida a sequencia a seguir: SECCIONAMENTO É o estabelecimento de condições que impedem a reenergização do circuito ou equipamento desenergizado, assegurando ao trabalhador o controle do seccionamento.

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Impedimento de reenergização É o estabelecimento de condições que impedem a reenergização do circuito ou equipamento desenergizado, assegurando ao trabalhador o controle do seccionamento.

Constatação da ausência de tensão É a verificação da efetiva ausência de tensão nos condutores do circuito elétrico.

Instalação de aterramento temporário com equipotencialização dos condutores dos circuitos Constatada a inexistência de tensão, os condutores deverão ser ligados à haste terra do conjunto de aterramento temporário e realizado a equipotencialização das fases.

Proteção dos elementos energizados existentes na zona controlada Define-se zona controlada como, área em torno da parte condutora energizada, segregada, acessível, de dimensões estabelecidas de acordo com nível de tensão, cuja aproximação só é permitida a profissionais autorizados, como disposto no anexo II da Norma Regulamentadora Nº10. Podendo ser feito com anteparos, dupla isolação invólucros, etc. Instalação da sinalização de impedimento de reenergização Destinada à advertência e à identificação da razão de desenergização e informações do responsável

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ATERRAMENTO FUNCIONAL (TN / TT / IT), DE PROTEÇÃO TEMPORÁRIA. Aterramento Definição Ligação intencional a terra através da quais correntes elétricas podem fluir. O aterramento pode ser: • • •

Funcional: ligação através de um dos condutores do sistema neutro. Proteção: ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação. Temporário: ligação elétrica efetiva com baixa impedância intencional à terra, destinada a garantir a equipotencialidade e mantida continuamente durante a intervenção na instalação elétrica.

Esquema TN O esquema TN possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a esse ponto através de condutores de proteção. São considera-das três variantes de esquema TN, de acordo com a disposição do condutor neutro e do condutor de proteção.

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Esquema TT O esquema TT possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a eletrodo(s) de aterramento eletricamente distinto(s) do eletrodo de aterramento da alimentação, figura abaixo.

Esquema IT No esquema IT todas as partes vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de impedância, figura abaixo. As massas da instalação são aterradas.

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Aterramento temporário O aterramento elétrico de uma instalação tem por função evitar acidentes gerados pela energização acidental da rede, propiciando rápida atuação do sistema automático de seccionamento ou proteção. Também tem o objetivo de promover proteção aos trabalhadores contra descargas atmosféricas que possam interagir ao longo do circuito em intervenção. Esse procedimento deverá ser adotado a montante (antes) e a jusante (depois) do ponto de intervenção do circuito e derivações se houver, salvo quando a intervenção ocorrer no final do trecho. Deve ser retirado ao final dos serviços. Equipotencialização É o procedimento que consiste na interligação de elementos especificados, visando obter a equipotencialidade necessária para os fins desejados. SECCIONAMENTO AUTOMÁTICO DA ALIMENTAÇÃO

O seccionamento automático possui um dispositivo de proteção que deverá seccionar automaticamente a alimentação do circuito ou equipamento por ele protegido sempre que uma falta der origem a uma corrente superior ao valor determinado e ajustado. DISPOSITIVOS A CORRENTE DE FUGA

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Dispositivo de proteção operado por corrente Tem por finalidade desligar da rede de fornecimento de energia elétrica, o equipamento ou instalação que ele protege, na ocorrência de uma corrente de fuga que exceda determinado valor, sua atuação deve ser rápida, menor do que 0,2 segundos (Ex.: DDR). EXTRA BAIXA TENSÃO: SELV E PELV Defini-se como: A. SELV (do inglês “separated extra-low voltage”): Sistema de extra baixa tensão que é eletricamente separada da terra de outros sistemas e de tal modo que a ocorrência de uma única falta não resulta em risco de choque elétrico. B. PELV (do inglês “protected extra-low voltage”): Sistema de extra baixa tensão que não é eletricamente separado da terra, mas que preenche, de modo equivalente, todos os requisitos de um SELV. BARREIRAS E INVÓLUCROS

São dispositivos que impedem qualquer contato com partes energizadas das instalações elétricas. São componentes que possam impedir que pessoas ou animais toquem acidentalmente as partes energizadas, garantindo assim que as pessoas sejam advertidas de que as partes acessíveis através das aberturas estão energizadas e não devem ser tocadas. BLOQUEIOS E IMPEDIMENTOS

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Dispositivos de bloqueio são aqueles que impedem o acionamento ou religamento de dispositivos de manobra (chaves, interruptores). Bloqueio é a ação destinada a manter, por meios mecânicos um dispositivo de manobra fixo numa determinada posição, de forma a impedir uma ação não autorizada, em geral utilizam cadeados. É importante que tais dispositivos possibilitem mais de um bloqueio, ou seja, a inserção de mais de um cadeado, por exemplo, para trabalhos simultâneos de mais de uma equipe de manutenção. OBSTÁCULOS E ANTEPAROS Os obstáculos são destinados a impedir o contato involuntário com partes vivas, mas não o contato que pode resultar de uma ação deliberada e voluntária de ignorar ou contornar o obstáculo. Os obstáculos devem impedir: •

•

Uma aproximação física não intencional das partes energizadas; Contatos não intencionais com partes energizadas durante atuações sobre o equipamento, estando o equipamento em serviço normal.

ISOLAMENTO DAS PARTES VIVAS

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São elementos construídos com materiais dielétricos (não condutores de eletricidade) que têm por objetivo isolar condutores ou outras partes da estrutura que estão energizadas, para que os serviços possam ser executados com efetivo controle dos riscos pelo trabalhador. ISOLAÇÃO DUPLA OU REFORÇADA Este tipo de proteção é normalmente aplicado a equipamentos portáteis, tais como furadeiras elétricas manuais, os quais por serem empregados nos mais variados locais e condições de trabalho, e mesmo por suas próprias características, requerem outro sistema de proteção, que permita uma confiabilidade maior do que aquela oferecida exclusivamente pelo aterramento elétrico. COLOCAÇÃO FORA DE ALCANCE Neste item estaremos tratando das distâncias mínimas a ser obedecida nas passagens destinadas a operação e/ou manutenção, quando for assegurada a proteção parcial por meio de obstáculos. SEPARAÇÃO ELÉTRICA Uma das medidas de proteção contra choques elétricos previstas na NBR 5410/2004, é a chamada "separação elétrica." Ao contrário da proteção por seccionamento automático da alimentação, ela não se presta a uso generalizado. Pela própria natureza, é uma medida de aplicação mais pontual. Isso não impediu que ela despertasse certa confusão entre os profissionais de instalações. Alegam-se conflitos entre as disposições da medida e a prática de instalações. TÉCNICAS DE ANÁLISE DE RISCO Risco: capacidade de uma grandeza com potencial para causar lesões ou danos à saúde das pessoas. Os riscos podem ser eliminados ou controlados.

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Perigo: situação ou condição de risco com probabilidade de causar lesão física ou dano à saúde das pessoas por ausência de medidas de controle. É inerente ao processo.

Causa de acidente É a qualificação da ação, frente a um risco/perigo, que contribuiu para um dano seja pessoal ou impessoal. Ex.: A avenida com grande movimento não constitui uma causa do acidente, porém o ato de atravessa com pressa, pode ser considerado como uma das causas. Controle É uma ação que visa eliminar/controlar o risco ou quando isso não é possível, reduzir a níveis aceitáveis o risco na execução de uma determinada etapa do trabalho, seja através da adoção de materiais, ferramentas, equipamentos ou metodologia apropriada. PLANEJAMENTO

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Antes da fase de execução, serão analisados os riscos potenciais. Este trabalho é realizado através da Análise Preliminar de Risco – APR, no mínimo, as seguintes informações:  Descrição detalhada das etapas dentro de um serviço, operação ou atividade;  Identificação dos riscos existentes em cada etapa;  Medidas de segurança para a realização de todas as etapas dos serviços, no sentido de reduzir e/ou eliminar riscos existentes (técnicas de execução, equipamentos a serem utilizados, EPC, EPI, etc.);  Número de profissionais necessários para a execução dos serviços com segurança. ANÁLISE PRELIMINAR DE RISCO (APR) Trata-se de uma técnica de análise prévia de riscos. Análise Preliminar de Risco é uma visão do trabalho a ser executado, que permite a identificação dos riscos envolvidos em cada passo da tarefa, e ainda propicia condição para evita-los ou conviver com eles em segurança. Por se tratar de uma técnica aplicável a todas as atividades, a técnica de Análise Preliminar de Risco é o fato de promover e estimular o trabalho em equipe e a responsabilidade solidária.

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CHECK LIST O objetivo é criar o hábito de verificar os itens de segurança antes de iniciar as atividades, auxiliando na prevenção dos acidentes e no planejamento das tarefas, enfocando os aspectos de segurança. Será preenchido de acordo com as regras de Segurança do Trabalho. “A Equipe somente iniciará a atividade, após realizar a identificação de todos os riscos, medidas de controle e após concluir o respectivo planejamento da atividade”.

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ÁRVORE DE DECISÃO

NORMA REGULAMENTADORA NR 10 – Segurança em instalações e serviços em eletricidade

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“Dispõe sobre as diretrizes básicas para a implementação de medidas de controle e sistemas preventivos, destinados a garantir a segurança e a saúde dos trabalhadores que direta ou indiretamente interajam em instalações elétricas e serviços com eletricidade nas fases de geração, transmissão, distribuição e consumo, incluindo as etapas de projeto, construção, montagem, operação, manutenção das instalações elétricas, e quaisquer trabalhos realizados nas suas proximidades”. APROVAÇÃO Portaria do MINISTRO DE ESTADO DO TRABALHO E EMPREGO nº 598 de 07.12.2004, publicada no DOU de 08.12.2004. OBJETIVO Alteração da Norma Regulamentadora nº10 - NR10 -Instalações e Serviços em Eletricidade, aprovada pela Portaria nº 3.214/1978, promovendo sua atualização frente às necessidades provocadas pelas mudanças introduzidas no setor elétrico e nas atividades com eletricidade, especialmente quanto à nova organização do trabalho, à introdução de novas tecnologias e materiais, à globalização e principalmente pela responsabilidade do Ministério do Trabalho e Emprego em promover a redução de acidentes envolvendo esse agente de elevado risco - ENERGIA ELÉTRICA. CONSTRUÇÃO •

•

•

Grupo de Profissionais Engenheiros Eletricistas e de Segurança no Trabalho do Ministério do Trabalho e Emprego e outras Instituições Governamentais de diversas unidades do País, produziu uma proposta de texto base, inicial para a atualização da Norma Regulamentadora nº 10, em atendimento à demanda social priorizada pela Comissão Tripartite Paritária Permanente (CTPP). A Secretaria Inspeção do Trabalho (SIT) / Departamento Segurança e Saúde no Trabalho (DSST) aceitaram e encaminharam para consulta pública a proposta de atualização da Regulamentação Normativa através da Portaria nº 6 de 28/03/2002 (Publicada no DOU em 01/04/2002). Em outubro de 2002 foi encaminhada à CTPP, que constituiu o Grupo Técnico Tripartite - GTT10, constituído tripartitemente pela CTPP por notáveis da área de segurança em energia elétrica, que promoveu consensualmente a análise, discussão e aprimoramento do texto enviando-o, em dezembro de 2003, ao Ministério do trabalho e Emprego para aprovação final.

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CONTEÚDO 10.1. OBJETIVO E CAMPO DE APLICAÇÃO; Estabelecer os requisitos e condições mínimas para garantir a segurança e a saúde dos trabalhadores que, direta ou indiretamente, interajam em instalações elétricas e serviços com eletricidade, aplica-se a todas as fases (projeto, montagem, execução, operação, manutenção, etc) e quaisquer serviços realizados em sua proximidade. Oficializa a obrigatoriedade de observar as normas técnicas oficiais estabelecidas pelos órgãos competentes (no Brasil, a ABNT com as NBR) e, na ausência ou omissão destas, as normas internacionais cabíveis. 10.2. MEDIDAS DE CONTROLE;    

Análise de risco Integração com as demais medidas de segurança da empresa; Esquemas unifilares atualizados constantemente, PIE - Prontuário das Instalações Elétricas: - Memória dinâmica das instalações; - Relatório Técnico das Instalações; Mantido atualizado e organizado pelo empregador ou representante oficial; Permanentemente disponibilizado aos trabalhadores e fiscalização; Documentos devem ser elaborados por profissional legalmente habilitado.

10.3. SEGURANÇA EM PROJETOS;  Obriga que os projetos em instalações elétricas:  Especifiquem dispositivo que permitam o impedimento de reenergização; Planejar espaçamento e distanciamento seguros;  Prever a necessidade de “aterramento elétrico” e aterramento temporário; Indicar a posição operativa de dispositivos de manobra;  Planejar prevenção contra as influências ambientais;  Prever disposições contra incêndios e explosões;  Descrever o princípio funcional dos elementos de proteção destinados à segurança das pessoas; Descrever a compatibilidade dos dispositivos de proteção. 10.4. SEGURANÇA NA CONSTRUÇÃO, MONTAGEM, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO; 77

 As instalações elétricas devem ser supervisionadas por profissional autorizado; Adotar medidas de proteção em riscos adicionais (altura, confinamento, atmosferas explosivas),Ferramentas elétricas compatíveis às instalações elétricas,  Manter as instalações elétricas em condições seguras de funcionamento e inspecionada por profissional autorizado; Posição de trabalho segura membros superiores livres- de acordo com a NR-17. Garantir níveis de iluminação adequados. 10.5. SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES DESENERGIZADAS; 1. Seccionamento da energia elétrica; 2. Impedimento de reenergização; 3. Constatação da ausência de energia elétrica; 4. Aterramento do circuito ou conjunto elétrico com equipotencialização dos condutores dos circuitos; 5. Proteção dos elementos energizados existentes na zona controlada (Anexo I); 6. Instalação da sinalização de impedimento de energização. 10.6. SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES ENERGIZADAS;  Energizada para TENSÕES > ou = 50 Vac ou superior a 120 Vcc.  Estabelece as distâncias de segurança em tornos dos pontos ou conjuntos energizados;

Zona de controle (Zc) – restrita a profissionais autorizados; Zona de risco (Zr) – restrita a profissionais autorizados e com a adoção de técnica e instrumentos apropriados de trabalho.

Institui o treinamento de segurança obrigatório.

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10.7. TRABALHO ENVOLVENDO ALTA TENSÃO; 1. Devem receber Treinamento básico e complementar; 2. Não pode ser realizado individualmente; 3. Sob procedimentos específicos, detalhados e assinados por profissional autorizado com Ordem de Serviço; 4. Equipamentos, ferramentas e isolantes, usados em AT, devem ser submetidos a testes elétricos e ensaios em laboratório; 5. Sinalização com identificação da condição de desativação; 6. Equipamento de comunicação entre membros da equipe 10.8. HABILITAÇÃO, TRABALHADORES;

QUALIFICAÇÃO,

CAPACIT.

E

AUTORIZAÇÃO

DOS

1. Qualificado – com curso reconhecido; 2. Habilitado – qualificado e com registro conselho de classe; 3. Capacitado – recebe capacitação sob orientação de habilitado e trabalhe sob-responsabilidade de habilitado; 4. AUTORIZADO – capacitado ou qualificado, com treinamento básico (p/ TUDO) e/ou complementar (p/ SEP), exames médicos e anuência formal da empresa; 5. Identificação adequada que permita conhecer a abrangência da autorização de cada trabalhador; 6. Condição de autorização no registro de empregado; 7. Treinamento de reciclagem bienal, em troca de função, mudança de empresa, afastamentos >3meses, modificações significativas nas instalações; 10.9. PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO E EXPLOSÃO; 1. Obriga adoção da proteção conforme NR23- Proteção Contra Incêndio; 2. Equipamentos, materiais e dispositivos destinados à ambiente com atmosferas potencialmente explosivas (áreas classificadas) devem ser certificadas SBC; 3. Dispositivos de descargas para eletricidade estática; 4. Dispositivos de proteção especiais para áreas classificadas; 5. Serviços em áreas classificadas somente com permissão formalizada ou supressão do agente de risco.

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10.10. SINALIZAÇÃO DE SEGURANÇA; 1. Obriga adoção da sinalização conforme NR-26, para: Identificação de circuitos; Travamento e bloqueios; Proibição de acesso; Delimitação de áreas; Sinalização de impedimento de energização; Sinalização de áreas de circulação, de vias, de veículos e de movimentação de cargas.

10.11. PROCEDIMENTOS DE TRABALHO; 1. Os serviços em instalações elétricas devem ser planejados e realizados em conformidade com procedimentos de trabalho específicos, padronizados, com descrição detalhada de cada tarefa, assinado por profissional que atenda ao item 10.8. 2. Ordens de Serviços – específica, antes dos serviços; 3. Procedimentos de trabalho devem conter objetivo, campo de aplicação, competências e responsabilidades; 4. Os procedimentos de trabalho, o treinamento de segurança e saúde e a autorização, devem ter a participação do SEESMT (Serviço Especializado de Saúde, Segurança e Medicina do Trabalho), quando houver.

10.12. SITUAÇÃO DE EMERGÊNCIA; 80

1. Ações de emergência com instalações e serviços elétricos devem constar do plano de emergência da empresa. 2. Trabalhadores autorizados devem estar aptos a prestar primeiros socorros (animação cardio-respiratória) e a manusear e operar equipamentos de prevenção e combate a incêndio. 3. A empresa deve possuir métodos e meios de resgate adequados às suas atividades. 10.13. RESPONSABILIDADES; 1. Responsabilidades são solidárias a todos os contratantes e contratados envolvidos; 2. Contratantes devem informar e instruir os riscos a que os trabalhadores estão expostos, instruindo as medidas de controle; 3. Na ocorrência de acidentes de trabalho a empresa deve propor e adotar medidas preventivas e corretivas; 4. Trabalhadores:  Zelar pela sua, e de outrem, segurança e saúde;  Cumprimento das disposições legais e regulamentares;  Comunicar situações de risco; 10.14. DISPOSIÇÕES FINAIS. 1. Direito de recusa – com evidencias de riscos graves e iminentes para sua segurança e de outrem; 2. Empresas devem promover ações de controle de riscos originados por outrem, denúncias aos órgãos competentes quando cabíveis; 3. Interdição ou embargo (conf. NR-03) em caso grave e iminente de risco aos trabalhadores; 4. Documentação deve estar a disposição dos trabalhadores e autoridades 5. Não se aplica a instalações alimentadas por extra-baixas tensão (72 VA Corrente contínua Especificação das cargas DC - 12 Cargas resistivas e eletrônicas DC - 13 Cargas eletromagnéticas DC - 14 Cargas eletromagnéticas com resistores de limitação

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Durabilidade ou vida útil. A durabilidade é expressa segundo dois aspectos: a mecânica e a elétrica. A durabilidade mecânica é um valor fixo, definido pelo projeto e pelas características de desgaste dos materiais utilizados. Na prática, o seu valor é de 10 a 15 milhões de manobras, para contatores de pequeno porte. De qualquer modo, o valor correspondente está indicado no catálogo do fabricante. A durabilidade elétrica, ao contrário, é um valor variável, função da freqüênci de manobras da carga á qual o contator está sujeito, ao número total de manobras que o contator é capaz de fazer, a sua categoria de emprego e aos efeitos do arco elétrico, que dependem da tensão e da corrente elétrica. Normalmente, perante condições de desligamento com corrente nominal na categoria de emprego AC-3, esse valor varia de 1 a 1,5 milhão de manobras. Essas três últimas variáveis estão indicadas no gráfico na página seguinte, observando-se que: • No eixo horizontal, vem indicada a corrente de desligamento, que não é necessariamente a corrente nominal. Portanto, o seu valor deve ser determinado ou medido em cada carga ligada ao contator. • No eixo vertical, a indicação de dois dos possíveis eixos de tensão nominal, sendo que, sobre as escalas indicadas ( de acordo com a tensão ligada),obtemos O VALOR TOTAL DAS MANOBRAS QUE O CONTATOR É CAPAZ DE FAZER, em regime AC-3, que é o mais encontrado nas instalações industriais. Ou, em outras palavras, obtemos a DURABILIDADE ELÉTRICA DO CONTATOR. • O conhecimento dessas durabilidades ( elétrica e mecânica ) são particularmente importantes na constituição do PLANO DE MANUTENÇÃO DE UMA INDÚSTRIA, podendo-se assim planejar adequadamente a aquisição de peças de reposição e o período melhor de sua troca sem interromper o ciclo produtivo. A curva de cada contator é estabelecida pelo fabricante. Do exposto, podemos tirar algumas conclusões : • Na escolha do contator adequado a uma instalação, e para evitar freqüentes trocas, temos que conhecer, alem da tensão, freqüência elétrica e tipo de carga ( como vimos até aqui ), também a freqüência de manobras, ou seja, o número de manobras por unidade de tempo ( p.ex. manobras por hora ) que a carga realiza. • Na avaliação qual o contator que melhor atende ao usuário, e além do seu custo, temos que saber, entre os contatores para nossa escolha, qual o que apresenta uma durabilidade adequada e relacionar essa durabilidade com o custo-benefício. • Avaliar o que significa para o ciclo de trabalho da indústria, freqüentes substituições de componentes, ou seja, até que ponto essas substituições prejudicam o ciclo produtivo. Ainda na atividade de manutenção, é importante se localizar qualquer defeito que esteja acontecendo durante o ciclo de trabalho. Assim, por exemplo, seja pelas condições da rede de alimentação, seja por defeito dos componentes, podem ocorrer certos problemas, cujas causas mais freqüentes estão exemplificadas no que segue.

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Utilização dos contatores.

Desvio dos valores nominais de operação

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RELES DE PROTEÇÃO: RELÉS DE PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA. As sobrecargas são originadas por uma das seguintes causas: • Rotor bloqueado; • Elevada freqüência de manobra; • Partida difícil (prolongada); • Sobrecarga em regime de operação; • Falta de fase; • Desvio de tensão e de freqüência. Conceito de sobrecarga. A sobrecarga é uma situação que leva a um sobreaquecimento por perda joule, que os materiais utilizados somente suportam até um determinado valor e por tempo limitado. A determinação de ambas as grandezas é feita em Norma Técnica do referido produto. Portanto, a função do relé de sobrecarga é a de atuar antes que esses limites de deterioração sejam atingidos, garantindo uma VIDA ÚTIL apropriada aos componentes do circuito. Basicamente são dois os tipos de relés de sobrecarga encontrados: o relé bimetálico e o relé eletrônico, esse último em mais de uma versão. Vejamos detalhes de cada um. • O RELÉ DE SOBRECARGA BIMETÁLICO. Esse relé tem um sensor bimetálico por fase, sobre o qual age o aquecimento resultante da perda joule, presente numa espiral pela qual passa a corrente de carga e que envolve a lâmina bimetálica, que é o sensor. Essa, ao se aquecer, se dilata, resultando daí a atuação de desligamento do acionamento eletromagnético do contator ou o disparo do disjuntor, em ambos os casos abrindo o circuito principal e desligando a carga que, por hipótese, está operando em sobrecarga. Portanto, esse relé controla o aquecimento que o componente/equipamento do circuito está sofrendo devido à circulação da corrente elétrica. Sobreaquecimentos de outras origens NÃO SÃO NECESSARIAMENTE registradas por esse relé, e que podem igualmente danificar ou até destruir o componente. Relé de sobrecarga bimetálico – Princípio construtivo.

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DESENHO EM CORTE.

O relé de sobrecarga eletrônico. Conforme visto anteriormente, o relé de sobrecarga bimetálico opera perante os efeitos térmicos da corrente. Existem, porém, situações em que ocorrem sobreaquecimentos que não são conseqüências de um excesso de corrente, e que do mesmo modo, podem destruir uma carga. É o que acontece, por exemplo, quando as aberturas dos radiadores de calor de um motor entopem, com o que a troca de calor diminui sensivelmente, e o sobreaquecimento daí resultante não é registrado pelo relé de sobrecarga bimetálico. Na verdade, o que se precisa não é controlar corrente, e sim temperatura, seja ela de que origem for. Para atender a essa condição, usa-se um relé de sobrecarga eletrônico que permite adicionalmente sensoriar a temperatura, no ponto mais quente da máquina, através de um semicondutor, chamado de termistor, que por sua vez ativa um relé de sobrecarga, dito eletrônico. Esse relé se caracteriza por: • Uma supervisão da temperatura, mesmo nas condições mais críticas: • Uma característica de operação que permite ajustar as curvas características tempo de disparo x corrente de desligamento, de acordo com as condições de tempo de partida da carga. • Perante rotor bloqueado, como a corrente circulante rapidamente se aproxima dos valores críticos para um sobreaquecimento, o controle pela corrente é mais rápido do que pelo termistor. Na verdade, esse é um dos tipos de relé de sobrecarga eletrônico. As funções de proteção dessa família de relés são ampliadas, incluindo supervisão de termistores com interface incorporada e 98

detector de corrente de fuga. De um modo geral, porém, devido ao aspecto econômico, os do tipo bimetálico são mais utilizados em baixas potências de carga, enquanto o eletrônico é usado nos demais casos, bem menos freqüentes, conforme podemos observar.

RELÉ DE SOBRECARGA ELETRÔNICO 3RB12.

RELÉS DE SOBRECORRENTE CONTRA CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO. Esses relés são do tipo eletromagnético, com uma atuação instantânea, e se compõe com os relés de sobrecarga para criar a proteção total dos componentes do circuito contra a ação prejudicial das correntes de curto-circuito e de sobrecarga, respectivamente. A sua construção é relativamente simples em comparação com a dos relés de sobrecarga (bimetálicos ou eletrônicos), podendo ser esquematizado, como segue:

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A bobina eletromagnética do relé é ligada em série com os demais componentes do circuito. Sua atuação apenas se dá quando por esse circuito passa a corrente Ik, permanecendo inativo perante as correntes nominais (In) e de sobrecarga (Ir). Pelo que se nota, a sua função é idêntica à do fusível, com a diferença de que o fusível queima ao atuar, e o relé permite um determinado número de manobras. Por outro lado, como o relé atua sobre o mecanismo do disjuntor, abrindo-o perante uma corrente Ik, a capacidade de interrupção depende do disjuntor, enquanto que, usando fusível em série com o disjuntor, essa capacidade de interrupção depende do fusível.

BOTÕES E SINALIZADORES

São componentes utilizados nos sistemas para comandar e monitorar processos controle e automação. Estes componentes são muito utilizados em vários tipos de comandos. Destacaremos a seguir os mais utilizados: Botoeiras

São componentes usados em acionamentos de comando, para estabelecer ou interromper a corrente elétrica.

As botoeiras podem ser classificadas em dois tipos: com retenção e sem retenção. - As botoeiras com retenção são aquelas que ao ser acionada, muda a sua condição inicial, assumindo outra posição depois de retirado o acionamento. Ex.: Se estiver na condição inicial NA (normalmente aberta), ao ser acionada ficara NF (normalmente fechada), permanecendo nesta. - As botoeiras sem retenção são aquelas que ao ser acionada, muda a sua condição inicial, e depois de retirado o acionamento, volta a sua mesma posição. Ex.: Se estiver na condição inicial NA (normalmente aberta), ao ser acionada ficara NF (normalmente fechada), e depois de retirado o acionamento voltará a ser NA.

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Modelos Abaixo temos alguns modelos:

Diâmetros de furação As botoeiras são padronizadas para furações de 22,5 mm e 30,5 mm, construídos de forma modular, que permitem de forma rápida e simples, a fixação ou troca de elementos de contato e botões de comando.

Elementos de contato São blocos de contatos, que são fixados as botoeiras. Este bloco possui conjunto de contatos que podem ser NA ou NF, ou a combinação destes.

Terminologia dos contatos Os contatos são numerados de acordo com a sua condição de aberto ou fechado, seguindo o seguinte critério: Contatos terminados em 1-2 e 5-6 são NF (normalmente fechado) Contatos terminados em 3-4 e 7-8 são NA (normalmente aberto)

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Ex.:

21-22: contato NF 13-14: contato NA

Identificação de cores para botões conforme IEC 73 e VDE 0199

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SINALIZADORES São componentes usados especialmente aos circuitos de comando e de automação, com furações de 22,5 mm e 30,5 mm, construídos de forma modular, permite de forma rápida e simples, a fixação ou troca dos visores. A colocação ou substituição de lâmpadas se faz com o auxilio de um sacador, desatarraxando-se o visor na sua parte frontal.

Quando são usados botões de comando para o acionamento à distância de equipamento de manobra de baixa-tensão, é importante que estes botões sejam identificados por cores nas funções de “liga” e de “desliga” e eventuais símbolos complementares, que facilitem e acelerem o comando que se quer realizar O botão "desliga" deve, então, ficar sob o botão "liga" na posição vertical. Essa disposição também é utilizada e recomendada em diversos países. Existem diferenças, entretanto, para a disposição horizontal dos botões. A DIN e uma grande parte de normas de outros países determinam que o botão "desliga" deve ser posicionado à esquerda do botão "liga". Nas normas americanas e inglesas é fixado o contrário, ou seja, o botão "desliga" fica à direita do botão "liga". Uma norma internacional sobre a utilização de figuras ou símbolos e posicionamento em botoeiras blindadas, esta em estudo. Identificação de cores para sinaleiros conforme IEC 73 e VDE 0199

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Tipos de sinalizadores

Outros dispositivos:

Botoeiras com sinalizadores As botoeiras luminosas são dotadas de lâmpadas (ou LEDs) internas que iluminam-se quando os botões são acionados.

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Parte construtiva da botoeira com sinalizador

CHAVES COMUTADORAS Chave comutadora ou seletora - é uma chave que faz a mudança (comutação) de um estado de regime permanente em um circuito elétrico.

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Chaves Fim de curso Dispositivo auxiliar por meio do qual se atua sobre o circuito de comando de um dispositivo de manobra. Atuam num circuito com funções tais como: 1)Controle I. acelerar movimentos; II. determinar pontos de paradas de partes móveis; III. produzir seqüência e controle de operação; e IV. sinalizar; 2)Comando: I. inversão de curso ou sentido de movimento de partes móveis, paradas. 3)Segurança: I. paradas de emergência; II. alarme e sinalização.

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Um mesmo fim de curso pode desempenhar ao mesmo tempo várias funções, dependendo dos contatos e do curso da haste do cilindro.

CHAVES DE FLUXO É uma chave de comando auxiliar que atua como um sensor de fluxo confinado em tubulações ou dutos. É portanto, utilizada para sinalizar o fluxo ou a ausência deste, em líquidos ou gases, podendo também ser utilizada no controle de nível de líquidos. Exemplos: - Ligar ou desligar uma bomba, - Acionar uma segunda bomba para aumentar a vazão, - Ligar ou desligar uma resistência de aquecimento, uma caldeira, - Prever a necessidade de desligar um reator, digestor ou trocador de calor devido à falta de fluxo de alimentação, o que não pode acontecer em processos contínuos. - Ativação de dispositivos de sinalização; - Ativação de dispositivos de alarme;

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CHAVE DE FLUXO TIPO PALHETA

CHAVE DE FLUXO TIPO EMBÔLO

Vantagem: Este tipo de chave de fluxo possui instalação mais simples e não depende da energia elétrica para operar. Desvantagem: Possuem partes móveis e, portanto, necessitam de manutenção preventiva e corretiva. Muitas vezes é necessário substituir a palheta, dependendo da falha. Indicação: são empregadas para detecção e controle de fluxo em água e líquidos não agressivos às ligas de cobre, são ideais para fluidos limpos com baixa viscosidade e com baixo índice de sólidos em suspensão

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CHAVE DE FLUXO TIPO DISPERSÃO TÉRMICA

CHAVE DE FLUXO TIPO DISPERSÃO ELETROMAGNÉTICA

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TEMPORIZADORES

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Modo de Operação

Diagrama Temporal

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Modo de Operação

Diagrama Temporal

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PARTIDA DE MOTORES TRIFASICOS. Os motores absorvem da rede uma potência maior na fase de partida. Esse fato pode levar a flutuações inadmissíveis na própria rede e no circuito do motor, que a concessionária de energia limita, para não prejudicar outros consumidores. Então, reportando-nos a norma NBR 5410/2005 no seu item 6.5.1 – Motores – temos: Motores elétricos Generalidades As prescrições desta subseção tratam especificamente de circuitos que alimentam motores em aplicações industriais e similares normais. São consideradas aplicações industriais e similares normais aquelas que envolvem motores de indução com rotor de gaiola, cuja potência nominal unitária não seja superior a 150 kW, operado em regime S1. Excluíram-se as aplicações de motores com potência não superior a 1,5 kW que acionem aparelhos eletrodomésticos e eletroprofissionais. Assume-se que as características dos motores, bem como do regime S1, são aquelas definidas em Normas. Limitação das perturbações devidas à partida de motores - Para evitar perturbações que comprometam a rede de distribuição, a própria instalação e o funcionamento das demais cargas por ela alimentadas, devem ser observados: a) as restrições impostas pela empresa distribuidora de energia elétrica à partida de motores; NOTA – Para partida direta de motores com potência acima de 3,7 kW (5 CV), em instalações alimentadas diretamente pela rede de distribuição pública em baixa tensão, deve ser consultada a empresa distribuidora local. b) os limites de queda de tensão nos demais pontos de utilização, durante a partida do motor, conforme estabelecido em 6.2.7.1. Para satisfazer os requisitos das alíneas a) e b), pode ser necessário empregar dispositivos que limitem a corrente de arranque do motor. - Em instalações contendo diversos motores, deve-se considerar a possibilidade de partida simultânea de dois ou mais motores. Por outro lado, as cargas motoras em corrente alternada, são identificadas como sendo AC-2 e AC-3, a primeira sigla aplicada a motores do tipo trifásico indução bobinado ou anel, e o segundo a motores trifásicos de indução tipo gaiola, que são a grande maioria dos motores encontrados nas indústrias, por serem mais robustos e mais baratos (não necessariamente melhores). Outro fator que hoje precisa ser observado,é o rendimento do motor: Devemos dar preferência a motores de alto rendimento, como perdas reduzidas. Portanto, para potências acima de 5 cv, é necessário verificar se há necessidade de serem usados métodos de partida, que podem ser de várias formas, cada um com recomendações próprias de acordo com a potência dos motores a eles ligada. Aplicando-se a todos eles, a IEC 60947 faz recomendações de coordenação de proteção, e que assim se definem: 1. Um dispositivo de partida, além de atender a capacidade de carga (p.ex. motor trifásico, AC-3) é orientado por norma obedecer a determinados resultados quando sujeito a anormalidades de pior caso, ou seja, um curto-circuito pleno. 2. Um curto-circuito pleno é dado como uma fatalidade. A experiência tem demonstrado que um curto-circuito de ordem prática é de menos de 50% do pleno ( pior caso ). Desta forma, a escolha da 116

coordenação de proteção deve considerar as condições práticas de probabilidade do curto-circuito e as exigências de serviço da instalação. Pela IEC 60947 a coordenação de proteção é dividida em tipo 1e tipo 2, que assim se definem: • Coordenação tipo 1. Sem risco para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da corrente de curtocircuito. Porém, o dispositivo de partida não estará em condições de continuar funcionando após o desligamento, permitindo danos ao contator e ao relé de sobrecarga. • Coordenação tipo 2. Sem riscos para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da corrente de curtocircuito. Não pode haver danos ao relé de sobrecarga ou em outras partes com exceção de leve fusão dos contatos do contator e estes permitam fácil separação sem deformação significativa. Tais correntes são como referência prática da ordem plena de IK = 50 kA como corrente presumida de curto-circuito. Pela própria definição, é bem mais seguro o uso da coordenação tipo 2, conforme visto linhas atrás. A solução, porém é de custo mais elevado. Pela IEC 60 947, são definidos os seguintes valores de corrente de curto-circuito prático, em kA:

Critérios de escolha do método de partida. Pelo visto, a escolha por uma partida direta ou não, depende de: • Característica da máquina a ser acionada; • Circunstância de disponibilidade da potência de alimentação; • Confiabilidade de serviço, e • Distância da fonte de alimentação, devido a condição de queda de tensão ( norma ) No caso de ser permitida a partida direta, a plena tensão, as curvas características do motor a ela ligado assim se apresentam:

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PARTIDA DIRETA (plena tensão). Características básicas

A composição de uma partida direta pode ser das seis formas citadas em estudos anteriores. Porém, dessas, as três mais usadas são as representadas a seguir.

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ESQUEMAS ELÉTRICOS DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA

DIAGRAMA TRIFILAR DE FORÇA:

DIAGRAMA AUXILIAR DE COMANDO

A PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO Algumas vezes há a necessidade de se obter a inversão do sentido de rotação dos motores, por exemplo em abertura e fechamento de portões de acesso (entrada e saída de veículos ou pessoas). Nesse sentido podemos executar esse comando utilizando-se a REVERSÃO COM PARADA ou a REVERSÃO A PLENA MARCHA (INTERTRAVAMENTO). SEGUEM OS ESQUEMAS PARA OS DOIS CASOS

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REVERSÃO COM PARADA

DIAGRAMA TRIFILAR DE FORÇA:

DIAGRAMA AUXILIAR DE COMANDO COM PARADA

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REVERSÃO COM INTERTRAVAMENTO

DIAGRAMA TRIFILAR DE FORÇA:

DIAGRAMA AUXILIAR DE COMANDO COM INTERTRAVAMENTO

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PARTIDAS DE MOTORES COM REDUÇÃO DA CORRENTE DE PARTIDA Não sendo possivel a partida direta, outros métodos de partida são utilizados: • Partida estrela-triângulo; • Partida por auto-transformador ( também chamada de compensadora ) • Partida suave ( soft-starter ), por meio de eletrônica de potência. Na seqüência indicada, estão também os custos do dispositivo de partida: uma estrela-triângulo é mais barata do que uma partida suave ( soft-starter ), para mesma potência de motor. E é necessário associar o investimento no motor com o dispositivo de partida. Por essa razão, máquinas pequenas (acima de 5 cv ou eventualmente maiores de acordo com determinações da Concessionária de Energia, pelo que vimos), usam uma partida estrela-triângulo; as máquinas maiores, passando pelas compensadoras ( com auto-transformador ), usam, no outro extremo das potências, a partida suave (soft-starter). Outro aspecto é a qualidade da partida, há casos em que os solavancos resultantes de uma partida em estrela-triângulo não são admissíveis dentro do regime de funcionamento do motor e, sobretudo da carga acionada. Faremos uma análise detalhada sobre o assunto mais adiante. Vamos analisar individualmente cada método de partida no que segue, e acrescentar a essa informação, dados de fabricantes e curvas características daí resultantes. PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO. Princípio de funcionamento. Motores capazes de terem sua partida através de uma partida estrela-triângulo têm que ser do tipo trifásico, com as 3 entradas e 3 saídas dos enrolamentos, acessíveis, para fazer a mudança de uma ligação estrela para triângulo, ou seja os 6 terminais acessíveis. Esse princípio de funcionamento se baseia em: • Designando : -Un ........ tensão nominal -Uf ........ tensão de fase -In........... corrente nominal de alimentação -k ............ constante do motor -Ip........... corrente de partida por fase -X ........... reatância por fase -M .......... momento ou conjugado de partida, proporcional ao quadrado de Uf • E baseado no esquema de ligação dos enrolamentos, abaixo,

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Demonstração para fórmulas de cálculos Na ligação estrela

Na ligação triângulo

Relacionando entre si a corrente de alimentação e os momentos de partida, resulta que, passando da ligação estrela para o triângulo, temos a relação de 1:3, como segue:

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Portanto: 1. Na análise das curvas de carga, e particularmente na das cargas indutivas (ou motoras), vimos que a corrente de partida plena pode alcançar valores eficazes de 8 . In. 2. Se esse valor é excessivo, pelas normas e pelas condições de rede (dados pela Concessionária ), então, ligando o motor trifásico em estrela na partida, a corrente circulante se situará em torno de 1/3 do valor pleno, e assim algo em torno de 2,66 x In, que é perfeitamente aceitável, se sua circulação não se der por um tempo excessivamente longo. 3. Se, uma vez passada a fase de partida, ou seja, o motor já tiver alcançado sua rotação nominal e assim a corrente também já for nominal, então podemos comutar os enrolamentos para a ligação de funcionamento normal, que então será ligada em triângulo, como uma corrente igual à corrente nominal (In). 4. A comutação da ligação estrela para o triângulo, dentro de um regime de carga bem definido, é feito automaticamente, por meio de relé de tempo associado ao comando de contatores. Ocorre, porém que, na comutação da estrela para o triângulo, manifesta-se um impacto mecânico que pode não ser admissível para o regime de funcionamento da máquina acionada, e também, esse mesmo impacto levar a acelerar a fadiga mecânica da máquina e do eixo de acionamento do motor, reduzindo sensivelmente a VIDA ÚTIL das partes mecânicas envolvidas. Esse fato será demonstrado num estudo comparativo citado mais adiante nesse mesmo capítulo. As curvas características de corrente e de conjugado ou momento do motor se apresentam como demonstrado a seguir:

Características básicas (tensão reduzida)

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Esquema de ligação. Segue o esquema de ligação respectivo, na forma completa, a saber: Definição dos valores de corrente para especificação dos componentes

ESQUEMA COMPLETO DA CHAVE ESTRELA TRIÂNDULO DIAGRAMA TRIFILAR DE FORÇA:

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DIAGRAMA AUXILIAR DE COMANDO:

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PARTIDA POR AUTO-TRANSFORMADOR ( COMPENSADORA ).

Esse método de partida atende melhor potências de carga superiores àquelas atendidas pela partida estrela-triângulo. Nesse caso, o controle da potência ou da corrente é feito, mediante o ajuste de derivações na saída do auto-transformador, em porcentagens normalmente de 65% e 80%; porém, mais outras derivações podem ser previstas, contanto que as condições de utilização o necessitem . Também nesse sentido, quanto maior o numero de derivações, menor o desnível de uma derivação à outra quando da comutação e menor o impacto que a carga mecânica sofre, o que virá em benefício da vida útil do equipamento,

Esquema de ligação dos enrolamentos.

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As características de corrente e conjugado ou momento nesse caso são:

Definição dos valores de corrente para especificação dos componentes

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Esquema de ligação – CHAVE COMPENSADORA

DIAGRAMA TRIFILAR DE FORÇA:

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Esquema de ligação – CHAVE COMPENSADORA

DIAGRAMA AUXILIAR DE COMANDO:

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PARTIDA SUAVE (SOFT-STARTER ) É um dispositivo de manobra ( em base eletrônica ), adequado para partida e parada suave, e frenagem onde não se admitem “trancos” mecânicos. É atualmente mais utilizado em cargas acionadas por motores de potências superiores, operando em categoria de emprego AC-2 e AC-3. Assim, sua aplicação é mais encontrada em ventiladores de grande porte, esteiras transportadoras, bombas, compressores, máquinas com grande momento de inércia de modo geral, e outros semelhantes. Suas características para especificação são definidas em um programa de simulação em PC e um programa de comunicação para colocação em operação, gerenciamento e manobra em PC. Dispositivo de manobra estática para partida e parada suave – SIKOSTART Dispositivo e seus componentes.

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Princípio de funcionamento. Neste método de partida, o controle da potência fornecida na fase de partida é feita mediante um escalonamento da fração da tensão de alimentação fornecida a cada instante, em um dado número de semicíclos de tensão, que pode ser ajustado às características desejadas, até o seu valor pleno. Esse programa de escalonamento é executado por meio de um par de tiristores por fase, ligados em antiparalelo, e que atuam em função de um programa previamente estipulado. Com esse procedimento, tem-se a possibilidade de partir do estado de repouso e chegar ao de rotação plena, através de uma série de degraus, cuja variação atende plenamente à própria curva de carga. O que é feito na aceleração, pode ser feito, no sentido inverso, na desaceleração, partindo-se da onda de tensão plena e chegando-se, passo a passo, a interrupção total das ondas de tensão. As figuras abaixo ilustram esse procedimento.

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Variação de tensão no motor

Desenvolvimento do conjugado com a rotação.

Desenvolvimento de corrente com a rotação

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Desenvolvimento de tensão, corrente e rotação no tempo de partida

Assim segue seguintes as suas características básicas: • Aplicada no acionamento de máquinas que partem em vazio e com carga ; • Permite parametrização de tensão oferecendo uma aceleração progressiva e uniforme da máquina, o que possibilita a redução da potência necessária; • A qualidade de supervisão precisa ser de nível mais sofisticado; • Pela ausência de choques mecânicos (trancos), na aceleração da máquina, aumentam consideravelmente os intervalos de manutenção, o que contribui para uma maior VIDA ÚTIL do equipamento, e • Pelas características básicas, tem substituído a partida por auto-transformador ( compensadora ) com vantagens.

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Coordenação de proteção

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Esquema de ligação. Usando contator como dispositivo de entrada

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Esquema de ligação. Usando disjuntor como dispositivo de entrada

Alguns detalhes devem ser destacados: • As categorias de emprego são basicamente as AC-2 e AC-3, portanto, de motores tipo anel (ou enrolado, bobinado) sendo AC-2 e o motor tipo gaiola, como AC-3. • Tanto nos disjuntores quanto nos contatores previstos, já vem a indicação da faixa de ajuste dos relés de sobrecarga. De modo geral, o ajuste se faz no valor da corrente de serviço, e esse valor deve preferencialmente cair do meio para o final ( fundo ) da respectiva faixa de ajuste. • Os fusíveis máximos indicados são do tipo retardado, que são próprios para motores elétricos. No caso particular da partida suave, a parte de potência é protegida por fusíveis retardados, porém a parte da eletrônica de potência (tiristores), por fusíveis ultra-rápidos. Caso contrário, os tiristores não suportarão eventuais sobrecorrentes durante o seu tempo normal de operação. • A corrente presumida de curto-circuito, indicada, deve ser comparada com o valor existente na instalação a que o dispositivo de partida se destina. No caso de grande divergência, consultar o fabricante dos dispositivos, quanto à necessidade de alguma mudança no critério de escolha do material.

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SÍMBOLOS GRÁFICOS - (conforme NBR / IEC / DIN)

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Símbolos literais Para identificação de componentes em esquemas elétricos conforme IEC 113.2 e NBR 5280.

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Elementos de Automação

O que é Sensoriamento? É uma terminologia generalista que reflete a distância relativa do sensor ao elemento sob observação. No entanto, convencionamos como sensoriamento à operação de obtenção de informações da superfície e sub-superfície de um objeto a partir de sensores.

Mas o que é (são) os sensores? Sensores são dispositivos construídos para detectar a presença ou passagem de materiais metálicos ou não metálicos, por proximidade ou aproximação, sem contato físico. Esta detecção é feita pela face sensora do sensor, que ao serem acionados ativam as entradas do controlador lógico programável, para automação da planta industrial. Os de operação indireta alteram suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a indutância, sob ação de uma grandeza, de forma mais ou menos proporcional.

Tipos de Sensores Existem vários tipos e modelos de sensores que variam conforme o objeto alvo de sensoriamento. Normalmente recebem a nomenclatura de acordo com o seu principio físico de funcionamento. Exemplos: Sensor Indutivo, Sensor Capacitivo, Sensor Fotoelétrico, Sensor Magnético ou "Reed-Switch", Sensor de Pressão ou toque, Encoders,... , etc. Visão Geral das famílias de sensores e seus principais tipos

O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle, e nos instrumentos de medição, que freqüentemente estão associados aos sistemas de controle de malha aberta (não automáticos), orientando o usuário, sendo caracterizados por: Linearidade É o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo. Os sensores mais usados são os mais lineares, conferindo mais precisão ao sistema de controle. Os sensores não lineares são usados em faixas limitadas, em que os desvios são aceitáveis, ou com adaptadores especiais, que corrigem o sinal. 146

Faixa de atuação É o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado o sensor, sem destruição ou imprecisão. Histerese É a distância entre os pontos de comutação do sensor, quando um atuador dele se aproxima e se afasta. Sensibilidade É a distância entre a face do sensor e o atuador no instante em que ocorre a comutação. As medidas na tabela são determinadas para um atuador de chapa de aço quadrada com 1 mm de espessura, cujo lado é igual ao diâmetro do sensor. Superfície Ativa É a superfície através da qual o campo eletro-magnético de alta freqüência se irradia no meio externo. Esta área é definida pela superfície do núcleo e corresponde aproximadamente à superfície da área externa deste núcleo. Fator de correção Fornece a redução da distância sensora em presença de materiais cujas características apresentam desvios em relação ao ferro Fé 360 (definido pela ISSO 630). Freqüência de Comutação Corresponde à quantidade máxima de comutações por segundo. Baseado nas características operacionais de cada dispositivo, os transdutores são elementos de campo mais utilizados para controle, enquanto que os sensores, também elementos de campo, são utilizados mais especificamente em automação de processos. Distância Sensora Distância em que aproximando-se o acionador da face sensora, o sensor muda o estado da saída. Distância Sensora Nominal Distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. É o valor em que os sensores de proximidade são especificados.

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SENSORES INDUTIVOS Introdução teórica Os sensores de proximidade indutivosdetectam a aproximação de elementos metálicos sem que haja contato físico. Princípio de funcionamento – Baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência que é desenvolvido na face sensora.

Este campo é gerado por uma bobina ressonante que faz parte de um circuito oscilador. Quando um metal aproxima-se do campo este por corrente de Foulcault absorve energia do campo e diminui a amplitude do sinal gerado no oscilador. A variação da amplitude é convertida em uma variação de tensão contínua que comparada com um valor padrão passa a atuar no estágio de saída.

AÇO INOX

USO GERAL

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Nas figuras que se seguem estão mostrados exemplos de conexão de sensores indutivos de aproximação de modelos para corrente contínua (VCC) e de corrente alternada (VCA).

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Distância de acionamento A distância de acionamento depende da intensidade do campo eletromagnético que depende do tamanho da bobina, portanto não se pode escolher o tamanho do sensor e a distância de acionamento ao mesmo tempo.

Distância sensora (S) È a distância em que, aproximando-se o acionador da face sensora, o sensor muda de estado da saída. Distância sensora nominal (Sn) É a distância sensora teórica, a qual utiliza o alvo padrão como acionamento e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. O valor em que os sensores de proximidade indutivos são especificados. Distância sensora real (St) Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente (20°C) e tensão de operação nominal possui desvio de 20% sobre a distância sensora nominal.

0,9 Sn < = Sr < = 1.1 Sn Distância sensora efetiva (Su) Valor influenciado pela temperatura de operação, e possui um desvio máximo de 10% sobre a distancia sensor real (Sr).

0,9 Sr < = Su < = 1,1 Sr, ou seja, 0,81 Sn, = Su< = 1,21 Sn Distância sensora operacional (As) É a distância em que seguramente pode-se operar considerando-se todas as variações de industrialização e variação de temperatura.

0 < = As , = 0,81 Sn Material do acionador A distância sensora nominal varia com o tipo de metal, ou seja, é especificada para o ferro ou aço e necessita ser multiplicada por um fator de correção para outros materiais.

Histerese É a característica do efeito existente entre o acionamento de desacionamento do sensor quando o alvo metálico se se aproxima da face sensora e se afasta da face sensora. Este efeito é expresso em porcentagem da distância sensora (exemplo = 3%). É importante que exista a histerese entre o ponto de acionamento e desacionamento do sensor para que no caso de uma possível vibração do sensor ocasione uma oscilação na saída do acionador.

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Aplicações

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Detecção da Presença de Barras de Aço Carbono em Solda de Grelha

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SENSORES CAPACITIVOS Introdução teórica Os sensores de proximidade capacitivos detectam a aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, madeiras, vidros, papéis, metais etc. Princípio de funcionamento O sensor capacitivo baseia-se num oscilador de alta freqüência controlado por capacitor. O conjunto de placas do capacitor é montado na face sensora, formando a região sensora. Quando um material aproxima desta região provoca uma alteração no dielétrico, variando a capacitância que por sua vez altera a amplitude do sinal gerado pelo oscilador. Esta variação de amplitude do sinal é convertida em uma variação contínua que passa por um comparador com um valor padrão que atua no estagio de saída. O aspecto construtivo do sensor é semelhante ao indutivo.

Aplicações O sensor capacitivo é aplicável principalmente em controle de nível em silos de líquidos ou materiais não metálicos e metálicos em sistemas de contagem e controle. Distância de acionamento Posicionando-se o capacitor do oscilador na parte frontal do sensor tem-se a formação de face sensora que é a principal área de região sensora (região que se torna sensível a penetração de materiais).

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Ajuste de distância Devido a grande variação de distância sensora para os vários tipos de materiais, os sensores estão providos de um ajuste de sensibilidade, o que permite detectar certos materiais por meios de outros. Por exemplo, pode-se detectar água dentro de um tubo de PVC etc.

Não foi possível detectar nenhum material no seu interior através de uma superfície metálica.

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- CATÁLOGO TÉCNICO 157

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SENSOR FOTOELÉTRICO POR SISTEMA DE DIFUSÃO Introdução teórica Os sensores ópticos detectam quase todos os materiais comparando-se com os indutivos e capacitivos, apresentando uma distância de operação maior. O transmissor é composto de um diodo emissor de luz infravermelha (invisível) que transmite “flash” em uma determinada freqüência. O receptor é composto por um foto-transistor, sensível à luz infravermelha, que em conjunto com um filtro só recebe sinais na freqüência dos “flashs”, tomando assim a recepção imune à iluminação ambiente.

O sinal é detectado pelo foto-transistor e selecionado por um filtro passa faixa. Após a seleção do sinal pelo filtro é convertido em tensão DC e passa por um comparador acionando a saída. O sistema de transmissão e recepção de luz infravermelha pode ser aplicado das seguintes maneiras: •Sistemas de barreira •Sistema por reflexão •Sistema por difusão Na figura a seguir está mostrado um sensor fotoelétrico que pode atuar num sistema por reflexão e por difusão.

Sistema por difusão Também o transistor e o receptor estão no mesmo invólucro, sendo que o acionamento ocorre quando o objeto aproxima-se da região de sensibilidade, refletindo para o receptor o feixe de luz recebido do transmissor.

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A distância sensora é definida diretamente para cada um dos modos de construção. A distância para os modelos de difusão são referenciados a um padrão, normalmente o papel cartão (kodak gray card) com dimensão de 100x100mm, 90% de refletividade. Como regularmente a lei da reflexão de luz, a distância de funcionamento deste modelo varia de acordo com a cor, rugosidade, dimensões e formas dos objetos detectados. A tabela mostra os fatores de correção para distância sensora de acordo com os tipos de materiais detectados.

SENSOR FOTOELÉTRICO POR SISTEMA DE BARREIRA Introdução teórica O sensor de barreira é semelhante ao reflexivo. A diferença é que o transmissor e receptor estão separados entre si.

O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um em frente ao outro de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto interromper a recepção da luz.

Barreira é a distância entre o transmissor e o receptor. Existem modelos de sensor óptico de barreira para até 100m. O transmissor e o receptor podem se alimentados por fontes distintas.

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SENSOR FOTOELÉTRICO POR REFLEXÃO Introdução teórica Sistema por reflexão Neste sistema o transmissor e o receptor estão na mesma unidade. O feixe de luz é enviado ao receptor somente por intermédio de um espelho prismático, onde o acionamento ocorre quando o objeto interrompe o feixe de luz.

Reflexão é a distância entre o sensor e o espelho prismático. Esta distância é normalmente definida para um determinado tamanho de espelho, quanto maior o espelho maior a distância de funcionamento.

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SENSORES FOTOELÉTRICOS

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SENSORES FOTOELÉTRICOS

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ENCODER LINEAR Introdução teórica Régua linear também é conhecida como transdutor que possui um sensor óptico composto por duas partes; emissora e receptora o qual apoiada em duas barras que permitem um deslizamento uniforme sobre uma escala de furos que permitem assegura a resolução linear do dispositivo. A régua linear ou encoder linear tem como função fornecer dados de controle de movimento de máquinas, com menor erro possível fuso e de movimento. Características principais de um encoder linear são;

   

Graduação; Precisão; Curso útil; Forma de sinal de saída.

Existem diversos tipos de encoder linear, para variadas aplicações onde se necessita precisão de leitura em sistemas de posicionamento com resoluções de um ou cinco micrometros. Na figura está mostrado um encoder linear.

Como forma de determinar a resolução de um encoder linear pode-se: 1. pegar uma régua graduada em mm medir o comprimento da régua do encoder. Exemplo: Comprimento do encoder linear= 1000 mm 2. Contar o número de furo da régua do encoder. Número de furos do encoder = 200 3. Determina-se a resolução do encoder linear utilizando a seguinte expressão:

R => resolução N => nº de furos do encoder C => comprimento da régua do encoder No exemplo a Resolução do encoder é igual a ______________

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ENCODER ANGULAR Introdução teórica Na indústria a aplicação dos sensores ópticos, na maioria das vezes é feita por meio dos encoders que podem ser implementados de forma muito simples. Onde um disco perfurado permite a passagem ou não do feixe de luz. Desta forma a posição ou velocidade é registrada contando-se o número de pulsos gerados.

No caso de haver necessidade de saber o sentido de rotação, pode-se implementar o disco com duas fileiras de furos defasados, utilizando-se 2 sensores. Sob rotação, haverá a seqüência 0-1-0-1 nas duas fileiras, entretanto se num sentido a fileira mais próxima do centro estará adiantada em relação a segunda e vice versa.

Existe ainda a possibilidade de obter-se a posição exata (ângulo de rotação) por meio de confecção adequada do disco com n fileiras de furos. Neste caso tem-se um código binário de n bits relativo a uma determinada posição. Este tipo de dispositivo é chamado de encoder absoluto. Na figura a seguir está mostrado o encoder angular.

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O encoder angular está acoplado a um motor DC, cuja velocidade é determinada pela tensão aplicada na entrada indicada por Velocidade. Quando o motor gira, o encoder acompanha o movimento do motor, portanto, é possível medir a velocidade e o sentido de giro do motor. O encoder possui dois sensores com disco perfurado de único furo que determinam direção e controle. Quando o bit de controle (passo) sai do nível 0 para o nível 1 (borda de subida), com o bit de direção em nível 0, o motor está girando no sentido anti-horário. Quanto o bit de controle (passo) sai do nível 0 para o nível 1 (borda de subida), com o bit de direção em nível 1, o motor está girando no sentido horário. Para saber a resolução do encoder utiliza-se a seguinte expressão:

Para saber quantos graus o motor girou, basta contar o número de pulsos do bit de passos e multiplicar pela resolução do encoder.

Posição (em graus) = números de pulsos de passo x resolução do encoder.

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SENSOR DE PRESSÃO Introdução teórica Medidas de pressão são amplamente empregadas em diversas áreas, como em pesquisa e desenvolvimento. Na indústria de refrigeração, medidas de pressão são freqüentemente utilizadas no estudo de compressores. Existem diversos tipos de sensores de pressão pneumáticos e hidráulicos. Os medidores de pressão dependem da propriedade do fluido, densidade, viscosidade e temperatura. O sensor de pressão pneumática é constituído de um componente de silício piezelétrico (STRAIN GAUGE) que altera a resistência elétrica quando esta sofre deformação mecânica. O sensor mede pressão usado aqui vai de 0 a 7BAR (0 a 100psi), e fornece a sua saída uma tensão de 0 a 60mV.

PRESSOSTATOS É um instrumento de controle de pressão utilizado como componente do sistema de proteção de equipamento ou processos industriais. É constituído em geral por um sensor, um mecanismo de ajuste de set-point e uma chave de duas posições (aberto ou fechado). Como mecanismo de ajuste de set-point utiliza-se na maioria das aplicações uma mola com faixa de ajuste selecionada conforme pressão de trabalho e ajuste, e em oposição à pressão aplicada. O mecanismo de mudança de estado mais utilizado é o micro interruptor, podendo ser utilizado também ampola de vidro com mercúrio fechando ou abrindo o contato que pode ser do tipo normal aberto ou normal fechado.

FUNÇÃO DO PRESSOSTATO 167

A função do pressostato é proteger a integridade de equipamentos contra sobrepressão ou subpressão aplicada aos mesmos durante o seu funcionamento. TIPOS DE PRESSOSTATOS DIFERENCIAL COM DIFERENCIAL FIXO OU AJUSTÁVEL Quanto ao intervalo entre atuação e desarme, os pressostatos podem ser fornecidos com diferencial fixo e diferencial ajustável. O tipo fixo só oferece um ponto de ajuste, o de set-point, sendo fixo o intervalo entre os pontos de atuação e desarme. O tipo ajustável permite ajuste de set-point e também alteração do intervalo entre o ponto de atuação e o de desarme.

PRESSOSTATO DE BAIXA PRESSÃO Este pressostato é normalmente instalado no lado de baixa pressão em um circuito de pressão. O mesmo pode atuar como controle ou proteção do sistema. Suas características principais são: • Uma tomada de pressão; • Escala de trabalho e diferencial ajustável; • Relê elétrico tipo SPDT – polo simples e duplo acionamento; • Faixa de pressão: – 0,5 a 7 psi / 15 a 100 psi.

PRESSOSTATO DE ALTA PRESSÃO Este pressostato é instalado no lado de alta pressão em um circuito de pressão. Para controlar a alta pressão do sistema tem-se como opção o pressostato com rearme automático Suas características principais são: • Uma tomada de pressão; • Escala de trabalho e diferencial ajustável; • Relê elétrico tipo SPDT – polo simples e duplo acionamento; • Faixa de pressão: 6 a 31 psi / 90 a 450 psi.

PRESSOSTATO CONJUGADO DE ALTA E BAIXA PRESSÃO Este tipo de pressostato combina as funções de controle de alta e baixa pressão em um único produto. Suas características principais são: • Relês internos separados para a baixa e alta pressão - uma das opções é que ele pode possuir internamente os interruptores separados, onde temos um relê para a alta e outro para a baixa. Isto torna possível a sinalização de alarmes separados para alta e 168

baixa pressão mesmo utilizando uma peça conjugada; • Possui no lado de alta a possibilidade de ser reversível para rearme automático ou manual. • 2 Tomadas de pressão; • Escala de trabalho e diferencial ajustável; • Relê elétrico tipo SPDT – polo simples e duplo acionamento; • Faixa de pressão: –0,5 a 7 psi / 15” a 100” psi – Baixa e 6 a 31 psi / 90 a 450 psi – alta.

PRESSOSTATO DIFERENCIAL OU DE ÓLEO O pressostato diferencial ou de óleo, possui algumas aplicações possíveis em um sistema de refrigeração e outros.

• Utilizado para efetuar a parada do compressor devido a lubrificação inadequada; • Verificação da perda de carga em filtros de linha de líquido • Verificação da perda de carga em filtros de linha de sucção; • Verificação da perda de carga em filtros de óleo. O pressostato de óleo é sempre utilizado em compressores com lubrificação forçada, verificando a pressão diferencial da bomba de óleo. Para isto, admite duas tomadas de pressão: uma de baixa pressão (LP) e a outra de alta pressão (HP). O lado HP é conectado na saída da bomba de óleo e o lado de baixa na sucção da bomba ou no cárter do compressor. Possui uma regulagem interna da pressão diferencial que deverá ser ajustada de acordo com a especificação de cada fabricante de compressor. Devemos sempre lembrar que ele trabalha verificando se a bomba de óleo do compressor está em boas condições, ou ainda se não existe qualquer obstrução na sua sucção. Temos ainda o caso onde o óleo do compressor foi enviado para o sistema e não retornou para o cárter. Em todos estes casos devemos por segurança parar o compressor. Por se tratar de um equipamento de segurança o seu rearme é manual, ou seja, é necessária a presença de um mecânico para antes de rearmar o compressor, verificar as condições da instalação e o motivo pelo qual o compressor parou. Uma outra regulagem importante em um pressostato de óleo é o tempo de retardo. Este tempo serve para que o compressor possa partir e regularizar a pressão de óleo. Se depois de decorrido este tempo a pressão diferencial ainda não estiver dentro dos padrões, o sistema será parado pelo temporizador do pressostato.

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FUNCIONAMENTO - DIFERENCIAL FIXO - DIFERENCIAL VARIÁVEL

Ponto alto: Quando o esforço da pressão atua sobre a membrana (ou pistão) ponto 6, e seu valor é superior ao esforço da mola 2 provoca o deslocamento da alavanca 4 que faz mudar o estado elétrico do bloco de contatos 1. Teremos atingido então, o valor do ponto alto de regulagem. Ponto baixo: Quando o esforço da pressão diminui e torna-se inferior ao esforço da mola 2 a alavanca 4 desce e entra em contato com a alavanca 5, o esforço da mola 3 do ponto baixo se opõe à descida da alavanca 4 e se soma ao esforço da pressão ainda existente. Assim que, a soma dos esforços (pressão + mola 3) torna-se inferior ao esforço da mola 2 o contato retorna ao estado inicial. Teremos, neste momento, atingido o ponto baixo de regulagem. MODO DE FUNCIONAMENTO DO CONTATO ELÉTRICO O funcionamento dos contatos elétricos dos pressostatos de baixa, de alta e conjugado de alta e baixa, obedecem ao movimento do fole, que expande de acordo com a pressão. Os contatos elétricos modificam o seu estado dependendo do movimento do fole. Os pressostatos podem ter dois tipos básicos de contatos: • SPDT - Single Pole Double Throw – que significa, entrada comum e saída dupla. • SPST - Single Pole Single Throw – que significa, entrada comum e saída única. Com o aumento da pressão, o pressostato se move no sentido de fechar o contato 1 com 4. (ver ilustração).Quando a pressão diminui a situação contrária ocorre. A função “ligar” ou “desligar” o equipamento controlado por este pressostato depende da aplicação para o qual estamos destinando este controlador de pressão e também em função da definição do circuito elétrico como um todo.

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SENSOR DE TEMPERATURA Introdução teórica O sensor de temperatura semicondutora integrada serie LM35 fornece uma saída de tensão linear proporcional a temperatura centígrado. O circuito é construído de forma a funcionar em graus Kelvin cobrindo uma faixa de -55ºC à +150ºC de temperatura. O sensor de temperatura pode apresentar formatos de modelos diferentes com encapsulamento idêntico aos transistores.

A tensão de saída é de 10mV para cada grau Celsius, então para 25ºC teremos 0,25Volt na saída do sensor. Se esta tensão for aplicada a um circuito amplificador de ganho ajustável, pode-se obter uma tensão de referência que permite uma leitura direta da temperatura, por exemplo:

saída de 0,25V x ganho 10 = 2,5V. Onde 2,5V = 25 °C e 10V = 100 °C.

SENSOR DE NÍVEL Introdução teórica Um sensor de nível de água, baseado em dois eletrodos de um material inoxidável isolado entre si por uma camada acrílica onde o conteúdo líquido e a superfície acrílica constituem o dielétrico. O circuito elétrico deste tipo de sensor é semelhante ao sensor de proximidade Capacitiva.

Com a presença do fluído no interior do recipiente, o valor da capacitância entre os eletrodos se alteram. A variação da freqüência produzida no oscilador em função da variação da capacitância é convertida em tensão contínua. A medida em que o fluido se eleva no recipiente, a tensão de saída também aumenta. Por exemplo podemos ter: A escala relativa máxima de 10V para 1000 mililitros de água.

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O sensor de nível utilizado neste exemplo tem como finalidade a compreensão do seu funcionamento. Para um projeto profissional existem no mercado inúmeros tipos e formatos de sensores de nível que podem ser utilizadas em inúmeras finalidades.

DETECTOR ULTRA-SÔNICO Introdução teórica Ultra-som Existem diversas aplicações do ultra-som na indústria, medicina e aparelhos domésticos. As ondas ultra-sônicas são geradas por transdutores ultra-sônicos. O transdutor é constituído basicamente por uma fina camada de cristal de quartzo colocado sobre dois terminais.

Quando aplicamos um esforço mecânico sobre a superfície do cristal, este esforço mecânico (pressão) converte em energia elétrica. Uma energia elétrica aplicada nos terminais do eletrodo, a tensão elétrica produz deformação na estrutura do cristal (dimensão) produzindo ondas sônicas. Este fenômeno é chamado de efeito piezelétrico. O ar não é um bom condutor para as vibrações mecânicas. As ondas de ultra-som sofrem grande atenuação ou amortecimento no meio em que se propaga. Este amortecimento mecânico é chamado “Dumping”. As freqüências mais altas sofrem maior amortecimento do que as freqüências mais baixas. 172

Um sistema de ultra-som deverá operar com freqüência adequada para cada tipo de aplicação. Um sistema ultra-sônico pode funcionar com freqüências compreendidas de 20kHz a 100kHz (baixa freqüência), 100kHz a 10MHz (alta freqüência). Na figura abaixo está mostrado o receptor e transmissor ultra-sônico.

Se posicionarmos os sensores ultra-sônicos de forma a formar um ângulo conforme está mostrado a figura, o feixe de ultra-som se propagará até encontrar algum obstáculo. As vibrações mecânicas do ar ao encontrar um obstáculo serão refletidas e retornará até o receptor de forma que será possível calcular a distância do anteparo. Pode-se também utilizar um único sensor ultra-sônico colocado de forma que possa emitir e receber o mesmo sinal refletido em um obstáculo. A emissão é feita de modo pulsado com duração bem determinada. O aparelho emite ultra-sons em forma de pulsos de ondas que atingem o objeto, sendo refletidas sobre a forma de eco e voltando ao aparelho receptor. Com base no tempo entre a emissão e a recepção, é calculada a distância.

O ultra-som é empregado em diversas áreas. Na mecânica, para medidas de densidade de fluidos, cavidades em metais, medidores de distâncias etc. Na segurança, o ultra-som é utilizado para detectar presença de corpos em recintos, alarme de presença em carros etc. O uso do ultra-som de baixa intensidade em medicina, para diagnóstico, se baseia na reflexão das ondas ultra-sônicas. O diagnóstico com ultra-som é mais seguro porque as ondas não são radiações ionizantes como os raios-x e por isso há a preferência em uso nos exames pré-natais.



A freqüência de trabalho do sensor depende do sentido de corte e da espessura do cristal piezelétrico. Um emissor de 40kHz possui uma espessura específica para oscilação nesta freqüência. À medida que a freqüência de trabalho cresce a espessura do cristal diminui. O receptor ultra-sônico de cristal, quando recebe as ondas mecânicas, ele entra em ressonância e gera tensão senoidal. Na freqüência de ressonância a tensão é máxima

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SENSOR MAGNÉTICO DE EFEITO HALL Introdução teórica Efeito Hall O efeito Hall foi descoberto em 1879, por Edwin Herbert Hall. Quando um condutor é submetido a um campo magnético perpendicular a direção da corrente elétrica, uma diferença de potencial surge nas laterais deste condutor na presença do campo magnético. Este efeito ocorre devido a cargas elétricas tenderem a desviar-se de sua trajetória por causa da força de Lorentz. Desta forma cria-se um acúmulo de cargas nas superfícies laterais do condutor produzindo uma diferença de potencial. Parte da corrente elétrica se desloca para a lateral e as lacunas de portadores positivos para a outra. O acúmulo de cargas elétricas iguais nas laterais do semicondutor cria-se uma diferença de potencial chamado tensão Hall. O efeito Hall existir em qualquer material condutor, entretanto nos semicondutores o efeito é mais intenso. Quando uma corrente flui pelo semicondutor e é cortado por um campo magnético perpendicular à sua superfície, pode causar uma diferença de potencial em uma direção perpendicular tanto ao campo magnético quanto à corrente I.

Caso há a mudança do sentido do campo magnético sobre o semicondutor, a polaridade da tensão HALL também muda. O sensor Hall é um elemento sensitivo em campos magnéticos contínuos ou alternados. Na figura a seguir está mostrado o aspecto do sensor Hall (semicondutor).

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Esta característica do semicondutor de efeito Hall possui grande vantagem na sua aplicação. O sensor de efeito Hall é utilizado na indústria automobilística, sistema de automação industrial, medidores de campo magnético,sistema aeroespacial e em inúmeras aplicações. A maioria dos instrumentos de medidas magnética (Gaussímetro) utiliza sensores de efeito HALL.

CHAVE MAGNÉTICA (REED SWICTH) Introdução teórica “Reed switch” O reed switch é uma chave acionada por um campo magnético. Foi inventado no laboratório Bell Telephone por W.B. Elwood. Esta chave magnética é constituída de um par e contatos ferro magnético hermeticamente fechado dentro de um bulbo de vidro. O contato pode ser normalmente aberto ou fechado. A chave abre ou fecha na presença de um campo magnético aplicado sobre o componente. Para funcionar como rele, o reed switch é colocado no interior de uma bobina. Os dois contatos magnéticos existentes no invólucro são eletricamente condutivos que estão separadas por uma distancia onde a chave se abre. Os reed switch pode ser simples ou múltiplos com contatos normalmente abertos ou fechados.

SENSOR DE GÁS COMBUSTÍVEL Introdução teórica Gás Um gás é o conteúdo da fase gasosa, no qual a matéria tem forma e volume variáveis. Nos gases, as moléculas se movem livremente e com grande velocidade. A força de coesão é mínima e a de repulsão é enorme. A Física classifica os gases em duas categorias: os gases perfeitos ou ideais os gases reais. Na verdade, nenhum gás é perfeito. Só pode ser tratado como tal, um gás em muito baixa pressão e temperatura. Outra classificação possível para os gases é aquela que considera os efeitos para a saúde humana, quando inalados. Assim, há os inofensivos (oxigênio, hélio), quando dispersos em quantidade normal na atmosfera. Os considerados venenosos (capazes de matar). Os Tóxicos: ácido cianídrico(produz a morte quase instantaneamente), amoníaco do anidro sulfuroso, benzina, iodacetona, cianuretos alcalinos de potássio, sódio etc. Os Asfixiantes: que provocam a cessação das trocas orgânicas (provocando a redução do teor de oxigênio e o conseqüente aumento de gás carbônico no sangue) tais como oxicloreto, tetraclorossulfureto de carbono, cloroformiato de metila clorado, bromo, fosgeno. 175

Detector de gás Normalmente os sensores de gás combustível podem funcionar como sensor de fumaça. Este tipo de sensor é constituído de um micro tubo de cerâmica AL 2O3 e impregnado com uma camada sensitiva de Metal de Dióxido (SnO2) fixado por um terminal condutor sobre a camada deste metal. Em caso de sensor de temperatura, os dispositivos contem um micro indutor de uma liga metálica de níquel-cromo (Ni-Cr).

Alguns sensores de gás de semicondutor podem ser sensíveis à temperatura, em outros tipos de fluidos em forma gasosa como álcool, benzina e gases de cozinha etc. Na figura abaixo a seguir está mostrado sensor de gás combustível.

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ATUADORES Como já foi comentado nos estudos anteriores, um sistema de automação industrial é constituído de três tipos de elementos: • Sensores • Controladores (comando e regulação) • Atuadores (acionamento) Cada um desses elementos pode ser implementado usando-se três tipos de energia: • Pneumática • Hidráulica • Elétrica A utilização de sensores e motores elétricos (já apresentado) abrange uma grande gama de aplicações, no entanto existem situações em que somente a energia hidráulica e pneumática oferece uma solução mais eficiente e de baixo custo. Além disso, em algumas aplicações não é permitido a ocorrência de faíscas elétricas (pintura de automóvel, mina de carvão, fábrica de armamentos, etc..), não sendo interessante nesse caso utilizar motores elétricos, por exemplo. Assim, atuadores hidráulicos são utilizados quando cargas da ordem de até centenas de toneladas estão envolvidas, como por exemplo, em tratores, guindastes, ou quando se deseja uma alta precisão de posicionamento, como em máquinas de usinagem de precisão, micromanipuladores, etc..., que em geral não podem ser obtidos com motores e sistemas elétricos Atuadores pneumáticos são utilizados quando estão envolvidas cargas da ordem de até uma tonelada onde se deseja movimentos de duas posições (início e fim) limitadas por batentes mecânicos, como em máquinas de fixação ou transporte de peças, ou quando se deseja altas rotações (milhares de r.p.m.), como no caso de fresadoras pneumáticas, broca de dentista, etc... Eventualmente encontraremos equipamentos em que ocorre uma combinação do uso das energias acima. Por exemplo, em sistemas eletropneumáticos temos atuadores pneumáticos acionados por controladores elétricos ou eletrônicos, bem como, sensores elétricos ou pneumáticos. O mesmo ocorre em sistemas eletrohidráulicos. Atualmente existem várias aplicações da pneumática no meio industrial e mesmo na nossa vida diária. Entre alguns exemplos de aplicações atuais de pneumática podemos citar: • prensas pneumáticas; • dispositivos de fixaçao de peças em máquinas ferramenta e esteiras; • acionamento de portas de um ônibus urbano ou dos trens do metrô; • sistemas automatizados para alimentação de peças; • robôs industriais para aplicações que não exijam posicionamento preciso; • freios de caminhão; • parafusadeiras e lixadeiras; • broca de dentista; • pistola de pintura; • correio pneumático.

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TECNOLOGIA DE ACIONAMENTO PNEUMÁTICO Assim, como no caso dos motores elétricos, o sistema de acionamento pneumático é constituído pelos elementos mostrados na figura abaixo.

Os sistemas de comando são os responsáveis por controlar o atuador pneumático mediante a informação dos sensores. Pode consistir num microcomputador por exemplo. Já o sistema de comando de potência vai converte os sinais recebidos do sistema de comando em sinais de níveis de energia coerente para acionar os atuadores. Na tabela abaixo temos comparação entre os sistemas elétrico, pneumático, hidráulico e mecânico do ponto de vista de energia,comando e acionamento.

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ATUADORES PNEUMÁTICOS Os atuadores pneumáticos são classificados em atuadores lineares que geram movimentos lineares e atuadores rotativos que geram movimentos rotativos que serão descritos a seguir. As principais características dos atuadores pneumáticos são: • Apresentam baixa rigidez devido à compressibilidadedo ar; • Não há precisão na parada em posições intermediárias; • Apresentam uma favorável relação peso/potência; • Dimensões reduzidas; • Segurança à sobrecarga; • Facilidade de inversão; • Proteção à explosão. A tabela a seguir descreve os tipos de atuadores pneumáticos e suas aplicações.

Vamos apresentar a seguir alguns desses acionamentos e suas características e funcionamento.

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ATUADORES LINEARES Cilindro de Simples Ação Esse tipo de atuador é apresentado abaixo juntamente com o seu símbolo e características construtivas. Consiste de um pistão com uma mola. Ao se reduzir a pressão a mola retorna o pistão. Entre as suas características temos: • Consumo de ar num sentido; • Forças de avanço reduzidas (em 10%) devido à mola; • Maior comprimento e cursos limitados; • Baixa força de retorno (devido à mola).

Cilindro de Dupla Ação Esse tipo de atuador juntamente com o seu símbolo e características construtivas e visto abaixo. A atuação é feita por ar comprimido nos dois sentidos. Entre as suas características temos: • Atuação de força nos dois sentidos, porém com força de avanço maior do que a de retorno; • Não permite cargas radiais na haste; É o mais utilizado possuindo inúmeras aplicações, como prensas, fixadores, etc.… O curso não pode ser muito grande, pois surgem problemas de flambagem.

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Cilindros de Membrana Abaixo descrevemos esse tipo de atuador. Consiste num cilindro de simples ação com grande diâmetro possuindo uma membrana ao invés de um pistão. A idéia é fornecer altas forças (até 25000 N) num curso limitado (60 mm) (por problemas de espaço, por exemplo).

É utilizado em aplicações como prensas, mas principalmente no acionamento de servoválvulas hidráulicas. Cilindro de Dupla Ação com Haste Passante Abaixo descrevemos esse tipo de atuador. Consiste num cilindro de dupla ação com haste em ambos os lados. Entre as suas características temos: • Possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos; • Absorve pequenas cargas laterais; • Força igual nos dois sentidos.

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Cilindro Sem Haste Estes cilindros são aplicados onde são necessários cursos muito grandes e surgem problemas de flambagem na haste de um cilindro comum. Apresentam a mesma área em ambos os lados e por isso mesma força de avanço e retorno. São aplicados em acionamento de portas, alimentador de peças, etc. Existem três tipos descritos a seguir. 1. Com tubo fendido A figura 6.1.5.1 descreve esse tipo de cilindro. Essa montagem permite absorver elevados momentos e forças transversais, no entanto a vedação consiste num ponto crítico. É utilizado em particular em catapultas de porta aviões, onde é acionado por vapor superaquecido.

2. Com imã A figura 6.1.5.2 descreve esse tipo de cilindro. Não tem problemas de vedação como o anterior, mas a transmissão da força é limitada pelo imã. É utilizado em robôs cartesianos.

3. Com cabo ou fita A figura 6.1.5.3 descreve esse tipo de cilindro. Não há problema de flambagem, pois as fitas estão sobre tração. Muito usado no acionamento de portas.

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Cilindro de Múltiplas Posições Esse tipo de atuador juntamente com o seu símbolo e exemplo de aplicação. Consiste em dois ou mais cilindros montados em conjunto para alcançar várias posições. Com n cilindros de cursos n desiguais, pode-se obter 2 posições distintas.

É aplicado em mudança de desvios (ver figura), acionamento de válvulas, etc.. Cilindro Tandem A seguir descreve esse tipo de atuador juntamente com o seu símbolo e característica construtiva. Consiste em dois cilindros acoplados mecanicamente em série. É aplicado principalmente em pregadores penumáticos. Entre as suas características temos: • Grande força com pequeno diâmetro; • Grande dimensão de comprimento; • Somente para pequenos cursos.

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Cilindro de Percussão Descrevemos esse tipo de cilindro juntamente com o seu símbolo e característica construtiva. É usado para gerar um alta força de impacto e alta velocidade (7,5 a 10 m/s). Funciona da seguinte forma: • Inicialmente é aplicado pressão nas câmaras A e B (ver figura 6.1.8.1), e o valor da pressão é aumentado em ambos os lados; • Num certo instante, a câmara A é exaurida (pressão atmosférica) e o pistão é empurrado pela pressão da câmara B; • Ao se movimentar um pouco a área em que a pressão da câmara B atua tem seu diâmetro aumentado bruscamente como mostrado na figura, o que faz com que o pistão seja acelerado violentamente; • A energia cinética do pistão é convertida em força de impacto.

Apresenta um pequeno curso. É aplicado em prensas pneumáticas para forjamento, britadeiras, rebitadeiras, etc.

Cilindro Telescópico Abaixo descreve esse tipo de atuador. É composto de vários cilindros montando em série um dentro do outro. Apresenta curso longo e dimensões reduzidas de comprimento, porém um diâmetro grande face à força gerada. É aplicado em máquinas que precisam de um longo curso e comprimento reduzido.

Cilindro Telescópico

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Atuadores Rotativos Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num movimento rotativo com ângulo limitado de rotação. A figura a seguir descreve esse tipo de cilindro juntamente com o seu símbolo e a sua característica construtiva. Nesse caso a conversão do movimento é feita utilizando-se um sistema pinhão-cremalheira. A rotação tem ângulo limitado podendo ser regulada de 45 O até 720O.

A figura 6.2.2 ilustra um outro tipo de cilindro chamado cilindro de aleta giratória. Seu ângulo é limitado em 300O e apresentam problemas de vedação. São aplicados para girar peças, curvar tubos, acionar válvulas, etc.

Cilindro de aleta giratória.

Unidades Hidropneumáticas A compressibilidade do ar não permite um posicionamento preciso dos cilindros pneumáticos bem como manter uma velocidade constante na presença de cargas variáveis. No entanto, em muitos casos não é conveniente usar um sistema hidráulico, pois apenas a alimentação pneumática está disponível na empresa. Nesse caso utilizam se as unidades hidropneumáticas como mostrado na figura abaixo. O acionamento é pneumático, no entanto há um cilindro hidráulico que se desloca juntamente em paralelo, fornecendo a rigidez necessária ao movimento e aumentando a estabilidade da velocidade e posição do circuito pneumático. O circuito hidráulico pode ser ajustado através de um estrangulamento variável.

Unidade hidropneumática 185

Outros Dispositivos Pneumáticos Mesa Pneumática A figura 7.1.1 ilustra uma mesa pneumática ou “almofada de ar”. Essencialmente, consiste numa chapa de metal com dutos no seu interior que direcionam o fluxo de ar para a região de contato entre a chapa e o solo. Muito útil para reduzir o atrito no transporte de altas cargas sendo também muito utilizada em máquinas de precisão (mesas de medição).

Mesa pneumática Pinça Pneumática A figura 7.2.1 ilustra um dispositivo que atua como uma pinça em máquinas ferramentas para prender a ferramenta de usinagem. Trata-se essencialmente de um pistão de simples ação. Permite a fixação rápida e com grandes forças da ferramenta.

Pinça pneumática.

Válvulas Pneumáticas As válvulas comandam e influenciam o fluxo de ar comprimido. Existem quatro tipos de válvulas: • Válvulas Direcionais: comandam a partida, parada e sentido de movimento do atuador; • Válvulas de Bloqueio: bloqueiam o fluxo de ar preferencialmente num sentido e o liberam no sentido oposto; • Válvulas de Fluxo: influenciam a vazão de ar comprimido; • Válvulas de Pressão: influenciam a pressão do ar comprimido ou são comandadas pela pressão. A figura a seguir ilustra um esquema envolvendo um cilindro, uma válvula de fluxo e uma válvula direcional.

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Esquema de um cilindro com válvulas. As válvulas são representadas por símbolos gráficos. A figura abaixo ilustra como o símbolo é usado para representar a comutação de uma válvula direcional. O símbolo é formado por dois “quadrados”, cada um representando uma posição da válvula. Assim na posição de “retorno” a câmara do pistão está ligada na atmosfera enquanto que na posição de avanço a rede está alimentando o pistão.

Simbologia de comutação da válvula. Essa válvula possui duas posições de comutação e 3 conexões, sendo por isso, chamada válvula 3/2 vias. Assim a nomenclatura das válvulas obedece à seguinte regra:



Uma válvula m/n vias significa que é uma válvula que possui m conexões e n posições e comutação. A tabela abaixo ilustra diversos tipos de válvulas direcionais. Tabela 9.1 - Tipos de válvulas direcionais.

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Diferentes configurações mecânicas de válvulas podem ser representadas por um símbolo se possuírem a mesma função. A tabela a seguir indica a notação para se denominar as conexões das válvulas.

Válvulas Direcionais Princípio de Funcionamento A figura abaixo ilustra o funcionamento de uma válvula 3/2 vias acionada por botão e com retorno por mola, mostrando a sua posição de repouso e a posição acionada.

Funcionamento de uma válvula 3/2 vias acionada por botão e com retorno por mola. Acionamento das Válvulas Direcionais As válvulas direcionais podem ser acionadas de forma manual, mecânica, pneumática e elétrica como mostrado na figura abaixo.

Tipos de acionamento manual, mecânico, pneumático e elétrico As válvulas com acionamento elétrico são usadas em eletropneumática

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Execução Construtiva das Válvulas Existem dois tipos de execução construtiva de válvulas: válvulas de assento e válvulas de êmbolo deslizante. Válvulas de assento A execução em assento é ilustrada na figura a seguir:

Execução em assento. Entre as características da execução em assento temos:

    

Estanqueidade perfeita; Requerem elevadas forças de acionamento devido ao diâmetro do seu êmbolo; Comutam rapidamente com curso reduzido; Insensíveis à impureza; Comutam de modo brusco (devido à variação brusca de área do êmbolo).

Válvulas de êmbolo deslizante

Execução em êmbolo

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Entre as características da execução em êmbolo temos:  Construção simples e pequeno volume construtivo;  Estanqueidade condicional (depende da pressão);  Requer pequena força de acionamento devido ao diâmetro do seu êmbolo;  Curso de comutação longo;  Sensíveis à impureza; Exaustão Cruzada Ocorre quando há comunicação simultânea entre todas as conexões durante a comutação por apenas alguns segundos. Isto provoca escape de ar que não é usado no trabalho. A figura a seguir ilustra uma válvula 3/2 vias com execução de assento que apresenta exaustão cruzada.

Válvula 3/2 vias com exaustão cruzada. A parte escura representa ar. A forma de evitar isso é alterando o mecanismo da válvula. A figura abaixo ilustra uma válvula 3/2 vias que não apresenta exaustão cruzada.

Válvula 3/2 vias sem exaustão cruzada. A parte escura representa ar.

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Tipos de Válvulas Direcionais As válvulas pneumáticas podem ser pré-operadas pneumaticamente. Nesse caso, o impulso de comando não é efetuado sobre a válvula principal, mas sobre uma válvula de pilotagem adicional, que por sua vez aciona a válvula principal através da pressão do ar. Com isso se reduz a força de acionamento necessária. É usada em válvulas de assento que requerem elevadas forças de acionamento ou em válvulas de comando eletromagnético, para poder utilizar pilotos elétricos de pequenas dimensões. Os tempos de comutação são mais longos e necessitam uma fonte de pressão. A figura abaixo ilustra esse tipo de válvula na execução de assento e sua representação no circuito pneumático.

Válvula 3/2 vias com acionamento pneumático e exemplo de circuito. A parte escura representa ar.

Um outro tipo de válvula acionada pneumaticamente está ilustrada na figura abaixo e é chamada “biestável” que trabalha segundo o princípio de assento flutuante. Esta válvula é comutada alternadamente por impulsos, mantendo a posição de comando até receber um novo impulso (biestável). O pistão de comando se desloca no sistema de corrediça.

Válvula 5/2 vias bi-estável e exemplo de circuito. A parte escura representa ar.

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Esse tipo de válvula é muito utilizado em pneumática. A figura abaixo também ilustra o uso dessa válvula no circuito pneumático. A figura abaixo ilustra uma válvula direcional 3/2 vias servo-comandada. Consiste num sistema mecânico que aciona um sistema pneumático que aciona a válvula principal. A força para acionamento do sistema mecânico está em torno de 1,8 N.

Acionando-se a alavanca do rolete abre-se a válvula de servo-comando. O ar comprimido flui para a membrana e movimenta o prato da válvula principal para baixo. A comutação da válvula se efetua em duas etapas. Primeiro, fecha-se a passagem de A para R, depois se abre a passagem de P para A. O retorno efetua-se ao soltar a alavanca do rolete. Isto provoca o fechamento da passagem do ar para a membrana e posterior exaustão. A figura abaixo ilustra uma válvula 3/2 vias servo-comandada acionada por botão.

Válvula 3/2 vias servo-comandada acionada por botão. A figura a seguir ilustra uma válvula 5/2 vias de êmbolo deslizante acionada pneumaticamente.

Válvula 5/2 vias de êmbolo acionada pneumaticamente. A figura a seguir ilustra duas válvulas 3/2 vias acionadas por solenóide (acionamento eletromagnético) que são usadas em eletropneumática. 192

Válvulas 3/2 vias acionadas por solenóide.

Especificação das Válvulas Direcionais A válvulas são especificadas mediante o valor nominal de vazão de ar (QN). O valor de QN é um valor de aferição para pressão de 6 bar, relacionado com uma queda de pressão de 1 bar na válvula e uma temperatura de 20°C e está especificado no catálogo do fabricante. A vazão da válvula nas condições de operação deve ser calculada usando-se gráficos fornecidos pelos fabricantes. Além da vazão nominal deve-se especificar o tamanho das conexões

Válvulas de Bloqueio Válvula de Retenção Essas válvulas permitem o fluxo livre num sentido e bloqueiam completamente o fluxo no sentido oposto. São construídas na execução de assento com mola como mostrado na figura abaixo.

Válvula de retenção. São muito usadas em conjunto com uma válvula de fluxo para ajustar a velocidade dos atuadores pneumáticos (ver adiante).

Válvula Alternadora (“OU”) Esse tipo de válvula (e seu símbolo) que é equivalente ao elemento lógico "OU" da eletrônica digital. Ela somente fornece sinal de saída quando pelo menos tiver um sinal de pressão numa conexão de entrada. É usada quando se deseja acionar o atuador pneumático por dois tipos de válvulas como mostrado na figura abaixo.

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Válvula alternadora e exemplo de circuito.

Válvula de Duas Pressões (“E”) Esse tipo de válvula (e seu símbolo) que é equivalente ao elemento lógico "E" da eletrônica digital. Somente fornece saída em A quando existirem dois sinais de entrada Px e Py simultâneos e de mesmo valor. Existindo diferença de tempo nos sinais de entrada Px e Py, o sinal atrasado vai para saída. Quando há diferença de pressão dos sinais de entrada, a pressão maior fecha um lado da válvula e a pressão menor vai para a saída A. É muito usada em comandos de segurança quando se deseja que o atuador seja acionado somente quando duas válvulas são pressionadas simultaneamente como mostrado no circuito da figura abaixo.

Válvula de duas pressões. Válvula de Escape Rápido Através dessa válvula é possível exaurir grandes volumes de ar comprimido aumentando a velocidade dos cilindros. Quando há pressão em P o elemento de vedação adere ao assento do escape e o ar atinge a saída para o atuador. Quando a pressão em P deixa de existir, o ar que agora retorna pela conexão A, movimenta o elemento de vedação contra a conexão P e provoca o seu bloqueio (ver figura). Dessa forma o ar pode escapar por R rapidamente para a atmosfera, evitando que o ar passe por uma canalização longa e de diâmetro pequeno que reduze o seu fluxo. Essa válvula é colocada diretamente na saída do cilindro como mostrado na figura.

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Válvula de escape rápido.

Válvulas de Fluxo Essas válvulas reduzem a seção de passagem para modificar a vazão do ar comprimido e assim controlar a velocidade dos atuadores. Para uma dada seção de passagem a vazão depende somente da diferença de pressão entre as duas extremidades da seção. A figura abaixo ilustra os diferentes tipos de seção de passagem e seus símbolos.

Seções de passagem. Válvula Reguladora Unidirecional Trata-se da combinação em paralelo de uma válvula estranguladora variável e uma válvula de retenção. É usada quando se deseja regular o fluxo num único sentido. A figura abaixo ilustra essa válvula, seu símbolo e sua montagem no circuito pneumático.

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A figura abaixo ilustra um detalhe de montagem dessa válvula no circuito do atuador. Na montagem do circuito da esquerda somente um lado do pistão está submetido à pressão do ar, assim se ocorrer uma aplicação de carga brusca na haste do pistão (tração ou compressão) o mesmo irá se mover (a válvula de retenção permite o fluxo fácil de ar), ou seja, esse tipo de circuito não dá rigidez ao movimento da haste. Já no circuito da direita ambos os lados do pistão estarão sob pressão, pois o estrangulamento impõe uma perda de carga para a saída de ar do pistão. Assim esse circuito dá mais rigidez ao movimento do pistão que não fica sujeito às oscilações devido a variações da carga.

Diferentes montagens da válvula reguladora no circuito pneumático.

Válvulas de Fechamento São essencialmente "torneiras" pneumáticas que bloqueiam manualmente o fluxo de ar. A figura abaixo ilustra esse tipo de válvula cuja construção é similar a torneira hidráulica doméstica.

Válvula de fechamento.

VÁLVULAS DE PRESSÃO Válvula Reguladora de Pressão Essa válvula é usada para limitar a pressão que alimenta um equipamento pneumático já tendo sido explicada anteriormente.

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Válvula Limitadora de Pressão São utilizadas como válvulas de segurança ou alívio contra sobrepressões. A figura a seguir ilustra esse tipo de válvula. No momento em que um valor de pressão pré-estabelecido é superado, abre-se uma passagem no interior da válvula contra a pressão de uma mola e o ar comprimido é exaurido para atmosfera.

Válvula limitadora de pressão Conversores pneumático-elétrico ou pressostatos Serve para transformar um sinal de entrada pneumático num sinal de saída elétrico. Em geral a pressão age sobre um êmbolo (ou membrana) que se desloca efetuando o contato. A regulagem da pressão em que o contato ocorre é feita regulando se a distância entre que o êmbolo deve mover para realizar o contato. A figura a seguir ilustra um pressostato de calibragem fixa e um variável.

Pressostatos de calibragem fixa e variável

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TEMPORIZADORES PNEUMÁTICOS Servem para criar um retardo no envio ou na recepção de um sinal de comando. A figura a seguir ilustra um temporizador que retarda a emissão do sinal e sua simbologia. A aplicação do sinal em X provoca após um tempo de retardo, o aparecimento de um sinal de saída em A. A temporização é obtida através de um progressivo aumento da pressão no pequeno reservatório provocado pela entrada do sinal X que por sua vez passa através de um estrangulamento regulável. Após um tempo t a pressão é suficiente para comandar o êmbolo da válvula 3/2 vias. Interligando as conexões P com A. Ao cessar o sinal em X, o ar do reservatório sai pela membrana de retenção do estrangulamento. A figura da também ilustra graficamente os sinais em X e A em função do tempo.

Válvula temporizadora que retarda a emissão do sinal.

A figura a seguir ilustra uma válvula temporizadora que retarda a interrupção do sinal e sua simbologia. O princípio de funcionamento é análogo à válvula anterior. O gráfico da mesma figura ilustra os sinais em X e A em função do tempo.

Válvula temporizadora que retarda a interrupção do sinal

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ELETROPNEUMÁTICA Em eletropneumática o comando é executado por um circuito elétrico do tipo Controlador Lógico Programável (CLP) ou através de um microcomputador. Utiliza válvulas pneumáticas direcionais atuadas por solenóides (já descritas anteriormente) apenas para comandar diretamente os pistões. Na verdade o solenóide aciona um sistema pneumático que aciona a válvula. Os componentes (válvulas) que realizam o controle são substituídos por relés, comutadores de potência, interruptores, pressostatos e sensores elétricos. É recomendada para ambientes em que não há risco de explosão. A figura a seguir ilustra alguns elementos básicos de eletropneumática e seus símbolos. O botão fechador está normalmente aberto enquanto que o abridor está normalmente fechado. O comutador abre e fecha contatos ao mesmo tempo.

Botões fechador, abridor e comutador. Outro elemento muito usado é o relé. O relé consiste num elemento de comutação acionado eletromagneticamente como mostrado na figura a seguir. Note na figura que um relé pode ligar e desligar vários circuitos, pois podem existir várias chaves que são atuadas (mecanicamente) pela sua bobina.

Relé.

A figura a seguir ilustra um circuito eletropneumático simples em que o interruptor S1 aciona o solenóide Y1 da válvula do pistão. Note o símbolo do solenóide da válvula. Os pólos + e - representam os pólos da rede elétrica.

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Circuito eletropneumático simples.

No entanto, devido às altas correntes que são em geral necessárias para acionar a válvula o circuito de acionamento é separado do circuito de controle. Assim o interruptor S1 acionaria um relé de baixa corrente K1 que acionaria o solenóide Y1 como mostrado na figura 14.4.

Circuito de controle e de potência. A figura abaixo ilustra um circuito eletropneumático que comanda um cilindro de dupla ação acionada por uma válvula 5/2 vias. K1 e K2 são relés e Y1 e Y2 os solenóides das bobinas. Note que agora temos apenas interruptores elétricos (S1, S2 e S3).

Circuito eletropneumático A figura abaixo ilustra dois circuitos em que o relé se mantém ligado ao ser acionado somente desligando quando acionado o botão desliga. Ao lado temos um exemplo de aplicação. O circuito é chamado "ligar dominante" quando ao pressionar simultaneamente os botões liga e desliga o circuito liga, e "desligar dominante" caso contrário. 200

O projeto dos circuitos eletropneumáticos segue o mesmo processo que os circuitos pneumáticos, podendo se usar os dois métodos (intuitivo e passo-a-passo). A figura ilustra um circuito eletropneumático que executa a seqüência direta A+B+AB-, projetado usando o método intuitivo. Aqui também há problemas com sobreposição de sinais e para seqüências indiretas devemos usar o método passo-a-passo.

Circuito eletropneumático que realiza a seqüência direta A+B+A-B-.

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No caso do método passo-a-passo cada evento do circuito será realizado pelo sub-circuito ilustrado na figura abaixo.

Subcircuito responsável por um evento da seqüência no método passo-a-passo.

Assim, note que cada relé Ki se mantém ligado, arma o subcircuito do evento seguinte e desarma o subcircuito do evento anterior. A figura abaixo ilustra um circuito eletropneumático que comanda a seqüência indireta A+B+C+C-A-B-.

Circuito eletropneumático que comanda a seqüência A+B+C+C-A-B-. Note que, como no circuito pneumático o último subcircuito deve estar ligado para que o circuito possa ser iniciado, por isso é necessário o botão de rearme mostrado.

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REDES DE SENSORIAMENTO Introdução Dentro de uma planta automatizada é possível classificar diferentes níveis de automação que caracterizam as hierarquias do processo de acordo com a funcionalidade específica. A figura abaixo representa a chamada Pirâmide de Automação com os diferentes níveis de automação encontrados em uma planta industrial.

Pirâmide de Automação – Visão Geral Na base da pirâmide está envolvido o Controlador Programável atuando sobre máquinas e motores, estes por sua vez alimentados por inversores, conversores ou sistemas de partida suave. No topo da pirâmide, a característica marcante é a informatização ligada ao setor corporativo da empresa. Quanto aos níveis intermediários, é possível fazer uma breve descrição de cada nível: • Nível 1: É o nível das máquinas, dispositivos e componentes (chão de fábrica), onde a automação é realizada pelo controlador programável (CLP). Ex: Máquinas de Embalagem/Linhas de Montagem/Máquinas de Formulário. • Nível 2: Este nível se caracteriza quando algum tipo de supervisão está associado ao processo. É o nível onde se encontram Sistemas Supervisórios e IHM’s (Interfaces Homem Máquina), normalmente interligados em redes de comunicação. Ex: Máquina Automatizada para linha de engarrafamento e processos de batelada. • Nível 3: Este nível permite o controle do processo produtivo da planta. Normalmente é constituído por bancos de dados com informações dos índices de qualidade da produção, relatórios e estatísticas de processo, índice de produtividade, etc. Ex: Avaliação e controle de qualidade em processo químico ou alimentício. • Nível 4: Este é o nível responsável pela programação e planejamento dos elementos constituintes da fábrica, realizando o controle de suprimentos e sendo responsável pela manutenção da qualidade. Ex: Acompanhamento de suprimentos e estoques em função do planejamento produtivo da indústria. 203

• Nível 5: Finalmente este nível é o responsável pelo planejamento dos recursos da empresa, onde se encontram os softwares responsáveis pela gestão de vendas e gestão financeira. Aqui são realizados a decisão e o gerenciamento de todo o sistema. Ex: Indústrias de Fermentação: sistema produtivo de fabricação de bebidas em conjunto com soluções de gestão empresarial. Da análise da Pirâmide de Automação, chega-se a conclusão que as plantas devem possuir seus níveis funcionais cada vez mais interconectados, buscando um fluxo de dados tanto entre camadas de mesmo nível (fluxo horizontal) quanto níveis diferentes (fluxo vertical). O fluxo vertical visa integrar níveis diferentes, dentro de uma visão sistêmica. Uma das maneiras de iniciar esse processo de sinergia entre as camadas que compõem a operação é iniciar a integração pelo nível 1 (operacional), onde se encontram os dispositivos e componentes da operação propriamente dita. Os sinais de processo gerados neste nível operacional são convertidos em elétricos e transmitidos aos controladores programáveis por meio dos sensores e transdutores. Deve-se observar que estes são sinais elétricos originários de operações físicas dos elementos do “chão de fábrica”. De posse desses sinais elétricos, faz-se necessário interconectar os elementos em uma rede de comunicação. Essa comunicação é feita geralmente utilizando a abordagem clássica da filosofia “mestreescravo”, em que uma estação “mestre” controla o fluxo de informações com as estações “escravas” dispostas ao longo da planta. A presença de uma estrutura física para troca de informações (meio físico) torna possível essa movimentação de dados, ou seja, uma rede de comunicação dedicada à conexão dos elementos sensores e transdutores dispostos ao longo da planta, no nível operacional. Além da estrutura física, um padrão de comunicação também é requerido, de maneira a gerenciar a troca de “pacotes” de informações. Diante disto, o uso de soluções envolvendo ASI (Actuator Sensor Interface – Interface para Sensores e Atuadores) é uma das mais tradicionais aplicações dentro do nível 1 ou “chão de fábrica”. A rede AS-Interface existe desde 1994, com a qual sinais analógicos e digitais juntos ao processo e à máquina podem ser transmitidos de forma digital. A AS-Interface é uma interface universal entre os sinais de comando e os sensores / atuadores dos níveis de chão-de-fábrica. Não faz muito tempo que a pressão para redução de custos na automação exigiu uma mudança estrutural. O que alavancou esta mudança foram os imensos custos provocados pela instalação dos cabos que tinham que ser usados para a conexão do nível de campo aos equipamentos de automação (normalmente controladores lógicos programáveis), pois cada um dos atuadores ou sensores tinha que ser conectado com o comando central e sua respectiva alimentação. Isso não provocava somente custos altos de montagem, mas também de cablagem, bem como um maior número de falhas e consequentemente, menor confiabilidade do sistema. A análise termo-a-termo do conceito AS-Interface (Interface Sensor Atuador) define a sua aplicação técnica, referindo-se a uma interface simplificada voltada à conexão de sensores e atuadores, no ambiente operacional caracterizando aplicações para as chamadas redes de sensoriamento. Dois aspectos técnicos são responsáveis pela aplicação de tal tecnologia: • o emprego de controladores e CPU’s (Unidade Central de Processamento) permitiram o uso de dispositivos digitais e uma forte descentralização dos sistemas instalados. Onde monitores (interfaces) e teclados possuem elevada importância nas soluções apresentadas. Assim sistemas descentralizados e com certo grau de “inteligência” necessitam de um aumento de

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capacidade na comunicação entre unidades de controle e elementos periféricos, de maneira a atingir um bom desempenho. • O uso da tecnologia de via de dados digital está substituindo os cabos paralelos usados na comunicação entre controles e dispositivos digitais por um cabo único, gerando uma grande economia principalmente em hardware e periféricos. O conjunto de cabos em árvore, usado na arquitetura de comunicação tradicional, de acordo com a figura a seguir, é uma solução de elevado preço na instalação e manutenção dos equipamentos.

Topologias e especificações normal e avançada A topologia de uma rede AS-Interface pode ser escolhida, permitindo que a configuração da rede se adapte melhor à aplicação, às necessidades do local e pode ser do tipo estrela, anel ou em linha (barramento). Os “escravos” podem estar localizados tanto em linha (dispostos na rede) ou em grupos. Resistores de terminação (fim de linha) não são necessários. As possíveis topologias são mostradas a seguir:

Figura : Ponto-a-ponto

Figura : Barramento

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Figura : Anel

Figura : Árvore

A rede AS-Interface pode ser montada como instalações elétricas usuais. Por ser robusta não há nenhuma restrição quanto a estrutura (topologia de rede). Os módulos AS-Interface podem ser instalados em forma linear, estrela, árvore ou anel. Em um sistema AS-Interface normal pode-se conectar no máximo 31 escravos sendo que cada escravo pode ter até quatro entradas e quatro saídas (no total até 124 bits de entrada e 124 de saída). Em um sistema AS-Interface segundo a especificação avançada, pode-se conectar até 62 escravos A/B. Estes têm no máximo quatro entradas e três saídas (isto é, até 248 bits para entradas e 186 para saídas dentro de um sistema AS-Interface). O ASI é um sistema de interconexão entre redes, não proprietário e padronizado, voltado à conexão de sensores, atuadores e outros equipamentos atuando no nível operacional da planta. A figura a seguir dá uma visão geral da aplicação de tal tecnologia e seus elementos básicos constituintes:

Figura : Visão geral do emprego de uma solução AS-Interface

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Os sinais provindos do processo (planta) são normalmente transmitidos para um sistema de controle, através de uma grande quantidade de cabos (fios) paralelos que se originaram dos elementos dispostos na planta. Isto significa que, cada dispositivo está individualmente conectado a uma placa de entrada/saída através de um fio ou cabo dedicado. A solução envolvendo ASI possibilita retirar essa fiação e colocar em seu lugar um cabo de dois fios (não blindado), possibilitando assim, tanto o envio de informações (dados) quanto controle de energia para os dispositivos. Para tal, faz-se necessário que uma estação “mestre” se comunique com os nós (escravos) espalhados pela planta, utilizando o meio que suporte ASI enquanto uma fonte de energia, também dedicada, fornece energia necessária para os elementos dispostos na rede, interconectando e alimentando os dispositivos. O cabo de comunicação ASI é instalado como qualquer outro cabo de comunicação padrão existente no mercado. Caso seja necessário, novos pontos podem ser anexados e instalados. Essa versatilidade permite trabalhar com diferentes topologias de rede (árvore, estrela, anel, etc). Não se faz necessário o uso de blindagem nos cabos e resistores de terminação de linha. Uma solução ASI pode ser uma solução independente ou pode estar associada a outra solução de rede, fortalecendo assim o conceito de interconectividade, exemplo, a figura abaixo:

Figura : Implementação de uma solução As-Interface com periféricos

Principais Características As principais características envolvidas a solução AS-Interface são apresentadas a seguir: • os componentes da rede conseguem se interagir entre si em um conceito de interoperabilidade, por exemplo, cada escravo da rede consegue trabalhar em conjunto com outro escravo. Este conceito é mantido, independente, das mudanças ou extensões que venham a ocorrer no sistema. • AS-Interface é uma solução que envolve um único “mestre” por rede com varredura cíclica, a qual varre todos os “escravos” utilizando os endereços de rede.

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• Todos os pacotes de dados envolvidos na troca de informações são pequenos, de estrutura simplificada e têm um comprimento fixo. Os bits de dados são trocados entre o “mestre” e cada “escravo”, de maneira individual, durante um ciclo de varredura. • O cabo utilizado não é blindado e é formado por 2 fios os quais transferem dados e alimentação. Embora não tenha uma blindagem, a integridade dos dados é garantida, mesmo em ambientes agressivos por mecanismos de controle da taxa de erros no envio das informações. “Escravo” Escravos são, no fundo, módulos de E/S descentralizados do controlador programável (CLP). O escravo AS-Interface reconhece os bits de dados enviados pelo mestre e envia de volta os seus próprios. Em um módulo AS-Interface padrão pode-se pendurar, de cada vez, até quatro sensores e quatro atuadores binários. Fala-se de um escravo inteligente quando o chip do AS-Interface está integrado no sensor ou atuador. Escravos AS-Interface existem tanto em módulos digitais, analógicos e pneumáticos, como também em componentes inteligentes, como por exemplo: partidas de motores, sinalizadores coluna ou botoeiras. Com os módulos pneumáticos pode-se comandar cilindros pneumáticos simples ou de ação dupla. Isto não economiza somente em cablagem, mas também em canaletas. Devido à concepção de projeto e à própria filosofia de implementação da AS-Interface, o “escravo” é concebido como um elemento compacto e pequeno, com boa relação custo / benefício, possuindo alta integrabilidade. Independente de como o “escravo” tenha sido construído, é sempre importante observar que o acoplador precisa ser uma estrutura física e não-lógica. Conforme visto anteriormente, dependendo da especificação normal ou avançada do tipo de rede os “escravos” poderão ser: • Padrão: com 4 entradas e 4 saídas, em um total de até 31 unidades por rede. • Tipo A/B: com 4 entradas e 3 saídas, em um total de até 62 unidades por rede. Lado de Rede do “Escravo” Cada “escravo” deve se comunicar sem problemas com o “mestre” e não deve interferir com a comunicação entre outros “escravos” e o “mestre”. Os terminais de operação do “escravo” devem atuar em uma faixa de tensão da ordem de 26,5 a 31,6 VDC. O “escravo”, neste ponto, pode drenar corrente da rede e fornecer a seus próprios componentes internos e à conexão sensor e/ou atuador. É de responsabilidade do usuário, durante a concepção da solução que a energia total requerida pelos “escravos” não suplante a energia disponibilizada pelo circuito. Nas junções eletromecânicas, é possível e permitido conectar e desconectar os “escravos” durante a operação. O “escravo” não necessita corrente elevada no momento de contato e troca de dados com outros “escravos”, caracterizando uma rede de comunicação de dados que drena baixa corrente. A AS-Interface opera sem um sistema de aterramento e para prevenir distorções de sinal e suprimir interferências, é considerado que as impedâncias dispersas para a “terra” sejam simétricas e que contenham certos limites de valores que não sejam excedidos. Isto deve ser levado em consideração no momento de desenvolvimento de certos módulos, facilitando a vida do usuário quanto às restrições na conexão dos elementos da rede. 208

“Mestre” O Mestre da AS-Interface forma uma conexão com redes superiores. Ele organiza através de atividade própria o trânsito de dados no cabo AS-Interface e os disponibiliza se necessário a um sistema bus num nível superior. Paralelamente à consulta dos sinais, o mestre transmite também parâmetros a cada um dos participantes, controla a rede continuamente e realiza diagnósticos. Ao contrário de sistemas de barramentos de comunicação de dados complexos, a AS-Interface é quase completamente capaz de se autoconfigurar. O usuário não precisa configurar nada, como por exemplo: direito à entrada, taxa de dados, tipo de telegrama, etc. O mestre executa automaticamente todas as funções que são necessárias para o funcionamento correto da AS-Interface. Além disso, ele possibilita o auto-diagnóstico do sistema. Ele reconhece as falhas em qualquer ponto da rede, indica o tipo de falha e pode ainda determinar em que escravo ocorreu o problema. O “mestre” possibilita a interface entre o sistema de transmissão e o controle, de acordo com a figura a seguir, onde se verifica que todas as entradas / saídas são mapeadas com 4 bits pelo escravo, somando-se a isso, o “mestre” oferece possibilidades para diagnóstico de possíveis problemas que ocorram na rede. A configuração da rede é continuamente monitorada e comparada com configurações armazenadas. Por exemplo, se um “escravo” falha, ele pode ser trocado rapidamente e o “mestre” automaticamente fornece o seu endereçamento. Estrutura “Mestre” A especificação do “mestre” é composta por 4 camadas principais, as quais são responsáveis pelo encaminhamento da mensagem pelo cabo de comunicação até a estação de controle. De acordo com a figura a seguir, é possível ter uma idéia da localização dessas camadas:

Uma importante tarefa das camadas é a manipulação de erros ou operações anormais, não permitindo que estas informações sejam transmitidas para endereços de rede incorretos. Características básicas do funcionamento do”Mestre”: Leitura e Escrita cíclica para todos os Escravos lendo as entradas/escrevendo nas saídas. Operação Padrão. • Comunicação com as Entradas e Saídas Operação Extendida • Com blocos de funções e/ou chamada de funções no Mestre (por exemplo, para configurar escravos). 209

• Pré-planejamento deve considerar a configuração Monitoramento de escravos e fonte ASInterface. Interação Mestre / Escravos

Processo de Comunicação - Mestre

Troca de Dados Mestre-Escravo

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Interação mestre-escravo

Campos de Dados do Mestre

LES, LAS, LPS O mestre controla três listas internas (Tabelas): • LRS ... Lista de escravos reconhecidos • LAS ... Lista de escravos ativos • LCS ... Lista de escravos configurados Atualização da lista pelo escravo: • Endereço do Escravo • Perfil do Escravo (Código I/O e de ID)

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Estrutura da mensagem do AS-Interface

Codificação de Sinal

Modulação APM (Alternate Pulse Modulation) O Sinal não possui componente DC • Isso é um requisito quando dados e energia são transmitidos em um único cabo Permite espectro de banda em freqüência • Reduz reflexões no fim do cabo Aumenta os impulsos (2 por Bit) • Sincronização é feita mais fácil • Redundância resulta em efetivo reconhecimento de erro

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Medição do reconhecimento de erro

Start bit: Impulso Negativo Alternância: Troca de polaridade depois de cada impulso Pausa de Impulso: Sempre no início de um comprimento definido entre dois pulsos Dados: Um pulso na segunda metade do bit Checagem de Paridade: Soma de todos os pulsos positivos é par End bit: Impulso positivo Interrogation length: Nenhum impulso diretamente após o end bit Funcionamento do Mestre AS-Interface

Os Escravos: módulos de I/O, sensores, botoeiras, etc.

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Escravo AS-Interface IP67: por que usar cabos perfilados?

Auto programação dos endereços dos escravos, no caso de uma troca de um módulo defeituoso. Cabo de Comunicação O cabo amarelo e perfilado, padrão da AS-Interface, tornou-se um tipo de marca registrada. Ele possui uma seção geometricamente determinada e transmite ao mesmo tempo dados e energia auxiliar para os sensores. Para os atuadores é necessária uma tensão auxiliar alimentada adicionalmente (24VCC). Para se poder utilizar a mesma técnica de instalação para os atuadores, foram especificados cabos com as mesmas características, mas de outra cor. Desta forma, o cabo para a energia auxiliar 24VCC é um cabo perfilado preto. O isolamento dos condutores é composto normalmente por uma borracha (EPDM). Para aplicações com exigências maiores podem se utilizar cabos com outras composições químicas como: TPE perfilado (elastômero termoplástico) ou PUR perfilado (poliuretano). Como condutor de transmissão podem ser utilizados também cabos redondos com sistema de condução duplo sem condutor PE. Uma blindagem do condutor não é necessária em função da técnica de transmissão empregada. O chamado cabo padrão amarelo ou “YELLOW CABLE” é o mais simples componente e talvez o mais vital para o sistema AS-Interface, sendo constituído por 2 fios. Este cabo tem a capacidade de transmitir ao mesmo tempo dados e energia para os “escravos” conectados e atuadores.

Figura : Yellow Cable: configuração e método de conexão

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O cabo amarelo ou “YELLOW CABLE” como é conhecido é um cabo achatado com dois isolados entre si, com as seguintes características: • Dois fios dispostos ao longo de um cabo achatado. • Tamanho externo total de 8 por 4 mm2 • Seção transversal do fio de 2 por 1,5 mm2 • Proteção de polaridade reversa. •Não-blindado. • Padrão DIN VDE 0295 Classe 6 • Código de cores: Azul (-) e Marrom (+). A seção de corte do fio é de 1,5 mm2 , no entanto, uma tensão de corte de 3V no final do cabo permanece dentro da faixa de tolerância de tensão sensível para atuadores onde a corrente de 2 A é usada até uma distância máxima de 100m.

Figura : Cabo de Comunicação – Vista em corte

AS-Interface Versão 2.1 Comparação

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Escravos v 2.1: quais são as diferenças?

Escravos A/B: Como isso funciona? Para escravos padrão o tempo de ciclo continua 5 ms!!!

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Versão 2.1 permite qualquer combinação entre escravos padrão e A/B

Safety at Work – O Princípio

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Exemplo de Circuito: Monitor com um circuito de segurança

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Transmissão de valores analógicos

Transferência de dados com os analógicos: o que acontece com tempos?

Como dimensionar uma fonte AS-Interface? 1) Módulos AS-i (< 40 mA cada um) 2) Sensores a serem utilizados em cada entrada - sensores indutivos (~ 40 mA cada) - sensores ópticos (~ 90 mA cada) 3) Consumo do Mestre AS-i (< 40 mA) Exemplo: 120E / 90S - 30 módulos de 4E/3S + mestre - consumo total = 31 x 40= 1,2A - 100 sensores indutivos - consumo total = 100 x 40 = 4A - 20 sensores ópticos - consumo total = 20 x 90 = 1,8A (Atenção - limite de corrente por módulo, normalmente < 250 mA!) 219

- Fator de Serviço: 0,5 < F < 1,0 - verificar sempre se os sensores podem estar atuados simultaneamente (dado do cliente!) - E as Saídas??? - Fonte Auxiliar: normalmente em 24VCC! Dimens. similar da fonte (alimentação do atuador via cabo preto) Modularidade da AS-Interface O emprego de soluções modulares tem se tornado a característica principal de aplicações utilizando AS-Interface. Cada módulo é composto de duas partes: a parte inferior chamada de módulo de acoplamento oferece uma grande facilidade de instalação no momento de formação de novas redes. A parte superior, chamada de módulo do usuário, contém as funções de “escravo” para a rede. Entre elas, existe uma interface eletro-mecânica padronizada, a chamada EMI, que tem como função simplificar a instalação de novos módulos, garantindo flexibilidade na inclusão de novas conexões de rede. A figura, a seguir, exemplifica as possíveis conexões dos elementos em rede:

Figura : Construção de uma rede AS-Interface com módulos de conexão Da figura acima, é interessante observar que a construção de toda a rede As-Interface foi realizada por meio da interconexão de módulos, onde o cabo de conexão é formado por apenas dois fios. Os módulos de acoplamento são mostrados em a e b, bem como outras possibilidades de conexão. Dentro deste contexto, fica a pergunta de como uma rede pode ser ampliada para assumir novos sensores / atuadores (“escravos”). Essas ampliações pedem a colocação de repetidores, cuja função é amplificar sinais permitindo alcance de até 500 m, e extensores, que simplesmente permitem extensão da rede até 100 m. Critérios para um correto uso de repetidores e extensores devem ser obedecidos, de acordo com as figuras a seguir:

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Figura : Modularidade com emprego de repetidores

Figura : Modularidade com emprego de repetidores e extensores Operação com Repetidor e Extensor

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Repetidor • Permite extensão do cabo por mais 100m (pode-se chegar até 500m) • Escravos podem ser instalados em ambos os lados do repetidor • As Fontes AS-Interface são necessárias em ambos os lados do repetidor • Isolação galvânica para os dois cabos (dois lados) • Mesma construção de um módulo de aplicação IP67 • Mestre pode ser instalado até 100m de distância do segmento AS-Interface • Escravos podem ser instalados somente nos 100m seguintes (saída do extensor) • Nenhuma fonte é necessária entre o mestre e o extensor • Não faz isolação galvânica dos dois segmentos •Instalados em módulos Benefícios da AS-Interface Comparativo de Custos: Técnica Convencional x AS-Interface

Simplicidade • Endereçamento de escravos via Endereçador • Botão no master possibilita configuração automática: reconhecimento automático dos escravos já endereçados • O modo de operação pode ser definido como Protegido: Transfere a configuração do sistema como obrigatória • Integração de sinais fail-safe via bus de campo usando CLP padrão Se um escravo falha: • Mestre reconhece uma falha e marca o endereço do escravo • Um escravo em falha tem que ser trocado, e na troca o mestre escreve o endereço necessário automaticamente para o novo escravo idêntico (requisitos de manutenção reduzidos) • Garantia de uma construção Simples fácil instalação e operação • Transferência de dados e energia num único cabo economia nos custos de fiação e instalação • Alta segurança na operação via monitoramento contínuo dos escravos conectados • Simples e fácil comissionamento e manutenção

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REDES DE COMUNICAÇÃO A utilização de processamento distribuído e de redes vem apresentando um crescimento significativo nos últimos anos. O advento dos chamados “sistemas distribuídos” tem exigido o desenvolvimento de novos modelos de programação e também de ferramentas apropriadas para o compartilhamento de recursos e de informações. Nos últimos anos vem-se verificando uma forte tendência de substituir sistemas computacionais centralizados, geralmente baseados em equipamentos de grande porte, por sistemas distribuídos, compostos por diversos similares de menor porte. Para contribuir com essa tendência salienta-se que os processadores se tornaram muito mais baratos nos últimos anos, a modularidade obtida conduz a sistemas de mais fácil instalação, manutenção e expansão, além de permitir que o processo continue operando mesmo que um dos integrantes apresente uma falha. Esse controle distribuído, no entanto, somente é viável se todos os integrantes do sistema puderem trocar informações entre si de modo rápido e confiável. Dessa necessidade surgiu u m campo vastíssimo de tecnologia em redes de comunicação. Diversos são os tipos, padrões, protocolos e centros de pesquisa e desenvolvimento em torno desse assunto. Rede de comunicação é o conjunto de equipamentos e software utilizados para propiciar o trânsito de informações entre os diversos níveis hierárquicos e participantes de um processo industrial é chamado de rede de comunicação para automação. Atualmente, uma das características importantes de uma rede de comunicação é que ela seja aberta.

Figura 9 - Trânsito de informações através de uma rede de comunicação Vantagens do uso de redes abertas  · Flexibilidade para estender a rede e conectar diferentes módulos na mesma linha  · Cobertura de distâncias muito maiores que as conexões tradicionais  · Redução substancial da quantidade de cabos  · Ampliação do domínio da aplicação  · Redução global de custos  · Simplificação da instalação e operação 223

 · Redução do custo de engenharia (acumulação do know-how devido à experiência)  · Disponibilidade de ferramentas para instalação e diagnose  · Possibilidade de conectar produtos de diferentes fabricantes Requisitos para uma rede industrial  · Determinismo  · Flexibilidade  · Interoperabilidade  · Custo efetivo baixo  · Confiabilidade e segurança  · Facilidade de uso  · Solução completa para automação  · Ser aberto  · Padronizado  · Veloz Grupos interessados em redes Existem três categorias de profissionais particularmente interessados no uso das redes: a) Consumidores: todos os operadores e administradores que no dia-a-dia utilizam o computador para fazer setups de sistemas, download de receitas e controle de processos, bem como acompanhamento de resultados; b) Integradores: empresas que utilizam as ferramentas de hardware e software disponíveis no mercado para implementar soluções de automação usando redes de comunicação; c) Fornecedores: empresas que desenvolvem equipamentos de visualização de dados, controle de variáveis, aquisição de dados e medição de grandezas para conexão direta em redes de comunicação. A Weg enquadra-se nos três grupos, pois é consumidora enquanto usa redes de comunicação nos mais diversos setores de fabricação e corporativo; é integradora enquanto fornece soluções completas de automação industrial baseadas em redes para seus clientes internos e externos e é fornecedora enquanto desenvolve equipamentos como o drive CFW-09, que podem ser diretamente ligados às modernas redes de comunicação. Meios físicos, topologias e protocolos para redes Como MEIO para tráfego das informações utilizam-se cabos condutores elétricos de diversos tipos, fibras óticas ou até mesmo ondas de rádio. A escolha do meio está associada a fatores como distância entre estações participantes, atenuação do sinal, imunidade a perturbações externas e velocidade de transferência das informações. Tradicionalmente utilizam-se cabos condutores elétricos que apresentam bom desempenho em todos os quesitos de escolha. Observa-se, no entanto uma tendência de uso da fibra ó tica como meio de trans porte para redes industriais, devido às suas excelentes características e à redução no seu custo devido ao crescente uso no setor de telecomunicações.

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As redes de comunicação são elaboradas a partir de três tipos de topologia ou da combinação dessas.

Figura 10-Tipos de topologia para interligação de equipamentos em rede Protocolo O protocolo de uma rede é o conjunto de regras e convenções de linguagem que são empregadas entre os participantes da rede para a troca de informações. Os protocolos, assim como as línguas, são muitos e cada um com suas particularidades. Existem, no entanto alguns que se sobressaem devido à grande disseminação do seu uso e aprovação junto aos fabricantes de equipamentos, integradores e usuários. Protocolos mais usados Os protocolos atualmente aceitos são baseados em um documento desenvolvido pela ISO (International Standards Organization). Esse documento denominado OSI (Open System Interconnection) é um modelo de referência para o desenvolvimento de protocolos de comunicação. A estrutura do modelo OSI é baseada em 7 camadas. Softwares desenvolvidos com base nesse modelo são ditos ABERTOS, pois qualquer fabricante de equipamentos pode usá-lo para desenvolvimento de produtos que almejem ser usados em rede. Destacam-se hoje os seguintes padrões de rede que seguem o modelo OSI (Normalizado):  · PROFIBUS  · DeviceNET  · ETHERNET Redes PROFIBUS A PROFIBUS, de origem européia, é um padrão aberto de comunicação para um largo campo de aplicações em automação da manufatura, predial e processo. A independência de fabricante e abertura são garantidas pelo padrão PROFIBUS EN50170. Com o PROFIBUS, dispositivos de fabricantes diferentes podem se comunicar s em adaptações especiais de interface. Existem três tipos de PROFIBUS: a FMS, a DP e a PA. Dessas a DP é a mais utilizada. PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) Solução de uso geral para tarefas de comunicação no nível célula. Serviços poderosos de FMS permitem largo campo de aplicações e proporcionam grande flexibilidade. Pode também ser usado para tarefas complexas e extensas de comunicação.

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PROFIBUS-DP (Descentralized Peripheria) Otimizado para alta velocidade e conexão de baixo custo. Esta versão de PROFIBUS é projetada especialmente para comunicação entre sistemas de controle de automação e I/O distribuído em nível de dispositivo.

Figura 11- A rede Profibus -DP é a mais utilizada atualmente PROFIBUS-PA (Process Automation) Projetado especialmente para automação de processo (instrumentação). Permite que transmissores e atuadores sejam ligados em uma linha comum de rede regular em áreas intrinsecamente seguras. O PROFIBUS -PA permite comunicação de dados e alimentação sobre a rede usando tecnologia de 2 fios de acordo com a Norma Internacional IEC 1158-2.

Figura 12- Estrutura típica baseada em rede PROFIBUS Redes DeviceNET A DeviceNET, de origem norte-americana, é um protocolo de comunicação para ligar dispositivos industriais com o fins de c urso, sensores fotoelétricos, manifolds, partidas de motor, sensores de processo, leitores de código de barra, drivers de freqüência variável e interface de operador a uma única rede. O DeviceNET é baseado num protocolo de comunicação chamado CAN. O CAN foi originalmente desenvolvido pela Bosch para o mercado de automóvel europeu para substituir os caros chicotes de 226

cabo por um cabo em rede de baixo custo interligando componentes inteligentes como o computador de bordo, freios ABS, alarmes , etc.

Figura 13- Estrutura típica baseada em rede DeviceNET Redes Ethernet O padrão Ethernet é um dos mais populares e difundidos nas redes corporativas ( escritórios) instaladas e certamente é o mais empregado em novos projetos. Sua popularidade deve-se a difusão em larga escala dos micro-computadores. Ao contrário da PROFIBUS e DeviceNET, a ETHERNET não é determinística e ocorrem colisões de dados na rede. Isso do ponto de vista da automação é não recomendável, pois pode comprometer o desempenho do sistema que está sendo controlado. Como o tempo não é tão crítico nas transações de informações no nível corporativo e de escritório, uma vez detectada uma colisão as mensagens são retransmitidas obedecendo a uma lógica própria da ETHERNET. Na PROFIBUS e Device-NET as colisões não ocorrem, pois o controlador de acesso ao meio entrega um token (ficha) ao integrante da rede que está na vez de transmitir. Existe um escalonamento pré-definido que torna o sistema determinístico. O grande interesse das empresas e dos consumidores em geral tem levado a desenvolvimentos e aprimoramentos da ETHERNET que recentemente elevou a taxa de transmissão máxima de 10 para 100Mbits/s na chamada Fast Ethernet. Mas o trabalho não para por aí. Foi iniciado mais um grupo de trabalho com a denominação IEEE 802.3z e IEEE 802.3ab cujo objetivo é apresentar as especificações de mais um tipo de rede ETHERNET sinalizando em 1000Mbits/s, chamada de Gigabit Ethernet. O desenvolvimento do novo padrão começa a demonstrar que a era d os cabos elétricos pode estar chegando ao fim. As novas especificações já serão baseadas na tecnologia de fibra ótica. Outra grande novidade é que o problema da falta de determinismo na rede Ethernet também vem sendo tratado e soluções baseadas na utilização de equipamentos especiais, chamados SMART HUB, estão começando a se tornar realidade. Os sistemas de automação de médio e grande porte que não sejam baseados em rede de comunicação já estão ultrapassados. Os modernos equipamentos como PCs, Drives (Soft-Starter, Inversores, Servo-drives), CCM inteligentes (CCM-03i) e CLPs já são concebidos voltados para este tipo de aplicação. A arquitetura utilizada nos projetos modernos de automação está buscando um único padrão ou um número menor de tipos de redes para interligar seus participantes. A arquitetura utilizada pela Weg em seus mais recentes projetos segue também essa tendência usando a penas dois níveis de rede.

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O trabalho dos comitês normatizadores buscando a padronização dos protocolos , o aumento do uso e barateamento da fibra ótica como meio físico bem como o aumento da velocidade de transmissão irão contribuir significativamente para o uso generalizado das redes de comunicação para automação industrial.

SUPERVISÃO E CONTROLE Um sistema de controle de uma máquina, conjunto de máquinas ou processo, pode configurar-se de diversas formas: individualmente, centralizado ou distribuído. A definição e adoção da forma mais adequada vão depender, também, de uma avaliação dos diversos aspectos envolvidos, tais como, complexidade do sistema, flexibilidade desejada, nível de redundância, integração, manutenabilidade, custo, etc. O que vale a pena destacar, é que o controlador programável, independentemente da configuração adotada, aparece como uma excelente opção, como equipamento de controle. Os recursos de software para funções de sequenciamento e intertravamento, controle de malha aberta e fechada, bem como, a disponibilidade de distribuição do controle, através das redes de comunicação e dos seus módulos especiais inteligentes, permitindo, desta forma, a implementação parcial ou total da redundância no sistema, confirma m nossa afirmação. Os sistemas modernos de automação industrial estão sendo baseados em arquiteturas verticalmente distribuídas, conforme a figura 3. A implementação do nível de supervisão do controle do processo, ou seja, da interface homemprocesso, assume, também, papel muito importante dentro desta estrutura hierárquica de controle. Evidentemente, existem várias maneiras de implementação, e a utilização de CP’s, no nível de controle, possibilita tais opções. A utilização dos tradicionais painéis sinópticos de controle, em função da ocupação em demasia, muitas vezes, do espaço disponível, bem como, pela pouca flexibilidade para possíveis alterações, tem sido preterida.

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A opção que vem se apresentando como bastante atraente, sendo cada vez mais empregada, tanto no mercado internacional como brasileiro, é a utilização dos microcomputadores e seus periféricos, como interface homem-processo. O êxito da utilização deste equipamento em conjunto com CP’s, é decorrente da sua série de vantagens proporcionadas:  ambiente de hardware e software propício para o desenvolvimento de programas dedicados às funções de supervisão, tendo em vista, o bom suporte de software, especificamente linguagens de programação de alto nível;  capacidade de memória e velocidade de processamento adequadas à maioria das aplicações;  modularidade e portabilidade dos programas;  facilidade de acréscimo de novas funções e de manutenção das já existentes;  linguagem gráfica de fácil manuseio para construção de telas de sinópticos de processos, etc.;  custo relativamente baixo. A tendência verificada é a da utilização de microcomputadores compatíveis com o IBM-PC. A forma construtiva destes microcomputadores depende basicamente do local onde será instalado. Podendo ser um micro industrial de mesa, uma workstation com monitor e teclado incorporado, ou uma placa que pode ser conectada no próprio Rack do CP. As principais funções implementadas pelo microcomputador são as seguintes:  Apresentação de sinópticos do processo, com atualização dinâmica dos valores reais e teóricos das variáveis controladas;  Apresentação de frontais de instrumentos, com informações relativas a cada malha, tais como, limites de alarme, ponto de ajuste (set-point), parâmetros de controle (ganhos), etc.;  Registro de tendência (representação gráfica x tempo), em tempo real, das variáveis controladas;  Registro de tendência histórica, através da armazenagem das informações anteriores, com apresentação sob solicitação ou freqüência pré-determinada;  Registros de alarmes ( ocorrências, conhecimento e retorno ao normal), e eventos (troca de estado das malhas, alteração de set-points, limites de alarmes, etc), com indicação da data, hora e descrição do evento o u alarme;  Hard-copy das telas em impressoras;  Manutenção de biblioteca de procedimentos padrão, para ser consultada pelo operador em caso de tomadas de decisão;  entre outras. A adoção de dois microcomputadores acoplados à rede de comunicação, com subdivisão de atribuições, bem como, a possibilidade de operação backup de cada um deles, ou seja, o controle integral de um no caso de uma falha do outro, é uma prática largamente empregada.

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Figura 15 - Exemplo de tela utilizada em um sistema de supervisão

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Anotações

Acionamentos Elétricos Industriais 1

INTRODUÇÃO Esta apostila tem como objetivo prover uma visão geral das características e recursos hoje disponíveis no mercado de Controladores Programáveis (CP’s), bem como, a sua aplicação nos diversos campos da automação industrial e controle de processos, onde as necessidades de flexibilidade, versatilidade, disponibilidade, alta confiabilidade, modularidade, robustez e baixos custos, o torna uma excelente opção. Mas, o que é um Controlador Programável? Como surgiu? Mesmo antes da industrialização da eletrônica digital, os projetistas de comando elaboravam circuitos digitais como contatos programáveis. O programa era armazenado em plugs multi-pinos e as instruções codificadas por meio de ligações elétricas entre os pinos destes plugs. Esses programas eram muito limitados, e, sua principal função era a seleção das operações das máquinas e/ ou processos. Desta forma, além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros problemas: alto consumo de energia, difícil manutenção, modificações de comandos dificultados e onerosos com muitas alterações na fiação ocasionando número de horas paradas, além das dificuldades em manter documentação atualizada dos esquemas de comando modificado. Com a industrialização da eletrônica, os custos diminuíram, ao mesmo tempo em que a flexibilidade aumentou, permitindo a utilização de comandos eletrônicos em larga escala. Mas alguns problemas persistiram, e quem sentia estes problemas de forma significativa era a indústria automobilística, que a cada ano com o lançamento de novos modelos, tinham seus painéis sucateados implicando em custos de alteração muitas vezes maiores do que a instalação de novos painéis. Porém, em 1968 a GM através de sua Divisão Hidromatic preparou as especificações detalhadas do que posteriormente denominou-se Controlador Programável (CP). Estas especificações retratavam as necessidades da indústria, independentemente do produto final que iria ser fabricado. Em 1969 foi instalado o primeiro CP na GM executando apenas funções de intertravamento. Historicamente os CP’s tiveram a seguinte evolução: De 1970 a 1974, em adição às funções intertravamento e seqüenciamento (lógica), foram acrescentadas funções de temporização e contagem, funções aritméticas, manipulação de dados e introdução de terminais de programação de CRT (Cathode Ray Tube). De 1975 a 1979 foram incrementados ainda maiores recursos de software que propiciaram expansões na capacidade de memória, controles analógicos de malha fechada com algoritmos PID, utilização de estações remotas de interfaces de E/S (Entradas e Saídas) e a comunicação com outros equipamentos “inteligentes”. Com os desenvolvimentos deste período, o CP passou a substituir o microcomputador em muitas aplicações industriais. Nesta década atual, através dos enormes avanços tecnológicos, tanto de hardware como de software, podemos dizer que o CP evoluiu para o conceito de controlador universal de processos, pois pode configurar-se para todas as necessidades de controle de processos e com custos extremamente atraentes.

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A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Antes de iniciarmos nosso estudo dos controladores programáveis, precisamos sedimentar alguns conceitos importantes. Um destes conceitos está relacionado com as respostas para algumas perguntas:

O QUE É CONTROLE? Conforme o dicionário (Aurélio Buarque de Holanda Ferreira) podemos definir a palavra controle como segue: [Do fr. contrôle.] S. m. 1. Ato, efeito ou poder de controlar; domínio, governo. 2. Fiscalização exercida sobre as atividades de pessoas, órgãos, departamentos, ou sobre produtos, etc., para que tais atividades, ou produtos, não se desviem das normas preestabelecidas.

Figura 1- Diagrama de blocos de um sistema de automação

O controle, vendo sob o ponto de vista tecnológico, tem um papel importantíssimo no desenvolvimento de ações planejadas, modelando processos desde os mais simples até os mais complexos.

Entendendo o que é malha aberta e malha fechada

Sistema de Comando: Consiste num conjunto de elementos interligados em ë malha aberta, isto é, as informações processadas nesses elementos apresentam-se num único sentido, da entrada para a saída.

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Sistema de Controle: Consiste num sistema de malha fechada, isto é, além do fluxo de informação no sentido direto (da entrada para a saída), existe outro no sentido contrário (da saída para a entrada), chamada realimentação ou Feedback.

O QUE É AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL? Todas as vezes, relacionado a um processo, que introduzimos alguma nova técnica de controle estamos falando de automação industrial. Na verdade a utilização destas técnicas estará diretamente relacionada com o aumento de produtividade, qualidade, flexibilidade e confiabilidade. Note que o termo automação descreverá um conceito muito amplo, envolvendo um conjunto de técnicas de controle, das quais criamos um sistema ativo, capaz de fornecer a melhor resposta em funções das informações que recebe do processo em que está atuando. Dependendo das informações o sistema irá calcular a melhor ação corretiva à ser executada. Neste ponto podemos verificar as características relacionadas com os sistemas em malha fechada, também denominados sistemas realimentados (ver figura 1). A teoria clássica de controle define e modela, matematicamente, estas características dando uma conotação científica e tecnológica a este assunto.

NOÇÕES DE LÓGICA COMBINACIONAL (RESUMO DE REVISÃO) Nesta seção iremos trabalhar alguns conceitos importantes para o desenvolvimento de um processo lógico de raciocínio que mais adiante nos permitirá compreender como são relacionados todos os fatores relevantes à elaboração de projetos envolvendo controladores programáveis.

1.1.1 OPERAÇÕES FUNDAMENTAIS

A teoria matemática das proposições lógicas foi apresentada em 1854(1), pelo filósofo e matemático inglês George Boole (1815-1864), definindo assim os conceitos básicos da chamada álgebra de Boole para dois valores (sistema binário). Mas foi somente em 1938(2), que o engenheiro americano Claude Elwood Shannon, aplicou a teoria de Boole ao estudo e simplificação de funções usadas em telefonia, percebendo que as leis que regem as relações entre proposições lógicas eram as mesmas que se aplicavam para dispositivos de chaveamento de dois estados, já que estes dispositivos podem assumir os seguintes estados, como por exemplo : “ligado” ou “desligado”, “aberto” ou “fechado”, “potencial alto” ou ” potencial baixo”, “verdadeiro” ou “falso”. (1) Intitulado como An Investigation of the Laws of Thought (2) Trabalho entitulado como Symbolic Analysis of Relay and Sw itching

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1.1.1.1 FUNÇÕES BOOLEANAS A álgebra de Boole está estruturada da seguinte maneira:  Um conjunto S;  três operações definidas sobre S (operação E, OU e COMPLEMENTO);  Os caracteres 0 e 1. Não abordaremos de forma detalha os teoremas, postulados e leis desta teoria (pois já foram vistos na disciplina ELETRÔNICA APLICADA). Mas a idéia de uma função lógica segue o mesmo conceito das funções da álgebra tradicional, onde uma função assume um único valor para cada combinação de valores possíveis assumidos pelas suas variáveis. Note que na realidade, uma função lógica (booleana) com n variáveis irá apresentar um n total de combinações dadas por 2 . Se adotarmos um procedimento formal para análise dos valores possíveis para uma função booleana chegaremos a conclusão que o processo seria bastante cansativo e muito susceptível a erros, relacionados basicamente com a falta de atenção. Para facilitar esta análise foi proposta, pelo (3) matemático inglês Charles Lutwidge Dogson -(1832-1898), uma forma tabular de representação conhecida como tabela verdade (trutht able). A seguir mostraremos as equações algébricas e a tabela verdade dos operadores fundamentais da álgebra booleana. (3)

Cujo pseudônimo era Lewis Carrol, nome adotado quando escreveu o livro Alice no País das Maravilhas

1.1.1.2 OPERADOR “AND“

1.1.1.3 OPERADOR “OR”

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1.1.1.4 OPERADOR “NOT”

1.1.1.5 OPERADOR “NAND”

1.1.1.6 OPERADOR “NOR”

1.1.1.7 OPERADOR “XOR”

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TIPOS DE SINAIS 1.1.2 SINAIS ANALÓGICOS São sinais que variam continuamente no tempo conforme uma regra de comparação à uma referência definida. Exemplos: potenciômetros, transdutores de temperatura, pressão, célula de carga, umidade, vazão, medidores, válvulas e atuadores analógicos, acionamentos de motores, etc. 1.1.3 SINAIS DIGITAIS São sinais que variam continuamente no tempo assumindo apenas dois valores definidos e distintos. Podemos ainda encontrá-los subdivididos em dois tipos: 1.1.3.1 SINGLE BIT Dispositivos deste tipo apresentam sinais que poderão ser representados por bits individuais. Exemplos: botões, chaves seletoras, chaves fim-de-curso, pressostatos, termostatos, chaves de nível, contatos de relês, contatos auxiliares de contatores, alarmes, solenóides, lâmpadas, bobinas de relês, bobinas de contatores, etc. 1.1.3.2 MULTI BIT Dispositivos deste tipo apresentam sinais representados por bits agrupados em conjunto, formando assim o que chamamos de “palavra binária”. Exemplos : encoder absoluto, chave thumbwheel, etc.

Definição de um Controlador Programável (IEC 61131 -1) Sistema eletrônico digital, desenvolvido para uso em ambiente industrial, que usa uma memória programável para armazenamento interno de instruções do usuário, para implementação de funções específicas, tais como, lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas, vários tipos de máquinas e processos.

O CP e seus periféricos, ambos associados, são projetados de forma a poder ser integrados dentro de um sistema de controle industrial e finalmente usados a todas as funções as quais é destinado. Aplicação Genérica do CLP. Os principais blocos que compõem um CLP são: • CPU - Unidade Central de Processamento: compreende o processador (microprocessador, microcontrolador ou processador dedicado) o sistema de memória (Rom e Ram ) e os circuitos auxiliares de controle ; • Módulos de E/S - Podem ser discretos (sinais digitais 12VCC, 120VCA contatos NA, contatos NF) ou analógico (4 - 20mA, 0 - 10VCC, termopar). • Fonte de Alimentação: responsável pela tensão de alimentação fornecida à CPU e aos módulos de E/S. Em alguns casos fornece saída auxiliar (baixa corrente). • Base ou Rack: Proporciona conexão mecânica e elétrica entre o CPU, os módulos de E/S e a fonte de alimentação. Contém o barramento de comunicação entre eles, no qual os sinais de dados, endereço, controle e tensão de alimentação estão presentes.

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Pode ainda ser composta por módulos especiais: contador rápido, interrupção por hardware, controlador de temperatura, controlador PID, co-processadores (transmissão via rádio, posicionamento, de eixos, etc.) e comunicação em rede, por exemplo.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O Controlador Programável, como todo sistema microprocessado, tem seu princípio de funcionamento baseado em três passos:

Com a partida, o CP executará as seguintes tarefas: 1. Transferirá os sinais existentes na interface de entrada para a memória de dados (RAM). 2. Iniciará a varredura do software aplicativo armazenando na memória de programa (SCAN), utilizando os dados armazenados na memória de dados. Dentro deste ciclo, executará todas as operações que estavam programadas no software aplicativo, como intertravamento, habilitação de temporizadores/contadores, armazenagem de dados processados na memória de dados, etc... 3. Concluída a varredura do software aplicativo, o CP transferirá os dados processados (resultados de operações lógicas) para a interface de saída. Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada irão alimentar a memória de dados.

ASPECTOS DE HARDWARE O diagrama de blocos abaixo representa a estrutura básica de um controlador programável com todos os seus componentes. Estes componentes irão definir o que denominamos configuração do CLP.

Figura 2 - Diagrama de blocos simplificado de um controlador programável 239

1.1.4 FONTE DE ALIMENTAÇÃO A fonte fornece todos os níveis de tensão exigidos para as operações internas do CP (Ex.: CPU, Memória, E/S). 1.1.5 CPU A CPU é o cérebro do sistema. Ela lê o sinal das entradas na memória de dados, executa operações aritméticas e lógicas baseadas na memória de programa, e gera os comandos apropriados para a memória de da dos controlar o estado das saídas. Abaixo são apresentadas algumas considerações e características principais: Utiliza microprocessadores ou microcontroladores de 8, 16 ou 32 bits e, em CP’s maiores, um coprocessador (microprocessador dedicado) adicional para aumentar a capacidade de processamento em cálculos complexos com aritmética de ponto flutuante. A maioria dos fabricantes de CP’s especifica os tempos de varredura como função do tamanho do programa (p.e.10ms/1k de programa), e situam-se na faixa desde 0,3 até 10ms/k, caracterizando a existência de CP’s rápidos e lentos. “Alguns fabricantes provêem recursos de hardware e software que possibilitam interrupções na varredura normal de forma a ler uma entrada ou atualizar uma saída imediatamente. Recursos de auto-diagnose para detecção e indicação de falhas (Comunicação, memória, bateria, alimentação, temperatura, etc.) são também disponíveis em alguns CP’s. Normalmente os indicadores estão localizados na parte frontal do cartão da UCP. 1.1.6 MEMÓRIAS Memória de Dados: também conhecida como memória de rascunho. Serve para armazenar temporariamente os estados E/S, marcadores presets de temporizadores/ contadores e valores digitais para que o CPU possa processá-los. A cada ciclo de varredura a memória de dados é atualizada. Geralmente memória RAM. Memória de Usuário: serve para armazenar as instruções do software aplicativo e do usuário ( programas que controlam a máquina ou a operação do processo), que são continuamente executados pela CPU. Pode ser memória RAM, EPROM, EPROM, NVRAM ou FLASH-EPROM.

1.1.7 INTERFACES DE ENTRADA/SAÍDA O hardware, de E/S, freqüentemente chamado de módulos de E/S, é a interface entre os dispositivos conectados pelo usuário e a memória de dados. Na entrada, o módulo de entrada aceita as tensões usuais de comando (24VCC,110/220 VCA) que chegam e as transforma em tensões de nível lógico aceitos pela CPU. O módulo de saída comuta as tensões de controle fornecidas, necessárias para acionar vários dispositivos conectados. Os primeiros CP’s, como já mencionado anteriormente, eram limitados a interfaces de E/S discretas, ou seja, admitiam somente a conexão de dispositivos do tipo ON/OFF (liga/desliga, aberto/fechado, etc.), o que, naturalmente, os limitavam um controle parcial do processo, pois, variáveis como temperatura, pressão, vazão, etc., medidas e controladas através de dispositivos operados normalmente com sinais analógicos, não eram passíveis de controle. Todavia, os CP’s de hoje, provêem de uma gama completa e variada de interfaces discretas e analógicas, que os habilitam a praticamente qualquer tipo de controle. 240

As entradas e saídas são organizadas por tipos e funções, e agrupadas em grupos de 2, 4, 8, 16 e até 32 “pontos” (circuitos) por interface (cartão eletrônico) de E/S. Os cartões são normalmente do tipo de encaixe e, configuráveis, de forma a possibilitar uma combinação adequada de pontos de E/S, digitais e analógicas. A quantidade máxima de pontos de E/S, disponíveis no mercado de CP’s, pode variar desde 16 a 8192 pontos normalmente, o que caracteriza a existência de pequenos, médios e grandes CP’s. Embora uma classificação de CP’s devesse considerar a combinação de diversos aspectos (n.º de pontos de E/S, capacidade de memória, comunicação, recursos de software e programação, etc.), para propósitos práticos, podemos considerar a seguinte classificação: Micro e Mini CP´s; CP´s de pequeno porte; CP´s de médio porte; CP´s de grande porte. As figuras abaixo apresentam uma idéia básica de como estas interfaces são implementadas.

Figura 3 – Configuração típica de uma interface de entrada analógica

Figura 4 – Configurações típicas para interfaces de entrada digital

Figura 5 – Configuração típica para interfaces de saída analógica.

Figura 6 – Configurações típicas para interfaces de saída digital a relé

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Figura 7 – Configuração típica para uma interface de saída digital a transistor. 1.1.8 PERIFÉRICOS

Figura 8 - Periféricos mais utilizados Dentre os diversos equipamentos periféricos ao CP’s podemos destacar os de programação, que basicamente, tem por finalidade principal a introdução do programa de controle na memória do CP e a visualização e documentação do mesmo. Os equipamentos de programação mais comumente utilizados são os mostrados na figura 8. 1.1.8.1 TERMINAL INTELIGENTE Sendo microprocessado, é capaz de executar funções de edição de programas e outras independentemente da UCP do controlador. Ele possui sua própria memória com software para criação, alteração e monitoração dos programas. A grande vantagem é a de poder também editar e armazenar os programas de controle sem estar acoplados ao CP. Esta capacidade é conhecida como programação “off -line”. Em geral, estes terminais possuem acionadores de ”Floppy-Disks” (discos flexíveis) e programadores de EPROM’s o que possibilita também o arquivo de programas tanto em Floppy-Disks como em EPROM’s. Alguns terminais possuem ainda uma interface de rede o que permite acoplá-los às redes locais de comunicação. Este arranjo permite o terminal acessar qualquer CP na rede, alterar parâmetros ou 242

programas, e monitorar quaisquer elementos sem estar acoplado diretamente a qualquer CP. Com software adequado, este arranjo pode permitir também um meio centralizado de aquisição e apresentação, inclusive gráfica, dos dados dos diferentes controladores da rede. Uma desvantagem, é que estes terminais não são intercambiáveis entre diferentes fabricantes de CP’s. 1.1.8.2 MICROCOMPUTADORES Com o advento dos microcomputadores pessoais (PC’s) e com a crescente utilização dos mesmos em ambientes industriais, a grande maioria dos fabricantes d esenvolveram software especiais que possibilitaram utilizá-los também como programadores tanto “on line” como “off line”. A grande maioria destes software foram desenvolvidos com base na linha de micros compatíveis com os IBMPC’s, facilitando inclusive a compilação de programas em linguagens de alto nível (BASIC, C, PASCAL, etc.). Há atualmente uma acentuada utilização destes equipamentos com CP’s, principalmente como Interface Homem-Máquina/Processo no nível de Supervisão do controle de processos, tema este que abordaremos mais adiante. 1.1.8.3 MINI-PROGRAMADORES (TERMINAIS DE BOLSO) São bastante compactos, assemelhando-se em muito com as calculadoras de mão. Este equipamento é preferencialmente utilizado para aplicação no campo, para testes e parametrização. 1.1.8.4 OUTROS PERIFÉRICOS Ainda dentro da família de equipamentos periféricos aos CP’s podemos destacar os seguintes: INTERFACE HOMEM/MÁQUINA: Com dimensões reduzidas, são utilizados principalmente para introdução e visualização de dados e mensagens. São compostos de um teclado numérico-funcional, muitas vezes do tipo membrana, e de display alfanumérico, sendo gerenciados por um microprocessador. IMPRESSORAS: São utilizadas normalmente para prover cópia do programa de controle e geração de relatórios e mensagens ao operador. A comunicação é feita normalmente através de interfaces de comunicação serial padrão RS 232C

1.1.9 INTERFACEAMENTO DE PERIFÉRICOS COMUNICAÇÃO SERIAL: É a mais comumente utilizada para a maioria dos periféricos e é feita utilizando-se simples cabos de par traçado. Os padrões mais utilizados são o RS 232C, loop de corrente 20mA, e o RS-422/RS-485 em alguns casos. RS-232C: Este padrão define basicamente as características dos sinais elétricos, bem como os detalhes mecânicos (pinagem) da interface. É empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud (bits/seg) e distância máxima de 15 metros. (Com a utilização dos modems esta distância pode ser ampliada). RS-422/RS-485: É uma versão melhorada do padrão RS-232C. Ela possibilita, principalmente, o emprego de velocidade de transmissão de até 100k baud para distância de até 1200m, podendo alcançar velocidades da ordem de MBaud para distâncias menores. LOOP DE CORRENTE 20mA: A interface de loop de corrente é idêntica a RS-232C e, evidentemente como é baseada em níveis de corrente em vez de tensão, possibilita o emprego em distâncias bem maiores. Muitos CP’s oferecem ambos os padrões, RS-232C e loop de corrente.

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Aspectos de Software Além do número de pontos de E/S, o que determina a utilização de um CP são os recursos de software disponíveis, isto é, que funções ele pode executar. Todos os CP’s possuem as seguintes funções básicas de software: - Lógica E, OU e XOR; - SET e RESET - Temporização e contagem; - Cálculos com aritmética básica (+), (-), (x), (:); - Parênteses (para associação de lógicas); - Comparação de valores; - Registrador de deslocamento; - Salto. A medida que os CP’s tem sua capacidade de processamento aumentada, surge a necessidade de funções de software mais avançadas, tais como: - Cálculos com ponto flutuante; - Cálculos integrais e trigonométricos; - Malhas de controle PID; - Posicionamento; - Contagem rápida; - Leitura de sinais analógicos; - Leitura de sinais de temperatura; - Linearização de sinais analógicos; - Lógica fuzzi; - Outros. 1.1.10 LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO A programação traduz as funções a serem executadas; para tanto ela deve ser a mais simples possível. Utilizando-se de linguagem específica, baseando-se na memotécnica, a linguagem de programação usa abreviações, figuras e números de tal forma a se tornar acessível a todos os níveis tecnológicos. Os tipos de funções são associações lógicas ( “E”, “OU”, etc), funções de memória ( SET, RESET, etc), funções de contagem, temporização, aritméticas e outras mais específicas. A forma visual que a instrução se apresenta depende unicamente do tipo de sistema utilizado pelo programador. Seja por exemplo, a associação lógica “OU” entre duas informações que chamaremos de entradas por traduzirem informações do processo. O resultado desta associação será armazenado em uma memória para depois ser utilizado, na dependência da ordem de operação. Podemos representar essa associação na forma de diagrama de contatos (Ladder). Podemos ainda representar a associação através de um esquema de funcionamento ou diagrama lógico.

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As vantagens e desvantagens de cada uma das formas de linguagem de programação são dependentes dos conhecimentos do programador. A linguagem mais difundida até agora tem sido o diagrama de contatos (LADDER), devido a semelhança com os esquemas elétricos usados para o comando convencional e a facilidade de visualização nas telas de vídeo dos programadores (CRT). As funções aplicadas aos processadores de palavra (byte processor) são baseadas na mesma filosofia, porém as operações são de uma gama mais variada. O Software pode apresentar-se de forma linear, onde o programa é varrido desde a primeira instrução até a última não importando-se com a necessidade ou não de ser executada parte do programa. Essa programação linear é característica dos processadores mais simples (Bit Processor). Outra forma de programação é a programação estruturada onde um programa principal é lido e, conforme a seqüência dos eventos, os blocos de programa e funções são executados. A programação estruturada permite a otimização do Software adaptando assim as necessidades de cada comando, oferecendo ainda a possibilidade de utilização de subrotinas e subprogramas. Alguns Softwares de programação permitem migrar de uma linguagem para outra. Como por exemplo, de Ladder para lista de instrução, de Ladder para diagrama lógico e vice versa.

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SISTEMAS ASSOC IADOS Atualmente os controladores programáveis trabalham isoladamente, exceto em aplicações muito pequenas, e de maneira geral eles compõem com outros equipamentos um sistema integrado de controle. A seguir abordaremos algumas questões interessantes com relação a este aspecto. 1.1.11 REDES DE COMUNICAÇÃO Para contribuir com essa tendência salienta-se que os processadores se tornaram muito mais baratos nos últimos anos, a modularidade obtida conduz a sistemas de mais fácil instalação, manutenção e expansão, além de permitir que o processo continue operando mesmo que um dos integrantes apresente uma falha. Esse controle distribuído, no entanto, somente é viável se todos os integrantes do sistema puderem trocar informações entre si de modo rápido e confiável. Dessa necessidade surgiu um campo vastíssimo de tecnologia em redes de comunicação. Diversos são os tipos, padrões, protocolos e centros de pesquisa e desenvolvimento em torno desse assunto. Rede de comunicação é o conjunto de equipamentos e software utilizados para propiciar o trânsito de informações entre os diversos níveis hierárquicos e participantes de um processo industrial é chamado de rede de comunicação para automação. Atualmente, uma das características importantes de uma rede de comunicação é que ela seja aberta. Já foi analisado na disciplina ELEMENTOS DE AUTOMAÇÃO os aspectos relativos às Redes de Comunicação e os meios físicos, topologias e protocolos utilizados na automação induatrial.

VAMOS A PARTIR DESSE PONTO, INICIAR OS PROCEDIMENTOS PARA O MANUSEIO E UTILIZAÇÃO DO CP WEG TPW3-PCLINK: O que se apresenta neste material é uma serie de experiências práticas que visam enriquecer o conteúdo teórico administrados até o momento. As experiências e diagramas foram confeccionados de maneira que se possa tirar o maior proveito da estrutura montada para fins didáticos, além é claro, de contribuir para uma maior aprendizagem. Dentre todas as tarefas previstas há um apanhado de sugestões de programas que abordam desde a mais simples aplicação do CLP até sistemas de automação mais elaborados. A seqüência na qual as tarefas foram organizadas obedecem uma ordem que oportuniza um Gradual aumento das habilidade técnicas e, acima de tudo, ao raciocínio lógico relacionados ao uso da programação de CLP´s de forma a permitir que no uso da Bancada Didática possa ser desenvolvidos novos projetos a partir dos já executados ou até mesmo construir novas formas de utilização para o equipamento disponibilizado. Todos os fundamentos e base de estudo foi desenvolvido pelo CTC – CENTRO DE TREINAMENTO DE CLIENTES DA WEG NO SEU MANUAL DO ALUNO REFERENTE AO KIT DIDÁTICO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL BOM ESTUDO PRÁTICO!!!

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Geração e Distribuição de Energia

INTRODUÇÃO: Um sistema elétrico de potência, em sua concepção geral, é constituído pelos equipamentos necessários para transportar a energia elétrica desde a “fonte geradora” até os pontos em que ela é utilizada. Basicamente, esse processo desenvolve-se em quatro etapas: geração, transmissão, distribuição e utilização. Na figura 1 pode ser visto o diagrama de blocos de um sistema elétrico de potência típico, bem como a localização dos respectivos consumidores.

Já na figura 2 pode ser conferida a entrega de energia para consumidores, através de instalações elétricas, a partir das diferentes etapas do sistema elétrico de potência em função da quantidade de energia e de extensão.

No Brasil, um país de dimensão continental, os primeiros sistemas de potência supriam apenas os centros de carga regionais, operando de modo isolado. A partir dos anos 60, com a construção de grandes usinas e a ocorrência de forte desenvolvimento industrial, os sistemas de potência começaram a ser interconectados. Como decorrência das interligações entre as redes regionais, um grande número de problemas teve de ser analisado a fim de se obter as melhores soluções técnicas e econômicas. Atualmente há duas grandes redes interligadas em operação no Brasil: os sistemas interligados Sul/Sudeste/Centro-Oeste e Norte/Nordeste, tendo este último linhas de transmissão de mais de 2000 km, em 500 kV. No passado, foram estudadas diversas alternativas de interligações entre essas duas redes, envolvendo distâncias da ordem de 2500 km e tensões de até 1200 kVCA e ±800 kVCC. Recentemente, uma linha de transmissão em 500 kV, com mais de 1000 km de extensão, passou a interligar o N/NE com o S/SE-CO, tendo a THEMAG também desenvolvido estudos de planejamento e de engenharia referentes a essa interligação, denominada Norte-Sul. 313

Nosso estudo começa com a mesma temática desse módulo – O Sistema Elétrico de Potência e suas Etapas, de Geração – Transmissão – Distribuição de Energia Elétrica. A enfase que será dada aqui terá a seguinte sequencia: 1. Apresentação da etapa de Geração com foco nas fontes primárias, nas máquinas primárias e nas SE´s elevadoras siuadas nos centros de produção de energia elétrica; 2. O Setor Elétrico Nacional - Analise do Sistema Interligado Nacional –SIN com foco nos esquemas elétricos das SE´s Transmissão de energia elétrica; 3. O Sistema de Distribuição de Energia Primária e Secundária – Diagramas Básicos;

A Geração de Energia e suas Fontes primárias: A geração de energia elétrica se faz em usinas localizadas em função de suas características próprias. A energia elétrica é gerada por conversão eletromagnética de energia, isto é, lança-se mão de uma fonte de energia primária para se obter a energia elétrica. O que se entende por “fonte de energia”? Resumindo, “fonte de energia” é a origem da energia, a qual é um recurso natural que pode fornecer ao Homem determinado tipo de energia e sua substância transformadora. A natureza, em certas circunstâncias, pode fornecer recursos naturais que dão origem a um determinado tipo de energia, nomeadamente energia mecânica, elétrica, térmica ou química. As fontes de energia são um dos elementos importantes e indispensáveis à nossa vida quotidiana e ao desenvolvimento econômico, para além de serem extremamente importantes para a melhoria da qualidade de vida. As fontes de energia podem classificar-se em primárias e secundárias, consoante a sua origem. “Fonte de energia primária” e “Fonte de energia secundária” A fonte de energia primária, também conhecida por fonte de energia natural, é uma fonte de energia que existe em forma natural na natureza e pode gerar energia de forma direta, destas destacam-se o carvão mineral, o petróleo e o gás natural, a energia hídrica, solar e eólica, de biomassa, oceânica e geotérmica. As fontes de energia podem classificar-se em renováveis e não renováveis. As fontes de energia renováveis são uma infinita fonte geradora mesmo que sejam utilizadas pelo Homem, possuindo a capacidade de se regenerar naturalmente. Por exemplo a energia solar, hídrica e eólica, de biomassa, oceânica e geotérmica. Quanto às fontes de energia não renováveis, como o combustível petroquímico e nuclear, são formadas no subsolo a partir de restos de animais e plantas que demoraram milhões de anos até se transformarem em combustível. Estes não podem ser recuperados rapidamente e as suas quantidades tornam-se cada vez mais reduzidas com o consumo por parte do homem. As fontes de energia secundárias são transformadas a partir das fontes de energia primárias, como por exemplo a energia elétrica, gasolina, gasóleo, alcatrão, carvão mineral, vapor e energia hidrogénia, entre outros. As relações entre a energia e a humanidade A energia ocupa um lugar importante na sociedade moderna industrial e comercial. Os estabelecimentos comerciais não podem funcionar sem ela. É necessária para a iluminação, arcondicionado, equipamentos de escritório. Caso não haja energia todas as atividades param. Também a produção industrial não pode funcionar sem energia, essencial para a iluminação e maquinaria.

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De igual modo, com falta de energia, os serviços dos hotéis, restaurantes e recintos de diversão param. Os meios de transporte não circulam sem fonte de energia. Sem combustíveis ou fornecimento de energia elétrica, os aviões, barcos e veículos não podem mover. Tudo consome energia hoje em dia, desde a simples vida quotidiana aos serviços públicos, a iluminação, o ar-condicionado, a cozinha, a rádio e a televisão, ou até as necessidades mais básicas da vida, tais como o vestuário, a alimentação, a habitação e o transporte, tudo depende da energia. Usinas hidrelétricas, que usam represamento de rios e lagos, são localizadas nos pontos dos rios e lagos considerados mais eficientes para o armazenamento do volume ideal de água. Usinas térmicas podem ser localizadas em pontos mais convenientes para a transmissão e controle. Geradores eólicos são localizados em pontos com maior volume de ventos. O sistema elétrico de potência engloba todas as formas de geração de energia elétrica e sua transmissão até os consumidores.

Energia solar – Como funciona? Quase todas as fontes de energia – hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos – são formas indiretas de energia solar. Além disso, a radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia térmica, para aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica, através de efeitos sobre determinados materiais, entre os quais se destacam o termoelétrico e o fotovoltaico. Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados atualmente são o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica. A energia solar é obtida através da conversão direta da luz natural em eletricidade (efeito fotovoltaico). Esse efeito causa o aparecimento de uma diferença de potencial, nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz. A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de conversão.

Os raios do sol, ao atingirem o módulo que contém as células fotovoltaicas produzem eletricidade, sob a forma de corrente contínua, similar às das pilhas e baterias automotivas. Esta energia pode ser acumulada em baterias e utilizada à noite ou em longos períodos de mau tempo. Inversores são necessários para converter essa energia elétrica de corrente contínua em corrente alternada, possibilitando a utilização direta em uma residência. • Benefícios e desvantagens: A maior vantagem da energia solar é poder ser instalada em locais isolados sem a necessidade de linhas de transmissão. O custo dessa energia ainda é muito elevado e sua aplicação limitada. O maior 315

uso da energia solar, hoje em dia, é em sistemas de aquecimento de água, sem produção de eletricidade. Uma das restrições técnicas à difusão de projetos de aproveitamento de energia solar é a baixa eficiência dos sistemas de conversão de energia, o que torna necessário o uso de grandes áreas para a captação de energia em quantidade suficiente para que o empreendimento se torne economicamente viável. Comparando-se, contudo, a outros recursos, como a energia hidráulica, por exemplo, observa-se que a limitação de espaço não é tão restritiva ao aproveitamento da energia solar. Porém as células fotovoltaicas, assim como as baterias são fabricadas com materiais (ácidos e metais pesados) que podem causar sérios problemas ambientais se não descartados corretamente.

Hidroeletricidade - Como funciona? A produção de eletricidade utiliza a energia da queda d’água de um rio associada ao volume de água disponível num reservatório formado por uma barragem. A água represada é conduzida para o interior da casa de força, através de dutos para movimentar as turbinas; A rotação da turbina faz girar o rotor de um gerador que produz energia elétrica. Outra estrutura importante é o vertedouro por onde pode ser escoado o excesso de água em épocas de chuvas intensas

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O aproveitamento da energia hidráulica através do uso de turbinas hidráulicas, devidamente acopladas a um gerador de corrente elétrica. Com eficiência que pode chegar a 90%, as turbinas hidráulicas são atualmente as formas mais eficientes de conversão de energia primária em energia secundária.

As Turbinas, geralmente, tem de ser totalmente desmontadas e substituídas de três em três anos, o que se deve ao desgaste que estas sofrem.

Características energéticas: disponibilidade de recursos, facilidade de aproveitamento e, principalmente, seu caráter renovável. A energia hidráulica é proveniente da irradiação solar e da energia potencial gravitacional, através da evaporação, condensação e precipitação da água sobre a superfície terrestre.

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A participação da energia hidráulica na matriz energética nacional é da ordem de 42%, gerando cerca de 90% de toda a eletricidade produzida no país. Apesar da tendência de aumento de outras fontes, devido a restrições socioeconômicas e ambientais de projetos hidrelétricos e os avanços tecnológicos no aproveitamento de fontes nãoconvencionais, tudo indica que a energia hidráulica continuará sendo, por muitos anos, a principal fonte geradora de energia elétrica do Brasil Também existe um outro tipo de usina hidrelétrica que dispensa a construção de uma grande barragem e utiliza o próprio fluxo do rio para o acionamento das turbinas. • Benefícios e desvantagens: Usinas hidrelétricas geram, como todo empreendimento, alguns tipos de impacto ambiental como o alagamento das áreas vizinhas (produtivas ou florestas), aumento no nível dos rios e modificações na fauna e a flora da região. Em geral, é um tipo de energia mais barata e menos agressiva ambientalmente do que outras formas. Como as hidrelétricas, quase sempre, se situam afastadas dos centros de consumo, também devem ser considerados os impactos adicionais relativos à construção de longas linhas de transmissão e as perdas de energia decorrentes. O aproveitamento de potenciais hidráulicos para a geração de energia elétrica exigiu a formação de grandes reservatórios e, conseqüentemente, a inundação de grandes áreas. Na maioria dos casos, tratava-se de áreas produtivas e (ou) de grande diversidade biológica, exigindo a realocação de grandes contingentes de pessoas e animais silvestres. A formação de reservatórios de acumulação de água e regularização de vazões provoca alterações no regime das águas e a formação de microclimas, favorecendo certas espécies (não necessariamente as mais importantes) e prejudicando, ou até mesmo extinguindo, outras. 10 MOTIVOS PARA PROMOVER A HIDRELETRICIDADE 1. Hidreletricidade é uma fonte renovável de energia. A hidreletricidade usa a energia da água corrente, sem reduzir sua quantidade, para produzir eletricidade. Portanto, todos os empreendimentos hidrelétricos, de pequeno ou grande porte, a fio d’água ou de armazenamento, enquadram-se no conceito de fonte de energia renovável. 2. A Hidreletricidade viabiliza a utilização de outras fontes renováveis. As usinas hidrelétricas com reservatório de acumulação oferecem flexibilidade operacional incomparável, uma vez que podem responder imediatamente às flutuações da demanda de eletricidade. A flexibilidade e capacidade de armazenamento das usinas hidrelétricas as tornam o meio mais eficiente e econômico para dar suporte ao emprego de fontes intermitentes de energia renovável, como a energia solar ou a energia eólica. 3. A Hidreletricidade promove a segurança energética e a estabilidade dos preços. A água dos rios é um recurso doméstico e, ao contrário do combustível ou gás natural, não está sujeita a flutuações de mercado. Além disso, a hidreletricidade é a única grande fonte renovável de eletricidade e sua relação custo-benefício, eficiência, flexibilidade e confiabilidade ajudam a otimizar o uso das usinas térmicas.

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4. A Hidreletricidade contribui para o armazenamento de água potável. Os reservatórios das usinas hidrelétricas coletam a água da chuva, que pode então ser usada para consumo ou para irrigação. Ao armazenar água, eles protegem os aqüíferos contra o esgotamento e reduzem nossa vulnerabilidade a inundações e secas. 5. A Hidreletricidade aumenta a estabilidade e a confiabilidade do sistema elétrico. A operação dos sistemas elétricos depende de fontes de geração rápidas e flexíveis para atender às demandas de pico, manter os níveis de tensão do sistema e restabelecer prontamente o fornecimento após um blecaute. A energia gerada por instalações hidrelétricas pode ser injetada no sistema elétrico mais rapidamente do que a de qualquer outra fonte energética. A capacidade das usinas hidrelétricas de irem do zero à produção máxima, de forma rápida e previsível, as tornam excepcionalmente adequadas para atender às alterações de consumo e fornecer serviços ancilares ao sistema elétrico que mantenham o equilíbrio entre a oferta e a demanda de eletricidade. 6. A Hidreletricidade ajuda a combater mudanças climáticas. O ciclo de vida da hidreletricidade produz quantidades muito pequenas de gases do efeito estufa (GHG – “greenhouse gases”). Ao emitir menos GHG que usinas movidas a gás, carvão ou petróleo, a hidreletricidade pode ajudar a retardar o aquecimento global. Embora somente 33% do potencial hidrelétrico disponível tenha sido aproveitado, a hidreletricidade atualmente evita a emissão de GHG correspondente à queima de 4,4 milhões de barris de petróleo diariamente, em âmbito mundial. 7. A Hidreletricidade melhora o ar que respiramos. As usinas hidrelétricas não produzem poluentes do ar. Muito freqüentemente, elas substituem a geração a partir de combustíveis fosseis, reduzindo assim a chuva ácida e a fumaça. Além disso, os empreendimentos hidrelétricos não geram subprodutos tóxicos. 8. A Hidreletricidade oferece contribuição significativa para o desenvolvimento. As instalações hidrelétricas trazem eletricidade, estradas, indústria e comércio para as comunidades, desenvolvendo assim a economia, ampliando o acesso à saúde e à educação, melhorando a qualidade de vida. A hidreletricidade é uma tecnologia conhecida e comprovada há mais de um século. Seus impactos são bem compreendidos e administráveis, mediante medidas de mitigação e compensação de danos. Ela oferece um vasto potencial e está disponível onde o desenvolvimento é mais necessário. 9. Hidreletricidade significa energia limpa e barata para hoje e amanhã. Com um tempo médio de vida de 50 a 100 anos, os empreendimentos hidrelétricos são investimentos de longo prazo que podem beneficiar diversas gerações. Eles podem ser facilmente atualizados para incorporar tecnologias mais recentes e têm custos muito baixos de operação e manutenção. 10. A Hidreletricidade é um instrumento fundamental para o desenvolvimento sustentável. Os empreendimentos hidrelétricos que são desenvolvidos e operados de forma economicamente viável, ambientalmente sensata e socialmente responsável, representam desenvolvimento sustentável em sua melhor concepção. Isto é, “desenvolvimento que atende hoje às necessidades 319

das pessoas, sem comprometer a capacidade das futuras gerações de atender suas próprias necessidades” (Comissão Mundial de Meio Ambiente e Desenvolvimento, 1987). Fontes: IHA – International Hydropower Association INHA – Indian National Hydropower Association CHA – Canadian Hydropower Association

NHA USA – USA National Hydropower Association NHA Nepal – Nepal Hydropower Association

Energia eólica – Como funciona? Os moinhos de vento foram inventados na Pérsia no século V para bombear água para irrigação. Os mecanismos básicos de um moinho de vento não mudaram desde então: o vento atinge uma hélice que ao movimentar-se gira um eixo que impulsiona uma bomba, uma moenda ou, em tempos mais modernos, um gerador de eletricidade. As hélices de uma turbina de vento são diferentes das lâminas dos antigos moinhos porque são mais aerodinâmicas e eficientes. Seu movimento ativa um eixo que está conectado ao gerador de eletricidade.

Seu aproveitamento ocorre através da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas (aerogeradores) para a geração de energia elétrica, ou através de cataventos e moinhos para trabalhos mecânicos, como bombeamento de água. Geração de eletricidade: as primeiras tentativas surgiram no final do Século XIX, mas somente um século depois, com a crise do petróleo, é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial. Recentes desenvolvimentos tecnológicos têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos.

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POTENCIAL EÓLICO NO BRASIL:

• Benefícios e desvantagens: A fonte eólica, como a nuclear, também não emite gases responsáveis pelo aquecimento global e sua tecnologia pode ser instalada em locais isolados. Porém, é um sistema intermitente (se não tem vento, não tem energia) que necessita de uma complementação. Seja através de uma outra usina de outro tipo, seja pelo armazenamento da energia produzida em baterias. O custo desta forma de geração ainda é muito alto principalmente devido a sua baixa eficiência. Muitos ambientalistas questionam a poluição sonora provocada pelo movimento das hélices e os transtornos causados aos pássaros em migração. Além disso, os sistemas que utilizam baterias, também sofrem com o problema da deposição adequada deste material (fonte de ácidos e metais pesados altamente poluentes e nocivos ao meio ambiente) quando de sua substituição, principalmente se instalados em locais isolados. Entre os principais impactos sócio-ambientais de usinas eólicas destacam-se os sonoros e os visuais. Os impactos sonoros são devidos ao ruído dos rotores e variam de acordo com as especificações dos equipamentos Os impactos visuais são decorrentes do agrupamento de torres e aerogeradores, principalmente no caso de centrais eólicas com um número considerável de turbinas, também conhecidas como fazendas eólicas.

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Outro impacto negativo de centrais eólicas é a possibilidade de interferências eletromagnéticas, que podem causar perturbações nos sistemas de comunicação e transmissão de dados.

O GÁS NATURAL O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, decorrentes da decomposição de matéria orgânica fossilizada ao longo de milhões de anos. É composto principalmente por metano, com proporções variadas de etano, propano, butano, hidrocarbonetos mais pesados e também CO2, N2, H2S, água, ácido clorídrico, metanol e outras impurezas. Outras características intrínsecas importantes são os baixos índices de emissão de poluentes, em comparação a outros combustíveis fósseis, rápida dispersão em caso de vazamentos, os baixos índices de odor e de contaminantes. A geração de energia elétrica a partir de gás natural é feita pela queima do gás combustível em turbinas a gás, cujo desenvolvimento é relativamente recente (após a Segunda Guerra Mundial). Junto ao setor elétrico, o uso mais generalizado dessa tecnologia tem ocorrido somente nos últimos 15 ou 20 anos. Restrições de oferta de gás natural, o baixo rendimento térmico das turbinas e os custos de capital relativamente alto foram, durante muitos anos, as principais razões para o baixo grau de difusão dessa tecnologia no âmbito do setor elétrico. Apesar das vantagens relativas do gás natural, quando comparado ao petróleo e ao carvão mineral, seu aproveitamento energético também gera impactos indesejáveis ao meio ambiente, principalmente na geração de energia elétrica. Um dos maiores problemas é a necessidade de um sistema de resfriamento, cujo fluido refrigerante é normalmente a água.

GASODUTOS BRASILEIROS

322

Embora existam tecnologias de redução da quantidade de água necessária e mitigação de impactos, isso tem sido uma fonte de problemas ambientais, principalmente em relação aos recursos hídricos, em função do volume de água captada, das perdas por evaporação e do despejo de efluentes.

PETRÓLEO E DERIVADOS A geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo ocorre por meio da queima desses combustíveis em caldeiras, turbinas e motores de combustão interna. O caso das caldeiras e turbinas é similar ao dos demais processos térmicos de geração e mais usado no atendimento de cargas de ponta e/ou aproveitamento de resíduos do refino de petróleo. Os grupos geradores Diesel são mais adequados ao suprimento de comunidades e de sistemas isolados da rede elétrica convencional. Com exceção de alguns poucos países da OCDE (Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico) , o uso de petróleo para geração de eletricidade tem sido decrescente desde os anos 1970. O obsoletismo das plantas de geração, os requerimentos de proteção ambiental e o aumento da competitividade de fontes alternativas são os principais responsáveis por isso. Contudo, o petróleo continua sendo muito importante na geração de energia elétrica nesses países, principalmente no suprimento de cargas de pico e no atendimento a sistemas isolados Os principais impactos da geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo decorrem da emissão de poluentes na atmosfera, principalmente os chamados gases de efeito estufa (GEE). Os mais problemáticos são o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4) e o óxido nitroso N2O.

Termoeletricidade convencional - • Como funciona? a) Gás Natural e derivados finos de petróleo O combustível misturado ao ar, é queimado em uma câmara de combustão e produz gases sob alta temperatura e pressão que são direcionados para uma turbina de expansão (semelhante às de avião), provocando o giro da mesma. O eixo desta turbina, ligado a um gerador elétrico, produz eletricidade. b) Combustíveis sólidos Diversos tipos de combustíveis sólidos são queimados em caldeiras (desenvolvidas especificamente para cada um deles), com o objetivo de aquecer água e produzir vapor para fazer girar as turbinas e o gerador elétrico. Dentre os combustíveis mais utilizados, estão o carvão mineral, o bagaço de cana e resíduos de madeira. As termelétricas podem operar em ciclo simples, em ciclo combinado ou em co-geração: Ciclo simples – a queima do combustível em caldeiras simples fornece a energia mecânica para o gerador de energia elétrica. Ciclo combinado – a queima do combustível fornece energia mecânica para o gerador de energia elétrica, e os gases resultantes, com uma temperatura em torno de 550 ºC, são direcionados para uma caldeira de recuperação de calor que produzirá vapor para movimentar uma outra turbina ligada a um outro gerador de energia elétrica. 323

Co-geração – é semelhante ao sistema em ciclo combinado, no qual o vapor produzido na caldeira de recuperação é utilizado em outros processos de produção. • Benefícios e desvantagens: As usinas termelétricas ocupam áreas relativamente pequenas, podem ser instaladas próximas aos centros consumidores e não dependem de fatores climáticos (chuva, vento, etc.) para o seu funcionamento. Porém, os combustíveis utilizados geram grandes quantidades de poluentes (gás carbônico, metano, óxidos de nitrogênio, enxofre, cinzas, etc.), contribuindo para o processo de aquecimento do planeta e causando a chuva ácida. Além disso, os combustíveis fósseis (carvão, óleo e gás natural) correm o risco de se esgotar por serem utilizados em uma velocidade muito maior do que o tempo necessário para a sua formação, o que torna seu preço muito elevado e cria problemas de abastecimento e confiabilidade de suprimento.

Outras fontes BIOMASSA São materiais de origem vegetal como lenha, bagaço da cana, resíduos da indústria de papel, etc., além do biogás (obtido pela decomposição do lixo) que podem ser utilizados para produzir calor ou produzir energia num processo similar ao das termelétricas. Do ponto de vista energético, biomassa é toda matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Assim como a energia hidráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos. Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência reduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, através da combustão em fornos, caldeiras, etc. Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos sócio-ambientais, tem-se desenvolvido e aperfeiçoado tecnologias de conversão eficiente, como a gaseificação e a pirólise ENERGIA DOS OCEANOS Existem duas formas de aproveitamento da energia dos oceanos: a energia das marés (maré-motriz), associada às correntes marítimas, e a energia das ondas, com maior potencial de exploração. • MARÉ-MOTRIZ - Sistema de geração de energia elétrica que utiliza o movimento de elevação (fluxo) das marés para encher um reservatório e movimentar uma comporta. Quando o nível do mar abaixa (reflui), a comporta se abre, formando uma queda d’água que gira uma turbina ligada a um gerador elétrico. O movimento regular de fluxo e refluxo, a cada 12 horas, é o fator que possibilita o aproveitamento dessa fonte de energia. • ENERGIA DAS ONDAS - O aproveitamento é feito empregando, um conjunto de bóias (distantes uns poucos quilômetros da costa) que utiliza o movimento superficial do mar para gerar eletricidade, através de um equipamento que fica em contato com o fundo do mar. É um processo limpo e, atualmente, já existem algumas usinas funcionando no mundo, entre as quais uma na Escócia (750 kW) e outra (400 kW) na ilha de Açores, em Portugal. Cientistas brasileiros desenvolvem um projeto diferente que utiliza câmaras hiperbáricas. A água é capturada por flutuadores ligados a braços mecânicos, que acionam as bombas de sucção toda vez que uma onda passa. A câmara evita momentos sem água, ou seja, permite um fluxo continuo de água em direção as paletas da turbina. 324

CÉLULA A COMBUSTÍVEL Uma célula a combustível é um dispositivo de conversão de energia eletroquímica, que transforma hidrogênio e oxigênio em eletricidade, calor e água. Ao contrário de uma bateria, uma célula a combustível não necessita ser carregada e produzirá energia continuamente desde que seja fornecido o combustível (hidrogênio). É um processo bastante limpo, porém ainda se encontra em fase de pesquisas e testes. Uma célula a combustível consiste em dois eletrodos (condutor metálico por onde uma corrente elétrica entra num sistema ou sai dele) separados por um eletrólito (condutor de eletricidade, sólido ou liquido, no qual o transporte de carga se realiza por meio de íons). O hidrogênio é alimentado no ânodo (-) (eletrodo para onde se dirigem os íons negativos) e o oxigênio (ou ar) entra na célula através do cátodo (+) (eletrodo de onde partem os elétrons e para onde se dirigem os íons positivos). Através da ação de um catalisador, os átomos de hidrogênio são decompostos em prótons (H+) e elétrons (e-), que seguem caminhos diferentes para o cátodo. Os prótons (H+) são conduzidos através do eletrólito para o cátodo e os elétrons (e-), que não podem passar através do eletrólito, criam uma corrente elétrica externa que é utilizada antes de regressar ao cátodo, na qual é novamente reunida com os íons positivos de hidrogênio e oxigênio para formar água e calor.

325

SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO 1. Principais Empresas do Grupo ELETROBRÁS: FURNAS

ELETRONORTE

ELETROSUL CHESF ELETRONUCLEAR

ITAIPÚ BINACIONAL

CGTEE

1.1. FURNAS – Centrais Elétricas S.A.   

 

Nasceu com o desafio de sanar a crise energética que ameaçava, em meados da década de 50, o abastecimento dos três principais centros socioeconômicos brasileiros - São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte. FURNAS, hoje está presente no Distrito Federal e nos estados de São Paulo, Minas Gerais, Rio de Janeiro, Espírito Santo, Goiás, Tocantins, Mato Grosso, Paraná e Rondônia, onde funciona o Escritório de Construção de Porto Velho. A Empresa conta com um complexo de dez usinas hidrelétricas, além de Peixe Angical (TO), em construção, e duas termelétricas, totalizando uma potência de 9.467 MW. Conta, ainda, com 19.277,5 km de linhas de transmissão e 44 subestações, garantindo o fornecimento de energia elétrica em uma região onde estão situados 51% dos domicílios brasileiros e que responde por 65% do PIB brasileiro. A capacidade instalada da Empresa é de 9.467 MW que representa, aproximadamente, 11% do total da geração de energia do país. Entre os destaques está o primeiro projeto do Setor Elétrico Brasileiro desenvolvido em parceria com a iniciativa privada: a Usina de Serra da Mesa, localizada no Município de Minaçu, em Goiás.

O quadro abaixo apresenta as Usinas de FURNAS:

Usinas Hidrelétricas: Usina de Corumbá - 375 MW

Usina de Manso - 212 MW

Usina de Funil - 216 MW

Usina de Marimbondo - 1.440 MW

Usina de Furnas – 1.216 MW

Usina de Mascarenhas de Moraes (Peixoto) - 476 MW

Usina de Itumbiara - 2.082 MW

Usina de Porto Colômbia - 320 MW

Usina de Luiz C. B. Carvalho (Estreito) - 1.050Usina MW de Serra da Mesa - 1.275 MW Usinas Termelétricas Usina de Corumbá - 375 MW

Usina de Campos - 30 MW

Usina de Funil - 216 MW

Usina de Santa Cruz - 775 MW

326

1.2. ELETRONORTE – Centrais Elétricas S.A. 











A Centrais Elétricas do Norte do Brasil S.A. – Eletronorte, sociedade anônima de economia mista e subsidiária da Eletrobrás - Centrais Elétricas Brasileiras S.A., é uma concessionária de serviço público de energia elétrica. Criada em 20 de junho de 1973, com sede no Distrito Federal, gera e fornece energia elétrica aos nove estados da Amazônia Legal – Acre, Amapá, Amazonas, Maranhão, Mato Grosso, Pará, Rondônia, Roraima e Tocantins. Por meio do Sistema Interligado Nacional – SIN, também fornece energia a compradores das demais regiões do País. Dos cerca de 24 milhões de habitantes que vivem na Região Amazônica, mais de 15 milhões se beneficiam da energia elétrica gerada pela Eletronorte em suas cinco hidrelétricas – Tucuruí (PA), a maior usina genuinamente brasileira e a quarta do mundo, Coaracy Nunes (AP), Balbina (AM), Samuel (RO) e Curuá-Una (PA) – e em parques termelétricos. A potência total instalada é de 9.787 megawatts (aproximadamente, 11% do total da geração de energia do país), e os sistemas de transmissão contam com mais de 9.840 quilômetros de linhas. A Empresa conta, ainda, com duas subsidiárias integrais: a Boa Vista Energia S.A. e a Manaus Energia S.A. A Eletronorte é uma concessionária de serviço público de energia elétrica, sociedade anônima de economia mista, subsidiária das Centrais Elétricas Brasileiras S.A. – Eletrobrás e tem como finalidade principal realização de estudos, projetos, construção e operação de usinas geradoras e de sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica, além da comercialização da energia gerada pela Empresa. Criada em 20 de junho de 1973, com sede no Distrito Federal, a Eletronorte gera e transmite energia na Região Amazônica, nos estados do Acre, Amapá, Amazonas, Maranhão, Mato Grosso, Pará, Rondônia, Roraima e Tocantins. Por meio do Sistema Interligado Nacional (SIN), a Empresa comercializa energia em todo o território nacional. A Eletronorte construiu e opera usinas hidrelétricas (Tucuruí, Balbina na Manaus Energia, Samuel e Coaracy Nunes), parques térmicos e sistemas de transmissão associados.

Parque Gerador da ELETRONORTE

Acre

Potências Instaladas Amapá Tucuruí Rondônia Coroacy Nunes 78,0 MW

UHE's

UTE's

Rio Acre 45,5 MW Rio Rio Branco I 18,6 MW Rio Branco II 31,8 MW

Santana 178,1 MW

Total

95,9 MW

256,1 MW

Manaus

Roraima

Tucuruí lSamuel Balbina 8370,0 MW 216,0 MW 250,0 MW Curuá-Una 30,3 MW

Total

8.944,3 MW

Aparecida 126,5 MW Rio Electron Floresta Madeira 842,7 MW 121,0 MW 62,0 MW 121,9 MW Mauá 137,2 MW 8.400,3 MW

327

337,9 MW

634,7 MW

62,0 MW

9.787,0 MW

1.3. ELETROSUL – Centrais Elétricas S.A. 





A Eletrosul Centrais Elétricas S.A. foi criada em 23 de dezembro de 1968. Subsidiária da Centrais Elétricas Brasileiras S.A. - Eletrobrás e vinculada ao Ministério de Minas e Energia, é uma sociedade anônima que atua no segmento de transmissão de energia em alta e extraalta tensão. A Eletrosul tem seu sistema de transmissão localizado nos estados da Região Sul e no Mato Grosso do Sul, área que abriga um contingente populacional da ordem de 28 milhões de habitantes e que responde por 16% do PIB e 17% do mercado de energia elétrica do País. O Sistema de Transmissão Eletrosul responde pelo transporte de energia elétrica do subsistema Sul e interliga este subsistema ao sistema de transmissão da região Sudeste e dos Países do Mercosul. Esse Sistema de Transmissão é constituído por uma infra-estrutura de 19,8 mil torres, 9.015 quilômetros de linhas, uma conversora de frequëncia, na fronteira do Brasil com a Argentina e, 31 subestações que possibilitam uma capacidade de transformação de mais de 13.638MVA.

1.4. CHESF – Companhia Hidrelétrica do São Francisco 

Resumo Histórico:

Delmiro Gouveia constrói Angiquinhos, primeira usina do Nordeste a aproveitar o potencial hídrico da cachoeira de Paulo Afonso, no rio São Francisco.

Criação da CHESF, através do Decreto Lei nº 8.031, de 3 de outubro de 1945. Seu idealizador foi o engenheiro agrônomo Apolonio Sales, Ministro da Agricultura no governo do presidente Getúlio Vargas. Realização da primeira Assembléia de Acionistas em 15 de março, formalizando o início das atividades da CHESF. O ano também foi marcado pelo começo da construção da hidrelétrica de Paulo Afonso I, primeira grande usina da CHESF erguida no rio São Francisco.

328

Entrada em operação da Usina de Paulo Afonso I, com 180 mil kW de potência instalada.

Criação da Eletrobrás, empresa do Governo Federal, encarregada de coordenar o setor elétrico brasileiro. Entrada em operação da hidrelétrica de Paulo Afonso IIA, com uma potência de 215 mil kW.

Funcionamento da usina de Paulo Afonso IIB. Mais 228 mil kW de potência instalada no Nordeste.

Funcionamento da usina de Paulo Afonso III. Uma usina com 794 mil kW.

A sede da CHESF foi transferida do Rio de Janeiro para o Recife.

Começo da operação da hidrelétrica Apolonio Sales, uma usina com 400 mil kW. O nome é uma homenagem ao idealizador da CHESF.

Entrou em operação a Usina Hidrelétrica de Sobradinho, com 1 milhão e 50 mil kW de potência instalada. Sobradinho gera energia a partir do aproveitamento das águas de um dos maiores lagos artificiais do mundo, o reservatório de Sobradinho, com uma área de 4 mil km² e capacidade de 34 bilhões de m³. Serve para regularizar a vazão do rio São Francisco. Início do funcionamento da usina Paulo Afonso IV. A última e mais moderna do Complexo de geração em Paulo Afonso, Bahia, com uma capacidade instalada de 2 milhões 462 mil kW.

Interligação dos sistemas de transmissão de energia entre as regiões Norte e Nordeste. A CHESF e a Eletronorte iniciam o intercâmbio de energia através da rede Boa EsperançaImperatriz.

Funcionamento da hidrelétrica Luiz Gonzaga (Itaparica), com uma capacidade instalada de 1 milhão e 480 mil kW

Entrou em operação a hidrelétrica de Xingó, a maior e mais moderna da Companhia Hidro Elétrica do São Francisco. Sozinha, possui 30% da capacidade de geração de energia da CHESF, com uma potência instalada de 3 milhões e 162 mil kW.

329

Foi iniciado um novo ciclo de ampliação do sistema de transmissão, com o acréscimo de 2.324 km de linhas de transmissão, nas tensões de 500 e 230 kV, e adição de 8.466 MVA de transformação nas subestações, no período de 1997 a 2003, com investimentos realizados da ordem de R$ 2.055 milhões. A CHESF começou a executar o maior programa de transmissão de energia já realizado na história do Nordeste. E começou a construção de mais de 5 mil e 400 quilômetros de linhas. Novas subestações e ampliações das existentes reforçam a transmissão de energia elétrica com mais 8 mil e 800 megavolt-ampères. O programa tem um investimento de 1 bilhão e 800 milhões de reais, que fazem surgir 240 mil empregos diretos e indiretos. A CHESF dá o primeiro passo no novo Mercado Atacadista de Energia (MAE). No primeiro leilão de energia das empresas geradoras, a Companhia conquista 15 novos clientes de Norte a Sul do Brasil. A CHESF volta a participar maciçamente na ampliação do sistema de transmissão do Nordeste, com a permissão especial para participar de licitações de concessão da ANEEL. Foi constituído o consórcio AC Transmissão, formado pela CHESF e pela Companhia Técnica de Engenharia Elétrica - ALUSA, que sagrou-se vencedor do lote C do leilão promovido pela ANEEL, ficando responsável pela implantação da LT 500 kV Teresina II / Sobral III / Fortaleza II C2, com extensão de 541 km e da ampliação das subestações terminais. O ano de 2004 foi marcado pela implantação do Novo Modêlo do Setor Elétrico Brasileiro, pela instalação da Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) e criação da Empresa de Pesquisa Energética (EPE). A CHESF participa do primeiro leilão de energia para empreendimentos existentes, assegurando contratos com receita até 2014, através da venda de 3.692 MW médios. Participa também do leilão de transmissão promovido pela Aneel, saindo-se vencedora dos lotes correspondentes às LTs de 230 kV, Milagres/Coremas e Milagres/Tauá.

A CHESF conclui a implantação do sistema bicombustível, gás natural-óleo diesel, para operação dos cinco grupos turbogeradores da Usina Termelétrica de Camaçari. Consolidação da CHESF como empresa fomentadora das manifestações culturais e artísticas através do patrocínio de 581 projetos inspirados na cultura popular do Nordeste e nos esportes.

O consórcio formado pela CHESF, Eletronorte e Odebrecht S.A. obtém, através de leilão promovido pela Aneel, a concessão para implantar e explorar o aproveitamento hidrelétrico Dardanelos, de 261 MW, situado no Rio Aripuanã (MT). O investimento previsto da CHESF é de R$ 574.114 mil. Conclusão das subestações Tauá (CE) e Joairam (PE), ambas em 230 kV.

330

Conclusão do empreendimento Milagres-Tauá, integrante do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), com a construção, montagem e energização da linha de transmissão de 230 kV Milagres/Tauá, com 208km de extensão, da subestação Tauá, com 100 MVA de transformação, e da ampliação da subestação Milagres. Aumento, em 660 MVA, da capacidade de transformação de energia elétrica no Sistema de Transmissão da CHESF.

A CHESF chega aos 60 anos, no dia 15 de março, consolidada como uma das maiores e mais rentáveis do Setor Elétrico. Apresenta-se forte e competitiva, ao participar com agilidade, transparência e robustez do mercado de energia elétrica, atendendo às metas e expectativas empresariais. Faz investimentos da ordem de R$ 650 milhões em obras de Transmissão, para ampliar sua capacidade de atendimento e manter níveis de excelência nos serviços prestados. Integra o conceito de sustentabilidade ao negócio da Empresa, buscando fincar sua atuação no tripé "ambientalmente correto, socialmente justo e economicamente viável".

PARQUE DE GERAÇÃO: As usinas de energia da CHESF têm muita história para contar. Cada obra surgiu para produzir desenvolvimento. As 14 hidrelétricas são mais do que toneladas de concreto e aço. Elas ganham vida diária seja pela mão que acende um simples interruptor ou pelos empregos gerados nas fábricas, hospitais, shoppings e outros empreendimentos movidos pela eletricidade que a CHESF produz. Uma por uma, as nossas usinas de luz ajudam a abrir portas para oportunidades e benefícios de um povo. É a tecnologia que move destinos. As hidrelétricas da CHESF representam atualmente quase 100% do parque gerador. A maioria das usinas está localizada no Rio São Francisco. Complexo de Paulo Afonso Formado pelas usinas de Paulo Afonso I, II, III, IV e Apolônio Sales (Moxotó), o Complexo de Paulo Afonso produz 4 milhões e 279 e 600 mil kW. Energia gerada a partir da força das águas da cachoeira de Paulo Afonso, um desnível natural de 80 metros do rio São Francisco.

COMPLEXO DE PAULO AFONSO Hidrelétrica

Data Operação Unidades Potência total/ kW

Paulo Afonso I

1954

03

180.000

Paulo Afonso II A

1961

03

215.000

Paulo Afonso II B

1967

03

228.000

Paulo Afonso III

1971

04

794.200

Apolônio Sales (Moxotó)

1977

04

400.000

Paulo Afonso IV

1979

06

2.462.400

331

Xingó Uma das hidrelétricas mais modernas do Brasil e a maior da CHESF. Representa mais de 25% de toda capacidade instalada da Empresa . A usina pode gerar mais de 3 milhões kW. Totalmente automatizada. Através do centro de controle informatizado são operadas as unidades geradoras da usina e a subestação elevadora de 500 kV. Localizada na divisa dos Estados de Alagoas e Sergipe. XINGÓ Hidrelétrica

Data Operação

Unidades

Potência total/ kW

Xingó

1994

06

3.162.000

Sobradinho O reservatório da hidrelétrica é um dos maiores lagos artificiais do mundo, com 4 mil km² e 34 bilhões de m³ (metros cúbicos) de capacidade de acumulação. Uma área 10 vezes maior do que a Baía de Guanabara. Sobradinho fica na Bahia. Tem capacidade para produzir 1 milhão e 50 mil kW de energia elétrica. SOBRADINHO Hidrelétrica

Data Operação

Unidades

Potência total/ kW

Sobradinho

1979

06

1.050.000

Luiz Gonzaga (Itaparica) A hidrelétrica funciona em Pernambuco e possui capacidade de gerar quase 1 milhão e 480 mil kW. O reservatório acumula quase 11 bilhões de m³ (metros cúbicos). A formação do lago inundou áreas da Bahia e Pernambuco antes habitadas por 10 mil e 500 famílias que foram reassentadas em 3 cidades e um povoado, em projetos de irrigação que hoje contam com mais de 15.000 hectares em operação. LUIZ GONZAGA (ITAPARICA) Hidrelétrica

Data Operação

Unidades

Potência total/ kW

Luiz Gonzaga (Itaparica)

1988

06

1.479.600

Boa Esperança A maior usina da CHESF fora do circuito do Rio São Francisco. Construída no rio Parnaíba, no Piauí, tem capacidade de gerar 237 mil kW de energia. BOA ESPERANÇA Hidrelétrica Boa Esperança

Data Operação

Unidades

Potência total/ kW

1970 (1ª Etapa)

02

110.000

1990 (2ª Etapa)

02

127.300

332

Outras Usinas Hidrelétricas O parque gerador da CHESF inclui ainda a Usina Piloto, no rio São Francisco, as hidrelétricas de Funil e de Pedra, no rio das Contas, Araras, no rio Aracaú, e Coremas, no rio Piancó. Juntas somam mais 59 mil 527 kW em capacidade de geração. MAIS USINAS Hidrelétrica

Data Operação

Unidades

Potência total/ kW

Piloto

1949

01

2.000

Funil

1962

03

30.000

Pedra

1978

01

20.007

Araras

1967

02

4.000

Coremas

1957

02

3.520

Camaçari A usina térmica de Camaraçari, na Bahia, repontecializada em 2003. São mais 350 MW de energia disponíveis a toda hora, gerando eletricidade para grandes indústrias e para o pólo petroquímico do Estado. Bongi A usina, em Pernambuco, encontra-se fora de operação.

333

1.5. ELETRONUCLEAR – Eletrobrás Termonuclear S/A A Eletrobrás Termonuclear S/A foi criada em 1997 com a finalidade de operar e construir as usinas termonucleares do país. Subsidiária da Eletrobrás, é uma empresa de economia mista e responde pela geração de aproximadamente 3% da energia elétrica consumida no Brasil. Pelo sistema elétrico interligado, essa energia chega aos principais centros consumidores do país e corresponde, por exemplo, a mais de 50% da eletricidade consumida no Estado do Rio de Janeiro, proporção que se ampliará consideravelmente quando estiver concluída a terceira usina (Angra 3) da Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto CNAAA. A Central, situada no município de Angra dos Reis, foi assim denominada em justa homenagem ao pesquisador pioneiro da tecnologia nuclear no Brasil e principal articulador de uma política nacional para o setor. Embora a construção da primeira usina tenha sido sua inspiração, o Almirante, nascido em 1889, não chegou a ver Angra 1 gerando energia, pois faleceu em 1976. Mas sua obra persiste na competência e capacitação dos técnicos que fazem o Brasil ter hoje usinas nucleares classificadas entre as mais eficientes do planeta. Atualmente estão em operação as usinas Angra 1, com capacidade para geração de 657 megawatts elétricos, e Angra 2, de 1350 megawatts elétricos. Angra 3, que será praticamente uma réplica de Angra 2 (incorporando os avanços tecnológicos ocorridos desde a construção desta usina), também está prevista para gerar 1350 megawatts. Angra 1 A primeira usina nuclear brasileira opera com um reator do tipo PWR (água pressurizada), que é o mais utilizado no mundo. Desde 1985, quando entrou em operação comercial, Angra 1 gera energia suficiente para suprir uma capital como Vitória ou Florianópolis, com 1 milhão de habitantes. Esta primeira usina nuclear foi adquirida sob a forma de “turn key”, como um pacote fechado, que não previa transferência de tecnologia por parte dos fornecedores. No entanto, a experiência acumulada pela Eletronuclear em todos esses anos de operação comercial, com indicadores de eficiência que superam o de muitas usinas similares, permite 334

que a empresa tenha, hoje, a capacidade de realizar um programa contínuo de melhoria tecnológica e incorporar os mais recentes avanços da indústria nuclear. Como, por exemplo, realizar a troca de dois dos principais equipamentos de Angra 1, os geradores de vapor. Com esses novos equipamentos, a vida útil de Angra 1 se prolongará e a usina estará apta a gerar mais energia para o Brasil. Angra 2 Fruto de um acordo nuclear Brasil-Alemanha, a construção e a operação de Angra 2 ocorreram conjuntamente à transferência de tecnologia para o país, o que levou também o Brasil a um desenvolvimento tecnológico próprio, do qual resultou o domínio sobre praticamente todas as etapas de fabricação do combustível nuclear. Desse modo, a Eletronuclear e a indústria nuclear nacional reúnem, hoje, profissionais qualificados e sintonizados com o estado da arte do setor. Angra 2 opera com um reator tipo PWR (Pressurizer Water Reactor, i.e., reator à água pressurizada) e sua potência nominal é de 1350 MW. Angra 2, sozinha, poderia atender ao consumo de uma região metropolitana do tamanho de Curitiba, com dois milhões de habitantes. Como tem o maior gerador elétrico do hemisfério Sul, Angra 2 contribui decisivamente com sua energia para que os reservatórios de água que abastecem as hidrelétricas sejam mantidos em níveis que não comprometam o fornecimento de eletricidade da região economicamente mais importante do país, o Sudeste.

1.6. ITAIPÚ BINACIONAL

A usina de Itaipu é, atualmente, a maior usina hidrelétrica do mundo em geração de energia. Com 20 unidades geradoras e 14.000 MW de potência instalada, fornece 19% da energia consumida no Brasil e abastece 91% do consumo paraguaio. Em 2000, a usina atingiu a produção histórica de 93.428 GWh, recorde mundial de geração de energia hidrelétrica. CASA DE FORÇA A Casa de Força concentra os equipamentos eletromecânicos responsáveis pela produção de energia na Itaipu. Nela estão a caixa espiral, a turbina, o gerador, o sistema de excitação e o regulador de velocidade.

335

20

Número de unidades geradoras Comprimento

968 m

Largura

99 m

Altura

112 m

Elevação da cobertura

148 m

Elevação do piso dos geradores

108 m

Espaçamento entre unidades

34 m

336

1.7. Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica - CGTEE A Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica - CGTEE foi constituída em julho de 1997. Em novembro de 1998, seu controle acionário foi transferido para a União. Posteriormente, em 31 de julho de 2000, a CGTEE tornou-se uma empresa do Grupo ELETROBRÁS. A CGTEE possui os direitos de exploração e produção de energia elétrica através de suas usinas termelétricas instaladas no Estado do Rio Grande do Sul. São elas: Usina Termelétrica Presidente Médici (Candiota II) - 446 MW; Usina Termelétrica São Jerônimo - 20 MW; e Nova Usina Termelétrica de Porto Alegre - NUTEPA - 24 MW. Todos esses ativos faziam parte do parque gerador da CEEE - Companhia Estadual de Energia Elétrica e foram incorporados ao patrimônio da CGTEE na sua constituição. A Oficina de São Leopoldo, estrutura de apoio à manutenção das usinas, também faz parte do ativo da Companhia. As usinas termelétricas da CGTEE vêm passando por manutenções visando melhor continuidade operacional, além do aumento da produção de energia elétrica. A fonte primária predominante para a geração de energia elétrica é o carvão mineral. A abundância desse energético no Estado do Rio Grande do Sul confere à CGTEE uma significativa vantagem comparativa. No momento, com a expectativa de crescimento da participação da energia termelétrica na matriz energética brasileira, a CGTEE vem avaliando novos empreendimentos, visando a expansão da sua produção. A história do complexo termelétrico de Candiota se inicia em 1950 com as primeiras pesquisas sobre o aproveitamento do carvão mineral para geração de energia elétrica. A primeira usina desse complexo foi Candiota I inaugurada em 1961. A Usina Termelétrica Presidente Médici - UTPM - Candiota II, do tipo térmica a vapor, está localizada no município de Candiota RS, distante 400 km de Porto Alegre. A Usina utiliza o carvão mineral como combustível primário.

A construção da UTPM aconteceu em duas etapas. A Fase A da Usina, com duas unidades de 63MW cada, foi inaugurada em 1974 quando foi integrada no Sistema Interligado Brasileiro. No final de 1986 entrou em operação a Fase B com duas unidades de 160 MW cada, totalizando 446 MW instalados.

Destacam-se, no conjunto da Usina, a torre de resfriamento, uma estrutura em casca de concreto com 124 metros de diâmetro e 133 metros de altura que tem a finalidade de resfriar a água utilizada para trocar calor no condensador e a chaminé de exaustão com 150 metros de altura, em concreto, que possibilita ampla dispersão dos gases resultantes da queima de carvão, diminuindo a agressão ao meio ambiente.

337

O ecossistema associado à UTPM tem merecido especial atenção da Companhia e de todos os organismos ambientais. Todos os procedimentos de monitoração e controle dos indicadores de qualidade do meio ambiente vêm sendo cumpridos rigorosamente.

Após o processo de federalização da Companhia, a UTPM passou por um programa de manutenção, sendo executado um amplo projeto de revitalização das unidades geradoras. Como resposta, houve um aumento substancial na produção de energia, em relação aos anos anteriores. Características da Usina Capacidade instalada: 446 MW Fase A 02 Turbinas: fabricante - Franco Tosi (Itália); 02 Alternadores (2 x 63 MW): fabricante - Asgen (Itália); 02 Caldeiras - fabricante - Ansaldo (Itália); Fase B 02 Turbinas: fabricante - Alston (França) 02 Alternadores (2 x 160 MW): fabricante - Brown-Boveri (Suíça) 02 Caldeiras: fabricante - Stein Industrie (França) Combustível: Carvão mineral Poder calorífico: 2.600 a 3.200 Kcal/Kg Cinza: 52,2 a 59,0% Fornecedor: Cia Riograndense de Mineração Local: Mina Candiota Transporte: correias transportadoras A Usina Termelétrica São Jerônimo - UTSJ, do tipo térmica a vapor, está localizada no município de São Jerônimo - RS, distante 70 km de Porto Alegre. A Usina utiliza o carvão mineral como combustível primário.Primeiro projeto energético do Estado do Rio Grande do Sul, a Central, como era denominada na época, foi projetada em duas etapas, com capacidade final de 20 MW. As obras foram iniciadas em 1948 com levantamento topográfico e terraplenagem da área. Em 1953 foi inaugurada a primeira etapa com a entrada em operação do primeiro conjunto de equipamentos, com 10 MW instalados. Em 1955, com a inauguração da etapa II, a Usina operou com 20 MW de capacidade instalada para atendimento aos requisitos do Sistema Interligado Brasileiro.

338

A UTSJ encontra-se integrada ao Sistema Elétrico Brasileiro e seu despacho, a exemplo das demais Usinas, está sujeito à conveniência operacional do Operador Nacional do Sistema - ONS.

Toda a área de abrangência da UTSJ está sujeita a um controle da emissão de partículas, com monitoramento dos principais indicadores de qualidade do ar. A remoção das cinzas se dá com deslocamento e reposição para as cavas de mineração com posterior reflorestamento das áreas atingidas.

Características da Usina Capacidade instalada: 20 MW

Etapa l 02 Turbinas: fabricante - Escher-Wyss (Suíça) 02 Alternadores (2 x 5 MW): fabricante - Oerlikon (Suíça) 02 Caldeiras: fabricante - Babcock & Wilcox (Inglaterra) Etapa ll Turbina e Alternador (10 MW): fabricante - Brown-Boveri 02 Caldeiras: fabricante - Sulzer Freres (Suíça) Combustível: Carvão mineral Poder calorífico: 3.700 a 4.200 Kcal/Kg Cinza: 42 a 45% Fornecedor: Cia Riograndense de Mineração Local: Mina do Leão I Transporte: rodoviário Nova Usina Termelétrica Porto Alegre - NUTEPA, do tipo térmica a vapor, está localizada na margem esquerda do rio Gravataí, junto à BR 290, na área metropolitana de Porto Alegre, no estado do Rio Grande do Sul. A Usina entrou em operação em 1968 com três unidades de 8 MW cada, totalizando 24 MW. Seus equipamentos utilizam óleo combustível como fonte primária para a geração de energia elétrica.

Três caldeiras abrigadas do tipo circulação natural, utilizando fornalha de radiação, com dois balões, produzem 40 ton/h de vapor a 450ºC e a 42 Kg/cm² para alimentar as três turbinas do tipo ação, com 10 estágios que compõem o ciclo produtivo da NUTEPA.

339

A NUTEPA operou em regime contínuo até 1979. A partir desta data alternou períodos de "reserva fria" e períodos de operação. Quando em operação, como complementação da geração hidrelétrica em momentos de baixa hidraulicidade.

Características da Usina Capacidade instalada: 24 MW 03 Turbinas: fabricante - Skoda (Theco-Slovaquia) Alternadores (3 x 8 MW): fabricante - Skoda (TchecoSlovaquia ) Caldeiras: fabricante - Z.SM.Kirova - Skoda (Tcheco-Slovaquia )

03 03

Combustível: Óleo combustível tipo A1.

O que é o SIN - Sistema Interligado Nacional Com tamanho e características que permitem considerá-lo único em âmbito mundial, o sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um sistema hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. O Sistema Interligado Nacional é formado pelas empresas das regiões Sul, Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e parte da região Norte. Apenas 3,4% da capacidade de produção de eletricidade do país encontra-se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados localizados principalmente na região amazônica.

340

DADOS DO SISTEMA ELÉTRICO: Capacidade Instalada = 88 533 MW •

Hidroelétrica

•

Térmica

= 17 630 MW

– 19.9 %

•

Nuclear

= 2 007 MW

– 2.3 %

= 68 896 MW

– 77.8 %

•

Unidades Consumidoras= 54.9 milhões

•

Produção

•

Demanda máxima.

•

Linha de Transmissão – Rede básica

Geração

= 398.3 TWh/ano = 60 918 MW

85% Setor público 15% Setor privado

Transmissão

26 concessionárias. (15 privadas)

Distribuição

64 concessões 80% setor privado

341

= 84 129 km

HIDROELETRICIDADE: VOCAÇÃO NACIONAL POTENCIAL HIDRÁULICO

342

O SISTEMA INTERLIGADO E SUAS LINHAS DE TRANSMISSÃO:

 Interconexões com cerca de 84 mil km de linhas de alta tensão  Longas linhas de transmissão 

Expansão até 2012 de cerca de 40 mil km de circuitos de alta tensão

343

344

DIAGRAMAS BÁSICOS DAS CENTRAIS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA (SISTEMA CHESF)

USINA PAULO AFONSO I

345

DIAGRAMAS BÁSICOS DAS CENTRAIS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA (SISTEMA CHESF)

USINA PAULO AFONSO II

346

DIAGRAMAS BÁSICOS DAS CENTRAIS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA (SISTEMA CHESF)

USINA PAULO AFONSO III

347

DIAGRAMAS BÁSICOS DAS CENTRAIS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA (SISTEMA CHESF)

USINA PAULO AFONSO IV

348

DIAGRAMAS BÁSICOS DAS SUBESTAÇÕES 69/13.8 kV (OPERAÇÃO CELPE) SUBESTAÇÕES ATÉ 10 MVA – EXEMPLO: AGRESTINA/PE

349

DIAGRAMAS BÁSICOS DAS SUBESTAÇÕES 69/13.8 kV (OPERAÇÃO CELPE) SUBESTAÇÕES ATÉ 10 MVA – EXEMPLO: CARPINA/PE

350

DIAGRAMAS BÁSICOS DAS SUBESTAÇÕES 69/13.8 kV (OPERAÇÃO CELPE) SUBESTAÇÕES ACIMA DE 10 MVA – PORTO / SUAPE

351

Anotações

Instalações Elétricas em Média Tensão

1. INTRODUÇÃO 1.1 ORGANIZAÇÃO DO PADRÃO DE ESTRUTURAS a) REDE PRIMÁRIA    

PADRÃO DE ESTRUTURAS DE REDE DE AT CRITÉRIOS DE PROJETOS DE REDE DE AT INSTRUÇÃO DE MONTAGEM DE REDE DE AT NORMA DE FORNECIMENTO EM TENSÃO PRIMÁRIA

b) REDE SECUNDÁRIA     

PADRÃO DE ESTRUTURAS DE REDE DE BT CRITÉRIOS DE PROJETOS DE REDE DE BT INSTRUÇÃO DE MONTAGEM DE REDE DE BT INSTRUÇÃO DE MONTAGEM DE CIRCuito EXCLUSIVO DE IP

1.1 ORGANIZAÇÃO DO PADRÃO DE ESTRUTURAS c) LIGAÇÃO DOS CONSUMIDORES  INSTRUÇÕES DE MONTAGENS  NORMA DE FORNECIMENTO EM TENSÃO SECUNDÁRIA  NORMA DE FORNECIMENTO A CONDOMÍNIOS DE MÚLTIPLAS UNIDADES CONSUMIDORAS. 2. CONCEITUAÇÃO 2.1

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO

Parte do sistema elétrico de potência destinado ao transporte de energia elétrica do barramento de 13,8kV de uma subestação de transmissão (69/13,8kV) até os pontos de consumo. 2.2

LINHA AÉREA

Linha elétrica em que os condutores ficam elevados em relação ao solo e afastados de outra superfícies, que não a dos respectivos suportes. 2.3

LINHA DE DISTRIBUIÇÃO

Linha elétrica que faz parte de um sistema elétrico de distribuição de energia. 2.4

REDE DE DISTRIBUIÇÃO

Conjunto de linhas elétricas com os equipamentos e materiais diretamente associados, destinados à distribuição de energia elétrica. 2.5 REDE DE DISTRIBUIÇÃO PRIMÁRIA Parte de uma rede de distribuição que alimenta transformadores de distribuição e/ou pontos de entrega sob uma mesma tensão primária nominal.

353

2.6 REDE DE DISTRIBUIÇÃO SECUNDÁRIA São redes de distribuição aéreas derivadas do secundário de transformador de distribuição. 2.7 REDE DE DISTRIBUIÇÃO CONVENCIONAL Estrutura física dos circuitos de distribuição de energia elétrica. Constituídos de postes, estruturas de suporte com isoladores e condutores. Utiliza condutores nus de cobre ou alumínio, dependendo de sua aproximação com a orla marítima, suportados sobre isoladores de pino ou disco montados em cruzetas de concreto. 2.8 REDE DE DISTRIBUIÇÃO COMPACTA Rede de distribuição construída com cabos protegidos, espaçadores, separadores sustentados por cabo mensageiro e braços tipo “L” e “C”. 2.9 REDE SECUNDÁRIA ISOLADA MULTIPLEXADA Rede de baixa tensão, operando com tensão máxima de 380V, utilizando condutores isolados encordoados de alumínio, conhecidos comercialmente como multiplexados. 2.10 CIRCUITO PARA ILUMINAÇÃO PÚBLICA Conjunto de condutores e acessórios instalados abaixo da rede secundária, destinados à alimentação da Iluminação Pública. 2.11 COMANDO EM GRUPO Chave magnética acoplada a um relé fotoelétrico NA, para acionamento do circuito de Iluminação Pública. 2.12 RAMAL DE LIGAÇÃO É o conjunto de componentes elétricos compreendidos entre o ponto de derivação da rede secundária de distribuição e o ponto de entrega. 2.13 PONTO DE ENTREGA (PDE) É o ponto de conexão do sistema elétrico da CELPE com as instalações elétricas da unidade consumidora, devendo, sempre que possível, situar-se no limite da via pública com o imóvel em que se localizar a unidade consumidora, caracterizando-se como o limite de responsabilidade do fornecimento. 2.14 RAMAL DE ENTRADA É o conjunto de componentes elétricos, compreendidos entre o ponto de entrega e a medição. No fornecimento individual não pode ser subterrâneo. 2.15 ESTRUTURAS COMPOSTAS Configuração final da junção de 2 (duas) ou mais estruturas básicas em um mesmo poste, com fim de obter soluções especiais. 2.16 ESTRUTURAS ESPECIAIS Estruturas destinadas a atender a instalação de chaves e equipamentos e configurações de rede não comuns. 2.17 ALIMENTADOR DE DISTRIBUIÇÃO Parte de uma rede primária numa determinada área que alimenta, diretamente ou por intermédio de seus ramais, transformadores de distribuição e/ou consumidores.

354

2.18 TRONCO DE ALIMENTADOR Trecho de um alimentador de distribuição que transporta a parte principal da energia do circuito. 2.19 CABOS PROTEGIDOS Cabo dotado de cobertura protetora em XLPE (Polietileno Termofixo), visando a redução da corrente de fuga em caso de contato acidental do cabo com objetos aterrados e diminuição do espaçamento entre condutores. 2.20 CABOS ISOLADOS MULTIPLEXADOS São constituídos por um, dois ou três condutores isolados, utilizados como condutor fase, torcidos em torno de um condutor isolado com funções de condutor neutro e de elemento de sustentação. 2.21 CABO CONCÊNTRICO É o cabo composto de um condutor fase isolado e um condutor neutro disposto helicoidalmente sobre esta isolação e recoberto por outra camada isolante protetora. 2.22 CABO MENSAGEIRO Cabo utilizado para sustentação dos espaçadores e separadores, e para proteção elétrica e mecânica na rede compacta. 2.23 SUPORTE Acessório utilizado para segurar, suportar prender ou proteger uma determinada peça, dispositivo ou equipamento. 2.24 CAIXA DE DERIVAÇÃO É uma caixa padronizada para 01 (uma) entrada trifásica e 09 (nove) saídas monofásicas, destinada à interligação dos ramais de ligação monofásicos à rede secundária, alimentada por condutores isolados de cobre de seção 16 mm². 2.25 MAPA-CHAVE URBANO (PLANIMÉTRICO) Mapa correspondente à representação das áreas urbanas dos centros populacionais, na escala de 1:1.000 ou suas múltiplas, até o limite de 1:10.000. 2.26 MAPA PLANIMÉTRICO SEMI-CADASTRAL Mapa correspondente a planimetria de uma quadrícula de 500m (ordenada) por 500m (abscissa), na escala de 1:1.000, com uma área de 0,25km2, desenhado no formato A1. 2.27 CARGA INSTALADA Soma das potências nominais dos equipamentos elétricos e iluminação (em kW) de uma unidade consumidora, em condições de entrar em funcionamento. 2.28 DEMANDA É a média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado. 2.29 DEMANDA MÁXIMA É a máxima potência elétrica (em kW) solicitada por uma unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado.

355

2.30 DEMANDA DIVERSIFICADA É o quociente entre a demanda das unidades consumidoras de uma classe, calculada por agrupamento de suas cargas, e o número de unidades consumidoras dessa mesma classe. 2.31 FATOR DE CARGA Razão entre a demanda média e a demanda máxima da unidade consumidora, ocorridas no mesmo intervalo de tempo especificado. 2.32 FATOR DE DEMANDA Razão entre a demanda máxima num intervalo de tempo especificado e a carga instalada na unidade consumidora. 2.33 FATOR DE DIVERSIDADE Relação entre a soma das demandas máximas individuais de um determinado grupo de consumidores e a demanda máxima real de todo o grupo, ocorrido no mesmo intervalo de tempo especificado. O fator de diversidade é sempre um número maior que 1 (um), devido a não simultaneidade de ocorrências das demandas máximas individuais. 2.34 FATOR DE COINCIDÊNCIA É o inverso do fator de diversidade. 2.35 FATOR DE CORREÇÃO SAZONAL Fator de correção de demanda diversificada dos consumidores residenciais e comerciais, com o objetivo de excluir a possibilidade de que a demanda medida não corresponda à máxima anual. 2.36 FATOR DE UTILIZAÇÃO Relação entre a máxima demanda verificada e a capacidade nominal de um sistema. 2.37 ZONA DE AGRESSIVIDADE INDUSTRIAL Deve ser considerada como zona de agressividade industrial, um círculo, cuja origem é o ponto gerador da poluição, com um raio de 500m. 2.38 ZONA DE AGRESSIVIDADE SALINA Deve ser considerada como zona de agressividade salina, uma faixa compreendida entre o litoral e uma linha imaginária situada conforme abaixo:  Até 0,5km em áreas com anteparos naturais ou construções com alturas superiores a 3 vezes a altura do poste;  Até 1,0km em áreas com anteparos naturais ou construções com alturas até 3 vezes a altura do poste;  Até 3,0km em área livres (sem anteparos). 2.39 

CONSUMIDORES RESIDENCIAIS TIPO 1 (BAIXO)

Consumidores de poucos recursos cujas possibilidades de utilizar aparelhos eletrodomésticos são mínimas. São consumidores da faixa de consumo até 50kWh. 

TIPO 2 (MÉDIO)

Consumidores cujas possibilidades de utilizar algum aparelho eletrodoméstico são razoáveis. São consumidores da faixa de consumo de 51 a 150 kWh. 356



TIPO 3 (ALTO)

São consumidores com reais possibilidades de utilizar todos os eletrodomésticos. São consumidores da faixa de consumo de 151 a 300kWh. 

TIPO 4 (ALTÍSSIMO)

São consumidores que utilizam todos os eletrodomésticos, inclusive ar condicionado. São consumidores da faixa de consumo acima de 300 kWh.

CONHECENDO A REDE DE DISTRIBUIÇÃO E SEUS MATERIAIS DEFINIÇÃO PRIMÁRIO: Cabos cobertos (XLPE) no primário sustentados e separados por Poliméricos que são apoiados em um cabo mensageiro de aço.

Espaçadores Losangulares

SECUNDÁRIO: Cabos multiplexados (XLPE) no secundário, as fases são trançadas em torno do mensageiro/neutro. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

Primário cabo coberto MT modalidade caboespaçador

•

Secundário cabo multiplex BT

APLICAÇÃO – Redes com mais de um circuito por estrutura – Alternativa às redes isoladas (alto custo) – Tronco de alimentadores e Derivações – Locais densamente arborizados – Ramais com alta taxa de falha – Condomínios Fechados – Saída de Subestação – Ruas Estreitas

357

INSTALAÇÃO DE VÁRIOS CIRCUITOS •

•

•

VANTAGENS – Confiabilidade, Qualidade e Segurança –

Solução de Problemas

–

Melhor relação com o cliente

–

Redução dos custos operacionais –

menor intervenção na rede

–

taxa de falhas ~15x menor

–

minimização das podas de árvores

–

Aumento do faturamento

–

Visualmente agradável

SOLUÇÃO DE PROBLEMAS – Arborização –

Espaço

–

Vento

–

Neve

PRESERVAÇÃO DA ARBORIZAÇÃO –

Redução na área de poda

–

Aumento no tempo entre podas

358

•

SEGURANÇA – Redução da corrente de fuga (contato acidental) – Redução de Acidentes • próprios ou de terceiros

•

CONFIABILIDADE E QUALIDADE – Redução das falhas no sistema – Redução do DEC/FEC – Menor queda de tensão (distância entre fases) – Redução do campo eletromagnético (RIV - Rádio interferência - simetria)

•

ANÁLISE ECONÔMICA – Investimento inicial (~20% maior) – Taxa de falhas reduzida – Manutenção Preventiva e Corretiva – Custo Social

•

COMPARATIVO VISUAL DAS REDES

359

CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO INVESTIMENTO INICIAL (%)

MATERIAIS / ACESSÓRIOS / FERRAGENS BRAÇO SUPORTE TIPO “L” •

• • • •

Ferragem para sustentar o cabo mensageiro em estruturas de tangência ou deflexões de até 6 ° Peso : 4,5 kg Carga vertical : 1000 dan Carga horizontal : 1600dan Prensa-cabo para 1/4” e 3/8“

BRAÇO SUPORTE TIPO “C” •

• • •

Ferragem para sustentar as fases em ângulo, final de linha, derivações e conexões de equipamentos à Rede. Peso : 10 Kg Carga Vertical : 200 DaN Carga Horizontal : 1500 DaN

360

LAÇO PREFORMADO - ESPAÇADOR • Fases : fabricado em HDPE • Mensageiro : aço galvanizado • Carga de escorregamento : 20 daN • Corrente de curto : 8 kA

LAÇO PLÁSTICO - ISOLADOR • Para amarração lateral ou topo do cabo fase ao isolador • Carga de escorregamento : 60 daN

ESPAÇADORES • Polietileno de alta densidade (HDPE) • Resistente aos raios ultra-violetas • Resistente ao trilhamento elétrico • Amarração com Laço Preformado em HDPE • Peso aprox. : 0,6 kg • Esforços de tração até 450 daN

ou Anel de Silicone

361

ISOLADOR POLIMÉRICO - 15 kV • Polietileno de alta densidade (HDPE) • Resistente aos raios ultra-violetas • Resistente ao trilhamento elétrico

SEPARADOR VERTICAL • Polietileno alta densidade (HDPE) • Resistente aos raios ultra-violetas • Resistente ao trilhamento elétrico • Amarração com Laço Preformado • Peso aprox. : 0,6 kg • Esforços de tração até 400 daN

ACESSÓRIOS PARA ANCORAGEM

Alça Preformada Manilha Sapatilha

362

CONECTOR PERFURAÇÃO BT Conector de fácil instalação; torquimétrica

porca

PADRÃO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO COMPACTA – 15 kV ESTRUTURAS PARA REDES DE AT/MT ESTRUTURAS USADAS EM ALINHAMENTO  CE1 – Ângulo Máximo de Deflexão de 6º

363

 CE1-A – Utilizada em Tangente

ESTRUTURAS USADAS EM FIM DE LINHA  CE3 – Fim de Linha

364

ESTRUTURAS USADAS EM FIM DE LINHA  CE3-A – Fim de Linha

ESTRUTURAS USADAS EM ÂNGULOS - CE2 -Ângulos Compreendidos entre 6º e 60º

365

ESTRUTURAS USADAS EM ÂNGULOS CE2-A – Ângulos Compreendidos entre 60º e 90º

2CE3 – Ângulos de 60º a 120º

366

2CE3 – Ângulos de 60º a 120º

CE4 – Ângulos entre 60º e 90º e/ou Ancoragem da Rede

367

ESTRUTURAS USADAS EM DERIVAÇÃO CE1-CE3C – Aérea em Tangência, com Chave Fusível

CE1-CE3C-A – Derivação do Lado Oposto a Rede, em Tangência, com Chave Fusível

368

ESTRUTURAS USADAS EM DERIVAÇÃO CE1-CE3 – Aérea em Tangência, sem Chave Fusível

CE1-CE3 - A – Derivação do Lado Oposto a Rede, em Tangência, sem Chave Fusível

369

CE-DS – Derivação Subterrânea, com Chave Fusível

ESTRUTURA DE TRANSIÇÃO N3S-CE – Rede Convencional p/ Rede Compacta

370

ESTRUTURA DE TRANSIÇÃO L3S-CE – Rede Convencional p/ Rede Compacta

DN-CE – Rede Convencional p/ Rede Compacta

371

CE-TS – Transição p/ Rede Subterrânea

ESTRUTURAS USADAS EM CRUZAMENTO CE-FT

372

ESTRUTURAS USADAS EM CRUZAMENTO CE-C-FT

ESTRUTURAS DE EQUIPAMENTOS CE-TR – Transformador Trifásico de Distribuição

373

ESTRUTURAS DE EQUIPAMENTOS CE3-TR – Transformador Trifásico de Distribuição, Fim de Linha

CE-TRD – Transformador Trifásico de Distribuição, com Derivação

374

ESTRUTURAS DE EQUIPAMENTOS CE-RL - Religador

RELIGADOR KFE

ARTECHE

375

ESTRUTURAS DE EQUIPAMENTOS CE-BFC – Banco Fixo de Capacitor 300kvar a 600kvar

CE-ST – Seccionalizador Trifásico

SECCIONALIZADOR GN3E

376

ESTRUTURAS DE EQUIPAMENTOS CE-ST – Seccionalizador Trifásico

SECCIONALIZADOR NULEC CE-FA – Chave Faca

377

ESTRUTURAS DE EQUIPAMENTOS CE-CF – Chave Fusível

CE-CS – Seccionadora Tripolar a Seco, Abertura em Carga

378

ESTRUTURA DE ATERRAMENTO AR-CE – Aterramento do Cabo Mensageiro

ESTRUTURAS ESPECIAIS - ARRANJOS PARA MAIS DE UM CIRCUITO POR POSTE

379

PADRÃO DE DISTRIBUIÇÃO PARA REDES DE BAIXA TENSÃO COM CABO MULTIPLEXADO REDE DE DISTRIBUIÇÃO EM BT e REDE DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA (IP) ESTRUTURAS USADAS EM ALINHAMENTO IT-2 – IP-2

ESTRUTURAS USADAS EM FIM DE LINHA IT-1 – IP-1

380

ESTRUTURAS USADAS EM DERIVAÇÃO IT-3 – IP-3 – Três Derivações

IT-4 – IP-4 – Quatro Derivações

381

ESTRUTURAS DE DIVISÃO DE ÁREA DE TRANSFORMADOR ID-T – IP1-2

ESTRUTURAS DE CONVERSÃO REDE CONVENCIONAL PARA REDE ISOLADA MULTIPLEXADA B3-TCI-T

382

B1-TCI-M

B3-2TCI-T

383

B3-3TCI-T

ESTRUTURAS DE LIGAÇÃO DE CONSUMIDOR IT-C

384

ESTRUTURAS DE LIGAÇÃO DE CONSUMIDOR

I-RLT

385

ESTRUTURAS DE LIGAÇÃO DE CONSUMIDOR C-RLT1 – Rede Voltada à Unidade Consumidora

C-RLT2 – Rede Oposta à Unidade Consumidora

386

ESTRUTURAS DE LIGAÇÃO DE CONSUMIDOR I-RLMD

C-RLM

387

ESTRUTURA DE MEDIÇÃO DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA IP-CM

388

ESTRUTURAS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA IP-LL7 – Ruas até 7 Metros de Largura

389

ESTRUTURAS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA IP-LL9 – Ruas até 9 Metros de Largura

IP-LL14 – Ruas até 14 Metros de Largura

390

EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1.

EXECUTAR A MONTAGEM DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO CONVENCIONAL – MT/ 15kV. PROPOSTA E PROJETO DEFINIDO PELO PROFESSOR

2. EXECUTAR A MONTAGEM DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO CONVENCIONAL. - BT/IP. PROPOSTA E PROJETO DEFINIDO PELO PROFESSOR 3. DETERMINE AS ESTRUTURAS PADRONIZADAS, A SEREM EMPREGADAS NO PROLONGAMENTO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO COMPACTA, CONFORME O CROQUI ABAIXO, ESCOLHENDO ADEQUADAMENTE A ESTRURURA DENTRE AS RELACIONADAS NA TABELA.

2CE3

CE1-CE3

CE1CE3C

CE1-A

CE-TS

ITA

CE-TR

CE2

CE3-TR

CEDS

4. EXECUTAR O LEVANTAMENTO DE CAMPO DE UM TRECHO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO COMPACTA MT 15Kv e REDE DE DISTRIBUIÇÃO MULTIPLEXADA BT/IP. PROPOSTA E PROJETO DEFINIDO PELO PROFESSOR

5. EXECUTAR O PROJETO DE REDE DE DISTRIBUIÇÃO COMPACTA MT 15 kV e REDE DE DISTRIBUIÇÃO MULTIPLEXADA BT/IP DO LOTEAMENTO PROPOSTA E PROJETO DEFINIDO PELO PROFESSOR

391

Anotações

Proteção dos Sistemas Elétricos 2

INTRODUÇÃO

Este capítulo tem como objetivo apresentar aspectos gerais e as principais propriedades da proteção de sistemas elétricos de potência. A proteção de qualquer sistema elétrico é feita com o objetivo de diminuir ou evitar risco de vida e danos materiais, quando ocorrer situações anormais durante a operação do mesmo. Geralmente, os sistemas elétricos são protegidos contra sobrecorrentes (curtos-circuitos) e sobretensões (internas e descargas atmosféricas). A proteção contra curtos-circuitos, que é o objetivo deste curso, é feita, basicamente, empregandose fusíveis e relés que acionam disjuntores. O equipamento fundamental para proteção contra sobretensões é o pára – raios. Na primeira parte é mostrada uma visão geral de um sistema de potência, seus principais componentes e os problemas que podem ocorrem na sua operação. Na segunda são apresentados os conceitos básicos de um sistema de proteção, destacando a definição, os requisitos básicos, o planejamento e a classificação. Os componentes de um sistema de proteção, tais como: transformadores de instrumentos, disjuntor, religador, seccionalizador e chave/elo fusível são apresentados na terceira parte. Na quarta parte são apresentados os relés, suas características gerais, definição, classificação, codificação, princípio de funcionamento do relé elementar, qualidades requeridas de um relé. Finalizando os assuntos aqui abordados são apresentados de forma resumida os seguintes relés: relé de sobrecorrente, relé de tensão, relé de sobrecorrente direcional , relé diferencial e relé de distância.

394

1. SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 1.1 OBJETIVO O sistema elétrico de potência tem como finalidade suprir continuamente de energia os clientes a ele conectado, com qualidade e a um preço justo. A qualidade de energia elétrica está associada à amplitude constante da tensão nominal ou da tensão de contrato, forma de onda da tensão senoidal , com freqüência de 60Hz e continuidade de serviços, isto é menor número de interrupções possível. Os princípios que norteiam a qualidade de energia exigida às concessionárias de energia de elétrica, estão definidos nas resoluções da ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. 1.2 PARTES COMPONENTES DE UM SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA Podemos resumir as principais partes componentes de um sistema elétrico de potência como sendo: - geradores; - transformadores; - linhas de transmissão; - linhas de distribuição; - cargas (instalações elétricas industriais, comerciais e residenciais); - sistema de medição, proteção, comando e controle e supervisão ou automação(MPCCS ou MPCCA).

No diagrama da figura abaixo, vemos que cada parte do sistema elétrico deve ser devidamente protegida.

Figura: diagrama unifilar de um sistema elétrico de potência

395

1.3 PRINCIPAIS PROBLEMAS QUE PODEM OCORRER NA OPERAÇÃO DE UM SEP a) Sobrecarga: Devido ao aumento de cargas, em condição de operação normal ou de contingências. b) Sobretensão e Subtensão: Devido a descargas atmosféricas e manobras no sistema elétrico. c) Curto-Circuito: Devido a perda de isolamento, acidentes com o sistema elétrico, fenômenos ambientais, etc. d) Perda de Sincronismo: Devido a desequilíbrio entre geração x carga x limite de transmissão.

1.4 EXERCÍCIOS

a) O que você entende por qualidade de energia elétrica? b) Explique como pode aparecer sobrecarga em um sistema elétrico em operação normal. c) Explique como pode aparecer sobrecarga em um sistema elétrico em contingência. d) O que você entende por sobrecarga em um componente do sistema elétrico de potência? e) Quais as conseqüências de uma sobrecarga em um componente do sistema elétrico de potência? f) Explique o que é uma sobretensão e uma subtensão de manobra. g) Quais os principais problemas que podem ocorrer na operação de um sistema elétrico? h) O que a empresa deve fazer para evitar a ocorrência de problemas na operação de um sistema elétrico? i) Como pode acontecer sobrecarga, sobretensão, subtensão, curto-circuito e perda de sincronismo em um sistema elétrico?

396

2. SISTEMA DE PROTEÇÃO 2.1 OBJETIVO O Sistema de proteção tem como objetivo minimizar os efeitos dos problemas (anormalidades) que ocorrem nos sistemas elétricos de potência, tais como: - custo de reparos dos danos causados aos equipamentos pel as anormal idades; - tempo de reparo do equipamento; - tempo que o componente fica fora de serviço; - probabilidade de que o defeito possa propagar-se e envolver outros equipamentos; - perda de renda; - aspectos sociais da interrupção ao fornecimento; - riscos de acidentes com pessoas e animais. É importante ressaltar que os sistemas de proteção não impedem o aparecimento de anormal idades no sistema elétrico de potência. 2.2 PRINCÍPIOS GERAIS DOS SISTEMAS DE PROTEÇÃO a) Quando ocorrer uma anormalidade no sistema elétrico de potência, o sistema de proteção deve isol ar a área em defeito ou isol ar as áreas que operem de maneira anormal, as demais proteções do sistema elétrico não devem concluir seu ciclo de operação; b) Caso haja fal ha (recusa) de atuação da proteção ou disjuntor, outro sistema de proteção deve isol ar a área em defeito; c) O tempo de operação da proteção deve ser o menor possível. 2.3 REQUISITOS BÁSICOS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO a) Sensibil idade O sistema de proteção tem que ser sensível para operar com segurança quando da ocorrência de anormalidades para as quais o mesmo foi projetado a supervisionar. Sistema de proteção sensível é aquel e que percebe (sente) toda e qual quer anormalidade na sua zona de proteção. Por exemplo: a sensibil idade para relés de sobrecorrente é definida pelo fator de sensibil idade K, sendo: K = Iccmin/Iajuste, K > 1,5 ou 2 eq. 2.1 onde: Iccmin = corrente de curto-circuito mínima na zona de proteção Iajuste = corrente mínima a partir da qual a proteção atua Podemos afirmar que a sensibilidade é o principal requisito de um sistema de proteção, pois, se o sistema de proteção não sentir a anormalidade, que está ocorrendo no sistema elétrico de potência, el e não terá condição de atuar. b) Confiabil idade Quando ocorrer uma anormalidade no sistema elétrico de potência, o sistema de proteção deve atuar dentro dos parâmetros especificados, l ogo podemos definir um sistema de proteção confiável como sendo aquele que quando é chamado a atuar ele atua de acordo com os parâmetros especificados. c) Seletividade Propriedade da proteção em reconhecer e selecionar entre aquel as condições para as quais uma imediata operação é requerida, e aquelas as quais nenhuma operação ou retardo de atuação é exigido, isto é, o sistema de proteção só deve operar quando for necessário e coordenar com as demais proteções, isolando somente o trecho defeituoso, logo podemos afirmar que um sistema de proteção sel etivo é aquele que sabe quando é necessária a atuação e desliga somente o trecho que esta com defeito. d) Vel ocidade O sistema de proteção deve operar com velocidade com o objetivo de minimizar os danos 397

aos componentes protegidos e/ou não permitir o comprometimento da estabil idade do sistema elétrico associado. e) Economia O sistema de proteção deve ser de baixo custo de implantação visando ser economicamente viável, considerando o aspecto custo/benefício. f) Simpl icidade O sistema de proteção deve ser de simples projeto, construção, operação e manutenção, isto é, mínimo indispensável de equipamentos e fiações. O atendimento pl eno de todos estes requisitos é uma tarefa muito difícil, assim sendo é adotada a sol ução ótima para cada caso em função das necessidades e particularidades. 2.4 PLANEJAMENTO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO A seguir são rel acionados al guns aspectos e parâmetros cujo conhecimento é necessário quando do planejamento de um sistema de proteção: a) Importância da Instalação Uma instalação de grande importância nos seus aspectos pol íticos, sociais, segurança, etc., deve ter seu sistema de proteção mais compl eto e mais el aborado. b) Possibil idade de Fal ha Cada componente do sistema el étrico tem suas estatísticas de fal has, que devem ser consideradas no pl anejamento do sistema de proteção, isto é, quais os tipos de anormal idades que o sistema de proteção deve supervisionar? Esta supervisão pode ser feita por outros dispositivos? c) Configuração do Sistema A configuração do sistema elétrico em condição de operação normal e em contingência é fundamental no planejamento do sistema de proteção. d) Parâmetros Elétricos As informações de existência ou não de possibilidade de perda de sincronismo, os dados de cargas, impedâncias de seqüências das l inhas/equipamentos, tipos de l igações do equipamentos, níveis de curto-circuito são indispensáveis para definição do sistema de proteção. e) Compatibilização com os demais esquemas de proteção já implantados É importante que em uma ampliação ou reforma de uma instal ação sejam vislumbrados os aspectos dos sistemas de proteção já existente, compatibil izando os vários estágios dos sistemas de proteção em operação. f) Práticas e Procedimentos Operacionais O sistema de proteção não deve ir em confronto com as práticas e procedimentos operacionais g) Relação, carga nominal e localização dos Transformadores de Potencial e Corrente É importante em uma ampliação ou reforma de uma instalação verificar a disponibilidade de RTC’s e RTP’s, a localização, bem como as cargas nominais dos TC’s e TP’s. 2.5 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE PROTEÇÃO a) Sistema de proteção principal É aquel e que faz a proteção de uma zona e tem a responsabilidade de atuar primeiro, quando ocorre defeito nessa zona. b) Sistema de proteção de retaguarda É aquel e que deve atuar se houver falha da proteção principal ou se a mesma estiver em manutenção. c) Sistema de proteção auxil iar 398

É aquel e que tem a função de sinal ização, temporização e/ou multiplicação de contatos. Nenhuma parte do sistema el étrico deve estar desprotegida, pois sempre existe a possibilidade de ocorrer um defeito num componente energizado, sendo que cada sistema de proteção deve ter sua área de atuação (zona) bem delimitada. Exemplos: • Sistema de Transmissão

Figura: Zoneamento da proteção de um sistema de transmissão • Sistema de Distribuição

Figura : Zoneamento da proteção de um sistema de distribuição F1 = atua como proteção principal para defeitos na zona Z4 F2 = atua como proteção principal para defeitos na zona Z3 R2 = atua como proteção principal para defeitos na zona Z2 R1 = atua como proteção principal para defeitos na zona Z1 R2 = atua como proteção de retaguarda para defeitos na zona Z3 R1 = atua como proteção de retaguarda para defeitos nas zonas Z2,Z3 e Z4

399

2.6 EXERCÍCIOS a) Explique porque o sistema de proteção não evita os defeitos em um sistema elétrico. b) O que as empresas devem fazer para evitar os defeitos em um sistema elétrico? c) Defina sistema de proteção sensível, confiável e seletivo. d) A proteção deve sempre atuar de forma instantânea? Justifique. e) Dê um exemplo de um sistema elétrico mostrando o sistema de proteção principal e o de retaguarda. f) O que você entende por: sistema de proteção principal? sistema de proteção de retaguarda? sistema de proteção auxiliar? g) Onde deve ser localizado o sistema de proteção de retaguarda remota? e o de retaguarda local? h) Quais os efeitos dos problemas que podem ocorrer em um sistema elétrico que são minimizados pela atuação correta do sistema de proteção? i) Quais os principais aspectos que devemos considerar no planejamento de um sistema de proteção? j) Quais os requisitos básicos de um sistema de proteção? k) Justifique porque a sensibilidade é o principal requisito de um sistema de proteção. l ) Qual o objetivo do sistema de proteção? m) Para o sistema elétrico da figura abaixo a seguir, indique qual(is) o(s) disjuntor(es) que deve(m) atuar como proteção principal e como proteção de retaguarda, para os curtoscircuitos nos pontos marcados no diagrama, considere preferencialmente a existência de retaguarda remota.

Figura: Sistema elétrico - exercício g

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3. COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO Os principais componentes de um sistema de proteção são:       

Relé; Disjuntor; Transformador de Corrente(TC); Transformador de Potencial (TP); Religador; Seccionalizador; Chave e Elo Fusível

O religador, o seccionalizador e a chave/elo fusível são equipamentos usados na proteção de sistemas de distribuição, os demais equipamentos podem ser usados nos sistemas de transmissão e nos sistemas de distribuição. Nos próximos itens descreveremos a respeito de cada um desses componentes de um sistema de proteção.

3.1 TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS ( TI ) 3.1.1 INTRODUÇÃO Os transformadores para instrumentos são equipamentos elétricos projetados e construídos especificamente para alimentarem instrumentos elétricos de medição, proteção, comando, controle e supervisão (MPCCS).

3.1.2. TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC) O TC é um TI, cuja função é reproduzir no enrolamento secundário a corrente do circuito principal em níveis compatíveis com o isolamento dos instrumentos/equipamentos de MPCCS. O TC é um redutor de corrente, pois uma corrente elevada Ip, é transformada para uma corrente reduzida Is, de valor suportável pelos instrumentos elétricos usuais. A figura 3.1 a) e b) mostra fotos de transformadores de corrente.

401

a) Fabricante Soltran – 72,5kV

b) Fabricante Seed´el – 0,6kV

3.1.2.1 ASPECTOS BÁSICOS a) O enrolamento primário do TC é ligado em série com a carga, logo a corrente primária é determinada pelo circuito principal ;

Figura 3.2 - Ligação do TC ao circuito b) O número de espiras do primário é muito pequeno (usualmente NP = 1); c) O enrolamento secundário do TC al imenta as bobinas de corrente dos instrumentos de MPCC, as quais devem ser l igadas em série; d) O enrol amento secundário de um TC nunca deve ser deixado aberto. Antes da retirada dos instrumentos do secundário do TC o mesmo deve ser curto-circuitado; e) Os TC’s são projetados e construídos para uma corrente secundária nominal padronizada em 5 ampéres, podem ser util izadas, também, correntes secundárias nominais de 1A e 2A. f) A corrente primária é determinada pel a corrente de carga do circuito onde o TC será instalado. Neste caso é recomendável considerar o crescimento da carga, bem como 402

situações de contingências que aumente a carga no circuito. g) Como os TC´s são empregados para alimentar instrumentos elétricos de baixa impedância, diz-se que são transformadores de força que funcionam quase em curtocircuito. h) Nos transformadores de corrente distinguem-se as três relações seguintes:

i) Secundário do TC não deve ficar aberto, quando o seu primário estiver energizado. As razões: A corrente Ip é fixada pel a carga l igada ao circuito externo; se Is = 0, isto é, secundário aberto, não haverá o efeito desmagnetizante desta corrente e a corrente de excitação Io passará a ser a própria corrente Ip, originando em conseqüência um fluxo muito elevado no núcleo. Conseqüência desta imprecaução:  Aquecimento excessivo causando a destruição do isol amento.  Uma F.E.M. induzida E2 de val or elevado, causa um iminente perigo para o operador.  Mesmo que o TC não se danifique, a este fluxo elevado corresponderá uma magnetização forte no núcleo, o que alterará as suas características de funcionamento e exatidão 3.1.2.2 POLARIDADE No TC a corrente primária IP entra pela marca de polaridade e a secundária IS sai pela marca de polaridade, assim temos a figura a seguir:

Figura: Polaridade do TC Na figura acima, diz-se que o terminal S1 do secundário tem a mesma polaridade do terminal P1 do primário se, no mesmo instante P1 e S1 são positivos(ou negativos) em relação a P2 e S2, respectivamente.

403

De acordo com a ABNT - NBR 6856 os TCs devem ter polaridade subtrativa e os terminais de mesma pol aridade dos enrolamentos devem ser nitidamente identificados. Esta identificação deve ser feita:  por emprego de buchas de cor diferente; ou  por meio de marcas permanentes, em alto ou baixo-relevo, que não possam ser apagados facilmente pela pintura, e suplementadas, se desejado, por marcas de cor contrastante.

3.1.2.3 SÍMBOLOS Nos diagramas unifilares os TCs são representados pelos símbolos abaixo:

3.1.2.4 CIRCUITO EQUIVALENTE DO TC A figura 3.5, a seguir, mostra o circuito equivalente representativo do TC.

Figura 3.5 - Circuito equivalente do TC ONDE: RP , RS = Resistências dos enrolamentos primário e secundário. XP , XS = Reatâncias de dispersão dos enrolamentos primário e secundário. XM = Reatância de magnetização do núcleo. RM = Resistência responsável pela perda no ferro (histerese e corrente de Foucault). I0 = Corrente de excitação. T = Transformador ideal de relação 1:n ZC = Impedância de carga. Algumas simplificações práticas do modelo representado na figura 3.5 poderão ser feitas conforme a seguir:  A impedância primária RP + JXP é desprezível , pois é de baixo valor.  Pelo projeto, a reatância de dispersão do enrolamento secundário (XS) e as perdas do ferro (RM) devem ser minimizadas e portanto são desprezíveis. O circuito equivalente simplificado com as grandezas referidas ao secundário, correspondentes são mostradas na figura a seguir:

404

Figura: Circuito equivalente simplificado do TC - referido ao secundário Pelo circuito da figura 3.6, temos:

IS = I’P – I’o

e

IS = IP/RTC – Io/RTC

eq. 3.2

OBS.: O erro de relação do TC é produzido pela corrente de excitação, isto é, a corrente I0 é responsável pelo erro de relação do TC. 3.1.2.5. DIAGRAMA FASORIAL e ERROS DO TC O TC ao refletir no secundário o que se passa no primário, pode introduzir dois erros:  Erros de Relação (Ec):

Eq. 3.3

 Erro de Fase ou Ângulo de Fase (β):

Se -I2 é adiantado a I1 o ângulo é positivo.

Caso contrário é negativo

Figura: diagrama fasorial do TC

405

3.1.2.6 CLASSE DE EXATIDÃO Corresponde ao erro máximo de transformação, garantido pel o fabricante, expresso em percentual, que pode ser introduzido pelo TC quando da transformação da corrente primária em corrente secundária, se respeitada a carga nominal. De acordo com a ABNT NBR 6856, os TC´s são enquadrados em uma ou mais das seguintes cl asses de exatidão:  TC para Medição Classe de exatidão: 0,3 – 0,6 – 1,2 e 3 (Sem limite do ângulo de fase)  TC para Proteção Classe de exatidão: 10 – 5 Para se estabelecer à cl asse de exatidão dos TC´s, estes são ensaiados com cargas padronizadas especificadas, colocadas no seu secundário, uma de cada vez, sob três condições de correntes:  100% da corrente Primária Nominal  Fator Térmico x 100% da corrente Primária Nominal  10% da corrente Primária Nominal Considera-se que um TC para serviço de medição está dentro de sua classe de exatidão em condições especificadas quando, nestas condições o ponto determinado pelo erro de relação ou pelo fator de correção de relação e pelo ângulo de fase estiver dentro dos “paralelogramos de exatidão” (figuras que se seguem) onde correspondentes à sua classe de exatidão

406

407

A seguir é mostrado como selecionar a exatidão adequada para um TC tendo em vista a sua aplicação nas diferentes categorias de medições:  Classe de exatidão melhor que 0.3 – TC padrão, medições de laboratórios e medições especiais;  Classe de exatidão 0,3 – TC para medição de energia elétrica para faturamento ao consumidor;  Classe de exatidão 0,6 e 1,2 – Al imentação de instrumentos de medição operacional e controle e medição de energia elétrica sem final idade de faturamento; 3.1.2.7 CARACTERÍSTICAS DOS TCs PARA PROTEÇÃO a) O TC para proteção somente deve entrar em saturação para uma corrente de valor acima de 20 vezes a sua corrente nominal. É importante que os TCs retratem com fidelidade as correntes de defeitos(curto-circuito), sem sofrer os efeitos da saturação.

Figura: Saturação do TC b) O TC para proteção deve se de classe de exatidão 5 ou 10, isto é, o erro de relação percentual não deve exceder 5% ou 10% para qual quer valor da corrente secundária, desde 1 a 20 vezes a corrente nominal, e qualquer carga igual ou inferior a nominal. 3.1.2.8 CLASSIFICAÇÃO DOS TCs PARA PROTEÇÃO a) TC de al ta impedância (A) - TC que possui alta impedância interna, isto é, aquele cuja reatância de dispersão do enrolamento secundário possui valor apreciável , em relação à impedância total do circuito secundário quando este alimenta sua carga nominal.

b) TC de baixa impedância (B) - TC que possui baixa impedância interna, isto é, aquele cuja reatância de dispersão do enrolamento secundário possui val or desprezível, em relação à impedância total do circuito secundário, quando este alimenta sua carga nominal. Constituem exemplo os TCs de núcleo toroidal , com enrol amento secundário uniformemente distribuído.

408

3.1.2.9 TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRENTE De acordo com a sua construção os TCs podem ser classificados, em: a) Tipo enrolado; TC cujo enrolamento primário, constituído de uma ou mais espiras, envolve mecanicamente o núcleo do transformador, conforme figura abaixo.

b) Tipo barra; TC cujo enrolamento primário é constituído por uma barra, montada permanentemente através do núcleo do transformador, conforme figura abaixo.

c) Tipo janela; TC sem primário próprio, constituído com uma abertura através do núcl eo por onde passa um condutor formando o circuito primário, conforme figura abaixo.

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Os TCs tipo janela podem ser:  tipo bucha; TC tipo janela projetado para ser instalado sobre uma bucha de um equipamento elétrico, conforme figura abaixo.

 de núcleo dividido. TC tipo janela em que parte do núcleo é separável ou basculante, para facilitar o enlaçamento do condutor primário, conforme figura abaixo.

d) de vários enrolamentos primários; TC com vários enrolamentos primários distintos e isolados separadamente. e) de vários núcleos. TC com vários enrolamentos secundários isolados separadamente e montados cada um em seu próprio núcleo, formando um conjunto com um único enrolamento primário, cujas espiras (ou espira) enlaçam todos os secundários.

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3.1.2.10. ESPECIFICAÇÃO DOS TCs DE PROTEÇÃO Na especificação de um TC para proteção e na consulta de fabricantes, devem ser no mínimo indicados: a) cl asse de exatidão; b) tipo de impedância do enrolamento secundário; c) tensão secundária nominal ou carga(s) secundária nominal(is); d) tipo de aterramento do sistema; e) frequência nominal; f) corrente(s) primária(s) e secundária(s) nominal (is) e relação(ões) nominal(is); g) nível de isolamento, definido pelas tensões: tensão nominal ou tensão máxima de operação; tensão suportável nominal à freqüência industrial , 1 minuto; tensão suportável nominal de impul so atmosférico; tensão suportável nominal de impul so de manobra(para sistemas ☎362kV). h) fator térmico nominal; i) corrente térmica nominal (It); j) corrente dinâmica nominal ( Id); k) uso: para interior ou para exterior. A seguir são mostrados exemplos de especificação de TC, da CELPE, COELBA e COSERN: a) Transformador de Corrente para medição – 72,5kV “TRANSFORMADOR DE CORRENTE. TENSÃO MÁXIMA DE OPERAÇÃO: 72,5KV. USO: EXTERNO. TIPO DE ISOLAÇÃO: A ÓLEO. TIPO CONSTRUTIVO: PEDESTAL. CORRENTE NOMINAL: 50X1005A. RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO NOMINAL: 10X20: 1. FREQUENCIA NOMINAL: 60HZ. CLASSE DE EXATIDÃO: 0,3C50(MEDIÇÃO). FATOR TÉRMICO NOMINAL: 1,3. CORRENTE SUPORT. NOMINAL DE CURTA DURAÇÃO: 16,0kA. NÍVEL DE ISOLAMENTO: 350/140KV. APLICAÇÃO: MEDIÇAO EM UNIDADES CONSUMIDORAS. NORMAS: VR02.05-00.001; VR01.0400.002(COELBA / COSERN); VR01.01-00.026; VR01.01-00.028 (CELPE)” b) Transformador de Corrente para medição operacional e proteção – 72,5kV “TRANSFORMADOR DE CORRENTE. TENSAO MAXIMA DE OPERACAO: 72,5KV. USO: EXTERIOR. TIPO DE ISOLACAO: A SECO. TIPO CONSTRUTIVO: PEDESTAL. CORRENTE NOMINAL : 100/150X200/300-5-5 A. RELACAO TRANSFORMACAO NOMINAL: 20/30X40/60: 1-1. FREQUENCIA NOMINAL: 60HZ. CLASSE DE EXATIDAO: 0,3C50 (MEDICAO) E 10B200 (PROTECAO). FATOR TERMICO NOMINAL: 1,3. CORRENTE SUPORT. NOMINAL DE CURTA DURACAO : 20,0kA. NIVEL DE ISOLAMENTO: 350/140KV . APLICACAO: SUBESTACOES. NORMAS : VR02.05-00.001, VR01.04-00.002(COELBA); VR01.01-00.028(CELPE).”

411

3.1.2.11. TENSÃO SECUNDÁRIA NOMINAL(Vsn) É a tensão que aparece nos terminais de uma carga nominal imposta ao TC a 20(Fator de Sobrecorrente) vezes a corrente secundária nominal, sem que o erro de relação exceda o valor especificado.

Vsn = Fs x Ins x Zcn = 20 x 5 x Zcn

eq. 3.4

3.1.2.12 FATOR DE SOBRECORRENTE(FS) O fator de sobrecorrente determina o número de vezes que a corrente no primária do TC pode exceder a corrente primária nominal, mantendo a sua classe de exatidão, sem que haja saturação do TC (de acordo com a ABNT FS = 20).

FS = IMAX(CC) / InP (TC)

eq. 3.5

onde: IMÁX(CC) - Corrente máxima de curto-circuito no ponto de instalação do TC. InP (TC) - Corrente nominal primária do TC.

3.1.2.13 CARGA NOMINAL DO TC A(s) carga(s) nominal(is) deve(m) estar de acordo com as especificadas na tabela 1, a seguir. As cargas nominais são designadas por um símbolo, formado pela letra "C", seguida do número de voltampères correspondente à corrente secundária nominal.

Tabela 1 - CARGAS/TENSÕES SECUNDÁRIAS NOMINAIS NORMALIZADAS NO BRASIL PARA TC COM CORRENTE SECUNDÁRIA NOMINAL DE 5 A

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Quando a corrente secundária nominal for diferente de 5 A, os valores de resistência, reatância indutiva e impedância das cargas nominais são obtidos multiplicando-se os valores da tabela 1 pelo quadrado da relação entre 5 A e a corrente secundária nominal. Exemplo: Uma carga C25, referida a 1 A, teria:

A tensão secundária a 20 In deste TC, na especificação da exatidão de proteção, deve ser 20x1x25=500 V, ou seja, o TC em questão deve ter uma exatidão para proteção 10A500, no caso de alta impedância, ou 10B500, no caso de baixa impedância. EXEMPLOS: a) Classifique o TC 10B 400 - Classe de exatidão - 10 - Baixa impedância - B - Tensão secundária nominal - 400V - Impedância da carga nominal - ZC = Vsn/(FS x Ins) = 400/100 = 4,0Ω. b) Especifique a tensão secundária nominal de um TC para proteção, sabendo-se que a soma das impedâncias dos equipamentos/dispositivos de proteção e dos condutores de ligação é 6,0 Ω e a corrente secundária nominal é 5A. Pela equação 3.4, temos:

Vsn = Fs x Ins x Znc = 20 x 5 x 6,0 = 600 V logo, pela tabela 1, temos Vsn = 800 V c) Se na placa do TC está indicado: 0,3C2,5 a 0,3C12,5; 0,6C22,5, isto significa que: O TC ensaiado com as cargas padronizadas C2,5, C5,0 e C12,5 tem classe de exatidão 0,3, isto é, apresenta erro de relação - 0,3 % ≤ Ec ≤ + 0,3 % e ângulo de fase tal que o ponto determinado por estes erros fica dentro do paralelogramo representativos da classe de exatidão 0,3;  Ensaiado com a carga padronizada C22,5 tem classe de exatidão 0,6.

413

3.1.2.14 FATOR TÉRMICO (FT) Fator pelo qual deve ser multiplicada a corrente primária nominal para se obter a corrente primária máxima que um transformador de corrente é capaz de conduzir em regime contínuo (permanente), sob frequência nominal e com maior carga especificada, sem exceder os limites de elevação de temperatura especificados.

F.T = IP MÁX / Ipn

eq. 3.6

Valores normalizados pel a ABNT: 1,0 ; 1,2; 1,3; 1,5 e 2,0. No caso de TC com dois ou mais núcleos, sem derivações, com relações diferentes entre si, e mesma corrente secundária nominal, o fator térmico da menor relação é um dos indicados acima, e o(s) fator(es) térmico(s) da(s) outra(s) relação(ões) é (são) obtido(s) pela fórmula abaixo, podendo resultar em valor menor que 1,0:

Onde: Fti = fator térmico da(s) outra(s) relação (ões) nominal(is) Ft1 = fator térmico da menor relação nominal Rn1 = menor relação nominal Rni = outra(s) relação (ões) nominal(is) Exemplo: TC cujas relações são 300-5 A (medição) e 800-5 A (proteção), com fator térmico 1,2, para o núcleo de medição:

Em TC providos de derivações, as relações Rn1 e Rni não devem ser obtidas das derivações, mas sim dos enrolamentos totais. Além disso, o fator térmico das relações especificadas, obtidas por derivações, menores ou iguais a Rn1, deve ser no mínimo igual a Ft1. Exemplo: TC cujas relações são 400/600/800/1200-5 A (medição) e 400/600/800/1200/2000-5 A (proteção), com fator térmico 1,2, para o núcleo de medição:

Tem-se então um Ft = 0,72 para a relação 2000-5 A e Ft = 1,2 para as demais relações do núcleo de proteção. Em TC de apenas um núcleo, para serviço de proteção, em que a corrente primária nominal deve ser maior que a corrente nominal do circuito por problemas de saturação do núcleo de proteção, o fator térmico pode ser menor que 1. Caso o TC possua derivações deve ser especificado separadamente.

414

3.1.2.15 CORRENTE TÉRMICA NOMINAL - It (Corrente de curta duração) É a máxima corrente primária que o TC é capaz de suportar durante 1 segundo com o enrolamento secundário curto-circuitado, sem exceder em qualquer enrolamento uma temperatura máxima especificada. Para outras correntes usar a equação.

I 2t = K

para t ≠ 1 seg.

eq. 3.8

EXEMPLO: Um dado TC tem limite térmico de 40kA. Se os relés e disjuntores, eliminam o defeito em 2s, qual a corrente permissível para o TC?

OBS: Ted = TR + TD eq. 3.9 Onde: Ted = Tempo de eliminação do defeito TR = Tempo de atuação do relé TD = Tempo de interrupção do disjuntor 3.1.2.16 CORRENTE DINÂMICA NOMINAL - Id Valor de crista da corrente primário que um TC é capaz de suportar durante o primeiro meio ciclo, com o enrolamento secundário curto-circuitado, sem danos elétricos ou mecânicos resultantes de forças eletromagnéticas. De acordo com a ABNT, normalmente, Id = 2,5 It. 3.1.2.17 EXERCÍCIOS a. Porque não é recomendável utilizarmos o TC para proteção para alimentarmos dispositivos de Medição? b. Porque não é recomendável utilizarmos o TC para medição para alimentarmos dispositivos de proteção? c. A corrente térmica nominal suportável por um TC é 26500 A. Sabendo-se que a corrente de curto-circuito no ponto de instalação do TC é 10500 A e que o tempo de interrupção do disjuntor é 0.3 s, pede-se calcular o tempo máximo permitido para atuação do relé. d. Especifique a corrente de curta-duração de um TC que deve ser instalado num ponto do sistema com as seguintes características: Iccmax = 16 kA, TR = 0,8 s e TD = 0,4 s. e. Classifique os TC abaixo: ✘ 10B200; ✘ 5A100; ✘ 0,3C2,5-0,6C12,5; ✘ 1,2C50.

415

f. Um TC, 500-5A, cl asse de exatidão 10, está sendo percorrido por uma corrente de 450A, calcule para está situação a faixa de corrente que poderá aparecer no secundário do TC. g. De acordo com a ABNT quais são as classes de exatidão padronizadas para os TC de medição e para os TC de proteção? h. Que características diferenciam um TC para proteção de um TC para medição? i. O que você entende por classe de exatidão do TC? j. Descreva os aspectos básicos do TC. k. Defina transformador de corrente. l. Sabendo-se que a corrente térmica de um TC é 16kA. Calcule a maior corrente de curto-circuito que podemos ter no ponto de instalação do TC, para não danificá-lo, considerando que o tempo de eliminação de defeito neste ponto é 0,8 s. m. Especifique a corrente térmica de um TC que será instalado no ponto de um sistema elétrico como os seguintes dados: Iccmáx = 12kA, TR = 0,6 s e TD = 0,3 s n. Especifique a tensão secundária nominal de um TC para proteção, sabendo-se que a soma das impedâncias dos equipamentos/dispositivos de proteção e dos condutores de ligação do secundário é 1,8 Ω e a corrente secundária nominal é 5A. o. Classifique o TC 5B400, Ins=5A e calcule qual a máxima impedância dos dispositivos de proteção que podemos instalar no seu secundário, incluindo os condutores de ligação p. Para um TC 10B50 com corrente secundária nominal de 5 A, qual a impedância máxima dos equipamentos/dispositivos de proteção e dos condutores que podemos instalar no seu secundário. q. Justifique porque um TC 500-5A, 5B100, não pode ser instalado num ponto do sistema, com corrente máxima de curto-circuito de 8kA, para alimentar dispositivos de proteção, cujas impedâncias totalizam 1,8Ω. r. Qual deve ser o tempo máximo de atuação do rel é para evitar danos em um TC de corrente térmica nominal igual a 10kA, instal ado num ponto do sistema, onde a corrente máxima de curto-circuito é 12kA. Sabe-se que o tempo de interrupção do disjuntor é 0,3s. s. O que você entende por TC de Baixa impedância e por TC de Al ta impedância? t. Como dimensionamos as correntes nominais do TC? u. Desenhe os circuitos equivalentes do TC. v. O que você entende por: Tensão secundária nominal? Fator térmico do TC? Corrente térmica nominal do TC? Corrente dinâmica nominal do TC? w. Como devem ser ligados os instrumentos no secundário do TC e quais devem ser os passos que um técnico deve seguir para retirar todos os instrumentos/dispositivos do secundário de um TC.

416

3.1.3 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL(TP) O TP é um TI, cuja função é reproduzir no seu secundário a tensão do circuito principal (primário) em níveis compatíveis com a classe de isolação dos instrumentos de MPCCS a ele conectados. A figura a) e b) mostra fotos de transformadores de potencial. O TP é um redutor de tensão, pois uma tensão elevada Vp, é transformada para uma tensão reduzida Vs, de valor suportável pelos instrumentos elétricos usuais.

Figura: a) Fabricante Soltran 72,5kV

b) Fabricante Seed´el 34,5kV

c) Fabricante Seed´el 15kV

3.1.3.1 ASPECTOS BÁSICOS. a) O enrolamento primário do TP é ligado em paralelo com a carga, logo a tensão primária e determinada pelo circuito principal e por sua forma de ligação;

Figura: Ligação do TP para o TP, temos:

Relação de Transformação do TP (RTP) = Vp/VS = Np/Ns

eq.3.10

b) O enrolamento secundário do TP alimenta as bobinas de tensão dos instrumentos de MPCCS, as quais devem ser ligadas em paralelo;

417

c) O enrolamento secundário do TP, quando não estiver alimentando os instrumentos de MPCCS deve ficar aberto; d) Os TP’s são projetados e construídos para uma tensão secundária nominal padronizada de, aproximadamente, 115V ou 115/√3 V; e) Os TP’s são projetados e construídos para suportarem uma sobretensão (Fst = fator de sobretensão contínuo) de até 15% em regime permanente, para os grupos de ligação 1 e 2 e de 90% para o grupo de ligação 3, sem que nenhum dano l hes seja causado; f) As diferenças entre as tensões primária e secundária existentes em módulo e fase constituem respectivamente nos erros de relação e fase do TP; g) A tensão primária nominal é definida de acordo com a tensão nominal do circuito onde o TP será instalado, considerando o grupo de ligação e as tensões normalizadas pela ABNT-NBR 6855; h) Como os TP´s são empregados para al imentar instrumentos de alta impedância a corrente secundária I2 é muito pequena e por isto se diz que são transformadores de potência que funcionam quase em vazio; j) Nos transformadores de potencial distinguem-se as três relações seguintes:

Relação Nominal: Vnp/ Vns = RTPn Relação Real: Vp/ Vs = RTPr Fator de Correção de Relação: RTPr/ RTPn = FCRC SÍMBOLOS Nos diagramas unifilares os TPs são representados pelos símbolos abaixo:

Figura: Símbolos do TP

3.1.3.3 POLARIDADE No TP da figura abaixo diz-se que o terminal X1 do secundário tem a mesma polaridade do terminal H1 do primário se, no mesmo instante H1 e X1 são positivos (ou negativos) em relação a H2 e X2, respectivamente.

De acordo com a ABNT - NBR 6855 os TPs devem ter polaridade subtrativa e os terminais de mesma polaridade dos enrolamentos devem ser nitidamente identificados. Esta identificação deve ser feita:  por emprego de buchas de cor diferente; ou  por meio de marcas permanentes, em alto ou baixo-relevo, que não possam ser apagados facilmente pela pintura, e suplementadas, se desejado, por marcas de cor contrastante. 418

3.1.3.4 CIRCUITO EQUIVALENTE A figura a seguir, mostra o circuito equivalente representativo do TP.

Figura: Circuito equivalente do TP 3.1.3.5. DIAGRAMA FASORIAL e ERROS DO TP O TP ao refl etir no secundário o que se passa no primário, pode introduzir dois erros:  Erro de Relação (Ep):

 Erro de Fase ou Ângulo de Fase (): Se –U2 é adiantado a U1 o ângulo é positivo. Caso contrário é negativo.

Figura: diagrama fasorial do TP 3.1.3.6 CLASSE DE EXATIDÃO Corresponde ao erro máximo de transformação, garantido pelo fabricante, expresso em percentual, que pode ser introduzido pelo TP quando da transformação da tensão primária em tensão secundária, sob condição de carga nominal.

419

De acordo com a ABNT NBR 6855, Os TP´s são enquadrados em uma ou mais das seguintes classes de exatidão: Classe de exatidão: 0,3 – 0,6 – 1,2 medição/proteção Deve também ser considerada a classe de exatidão 3 sem limitação de ângulo de fase. Por não ter limitação do ângulo de fase, esta classe não deve ser utilizada para serviço de medição de potência e energia. Para os enrolamentos de tensão residual , destinados a ligação delta aberto, é suficiente a classe de exatidão 3, tendo em vista tratar-se de enrolamento utilizado somente para proteção. Neste caso, a carga deste secundário não deve ser considerada no cálculo da carga simultânea. NOTA: Enrolamento de tensão residual é o enrolamento secundário de um TPI monofásico, a ser ligado com outros dois em configuração delta aberto, a fim de reproduzir uma tensão correspondente à tensão residual sob condição de falta à terra ou para alimentar um circuito de amortecimento de ferrorressonância. Para se estabelecer à classe de exatidão dos TP´s, estes são ensaiados em vazio e depois com cargas padronizadas colocadas no seu secundário, uma de cada vez, sob três condições de tensões:  Tensão Nominal;  90 % da Tensão Nominal ;  110 % de Tensão Nominal . Considera-se que um TP está dentro de sua classe de exatidão em condições especificadas quando, nestas condições, o ponto determinado pelo erro de relação ou pelo fator de correção de relação e pelo ângulo de fase estiver dentro do “paralelogramo de exatidão” onde corresponde à sua classe de exatidão.

420

A seguir é mostrado como selecionar a exatidão adequada para um TP tendo em vista a sua aplicação nas diferentes categorias de medições: Classe de exatidão melhor que 0.3 – TC padrão, medições de laboratórios e medições especiais; Classe de exatidão 0,3 – TC para medição de energia elétrica para faturamento ao consumidor; Classe de exatidão 0,6 e 1,2 – Alimentação de instrumentos de medição operacional, controle e relés; 3.1.3.7 ESPECIFICAÇÃO DOS TP’s. Na especificação do TP para proteção, e na indicados:

consulta aos fabricantes, devem ser no mínimo

a) Classe(s) de exatidão; b) Tensão(ões) primária(s) e secundária(s) nominal (is) e relação(ões) nominal(is); c) nível de isolamento, definido pelas tensões: tensão nominal ou tensão máxima de operação; tensão suportável nominal à freqüência industrial, 1 minuto; tensão suportável nominal de impulso atmosférico; tensão suportável nominal de impulso de manobra(para sistemas ☎362kV). d) Frequência nominal ; e) Carga(s) nominal (is); f) Potência térmica nominal ; g) Grupo de ligação, fator(es) de sobretensão nominal (is) e tipo de aterramento; h) carga simultânea para o TPI de dois ou mais enrolamentos secundários; i) uso: para interior ou para exterior. A seguir são mostrados exemplos de especificação de TP, da CELPE, COELBA e COSERN: a) Transformador de Potencial medição – 72,5kV “TRANSFORMADOR POTENCIAL. USO: EXTERNO. TIPO ISOLACAO: A OLEO. TENSAO NOMINAL: 69000V/V3-115V/115V/raiz3. RELAÇÃO TRANSFORMACAO NOMINAL: 350/600:1. FREQUENCIA NOMINAL: 60HZ. CLASSE EXATIDAO: 0,3%(MEDICAO). CARGA NOMINAL:P75(MEDICAO). NIVEL DE ISOLAMENTO: 140/350/-KV.POTENCIA TERMICA:400VA. GRUPO LIGACAO:2. APLICACAO: MEDICAO DE UNIDADES CONSUMIDORAS. NORMAS : VR02.05-00.001; ETS.00.03(COELBA E COSERN);VR01.0100.026;VR01.01-00.029(CELPE)” b) Transformador de Potencial medição operacional e proteção – 72,5kV “TRANSFORMADOR POTENCIAL. USO: EXTERNO. TIPO ISOLACAO: A SECO. TENSAO NOMINAL : 69000V/V3-115V/115V/V3-115V/115V/V3. RELACAO TRANSFORMACAO NOMINAL: 350/600:1-1. FREQUENCIA NOMINAL: 60HZ. CLASSE EXATIDAO: 0,3%/0,6%(MEDICAO/PROTECAO). CARGA NOMINAL: P75/P75 (MEDICAO/PROTECAO). NIVEL DE ISOLAMENTO : 140/350/-KV. POTENCIA TERMICA : 400VA. GRUPO DE LIGACAO: 2. APLICACAO: SUBESTACOES DAS DISTRIBUIDORAS . NORMAS : VR02.05-00.001; VR01.0400.003(COELBA/COSERN); VR01.01-00.026; VR01.01-00.029 (CELPE)” 421

3.1.3.8 GRUPOS DE LIGAÇÃO De acordo com a ligação para o qual são projetados os TPI classificam-se em três grupos: a) grupo 1 - TPI projetados para ligação entre fases, com fator de sobretensão continua (Fsc) igua a 1,15; b) grupo 2 - TPI projetados para ligação entre fase e terra de sistemas eficazmente aterrado, com fator de sobretensão continua (Fsc) igua a 1,15; c) Grupo 3 - TPI projetados para l igação entre fase e terra de sistemas onde não se garante a eficácia do aterramento, com fator de sobretensão continua (Fsc) igua a 1,90;.

3.1.3.10 FATOR DE SOBRETENSÃO CONTINUA - Fsc O fator de sobretensão continua é a relação entre a máxima tensão suportável pel o TP, em regime permanente, e seu a tensão nominal primária do TP, logo temos:

Fsc = Vmáx / Vnp

eq 3.12

3.1.3.11 CARGA NOMINAL DO TP É a máxima potência aparente (VA) que pode ser entregue pelo seu secundário, sem que o erro exceda o limite estabelecido pela sua cl asse de exatidão. Assim, a soma das potências aparentes solicitadas pelos diversos instrumentos ligados em paralelo ao secundário do TP, não deve ultrapassar a carga nominal de placa do TP, sob pena de excedermos o erro admissível. A(s) carga(s) nominal (is) deve(m) estar de acordo com as especificadas na tabela 2, a seguir. As cargas nominais são designadas por um símbolo, formado pela letra "P", seguida do número de voltampères correspondente à tensão de 120 V e 69,3 V.

Tabela 2 - CARGAS NOMINAIS NORMALIZADAS PELA ABNT

422

Nota: As características a 60 Hz e 120 V são válidas para tensões secundárias entre 100 V e 130 V e as características a 60 Hz e 69,3 V são válidas para tensões secundárias entre 58 V e 75 V. Em tais condições, as potências aparentes são diferentes das especificadas. OBS.: Os instrumentos alimentados pelo secundário do TP são de altíssima impedância e baixa corrente, portanto é baixo o consumo em VA. Exemplo: Se na placa do TP está indicado: 0,3P35; 0,6P75 isto significa que: O TP ensaiado com as cargas padronizadas 12,5, 25 e 35 tem classe de exatidão 0,3, isto é, apresenta erro de relação - 0,3 % ≤ Ep ≤ + 0,3 % e ângulo de fase tal que o ponto correspondente a estes erros fica dentro do paralelogramo de classe 0,3; Ensaiado com a carga padronizada 75 tem classe de exatidão 0,6. 3.3.3.12 POTÊNCIA TÉRMICA NOMINAL (PTN). É a máxima potência aparente (VA) que o TP pode fornecer em regime permanente, sob tensão e freqüência nominais, sem exceder os limites de elevação de temperatura especificados. A potência térmica nominal mínima, em VA, deve ser igual ao produto do quadrado do fator de sobretensão contínuo (Fstcont) pela maior carga nominal especificada, ou carga simultânea, para o TPI, com dois ou mais secundários, nos quais a potência térmica é distribuída pelos secundários proporcionalmente à maior carga nominal de cada um deles. Para os grupos de ligação 1 e 2, temos:

PTN ≥ 1,33 x maior carga nominal do TPI 3.1.4 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO (TPC). É constituído por um banco de capacitores em série usado com dupla finalidade. a) Divisor de tensão, para usar um TP com a tensão primária menor que a tensão do circuito principal em relação à terra. b) Acoplamento transmissor e receptor “CARRIER” (sistema de comunicação). 3.1.4.1 ESQUEMA ELÉTRICO.

423

A indutância L é colocada em série, de modo a entrar em ressonância com o capacitor equivalente, assim, isto garante que a tensão no primário do TPI está em fase com a tensão da LT. 3.1.4.2 EQUAÇÕES DO TPC.

3.1.4.3 EXERCÍCIOS a) Classifique os TP abaixo: ✘0,3P75; ✘0,3P25-0,6P200; ✘0,3P12,5; ✘1,2P35. b) Um TP, 1150-115V, classe de exatidão 1,2, está instalado num circuito cuja tensão é 1200V, calcule para está situação a faixa de tensão que poderá aparecer no secundário do TP. c) O que você entende fator de sobretensão continua do TP? d) O que você entende por TP do grupo 2 e por cl asse de exatidão do TP? e) Um TP, grupo 1, 13.800-115V, cl asse de exatidão 0,3, está submetido a uma tensão de 13.200V, calcule para está situação a faixa de tensão que poderá aparecer no secundário do TP. f) Descreva os aspectos básicos do TP. g) Defina transformador de potencial. h) De acordo com a ABNT quais são as classes de exatidão padronizadas para os TP? i) Como devem ser ligados os instrumentos no secundário de um TP e como devemos proceder para retirar os instrumentos do secundário de um TP? j) Desenhe os circuitos equivalentes do TP e identifique cada termo. k) Como definimos as tensões nominais dos TP? l ) O que você entende por: Potência térmica nominal do TP? Carga simultânea do TP de vários enrolamentos? m) Qual a função da indutor (L), do Transformador de Potencial Capacitivo(TPC).

424

3.2 DISJUNTOR 3.2.1 DEFINIÇÃO Podemos definir o Disjuntor como sendo: Equipamento de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes nas condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto –circuito. As figuras 3.23a e 3.23b mostram fotos de disjuntores instalados no sistema elétrico.

3.2.2 FUNÇÃO A função do disjuntor é abrir e fechar o circuito quando recebe uma ordem de abertura/fechamento, automática, através de relé ou manual, através do operador. 3.2.3 LIGAÇÃO AO CIRCUITO O disjuntor deve ser ligado em série com o circuito, devendo suportar, em regime continuo, a corrente de carga e interromper, em condição de defeito, a máxima corrente de curtocircuito do circuito protegido. A figura 3.24, mostrar um diagrama unifil ar do sistema de proteção de uma linha de transmissão, onde temos o disjuntor como o equipamento de comando e manobra da linha, ligado em série.

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3.2.4 TIPOS DE DISJUNTORES A classificação dos disjuntores é feita em função do meio de extinção do arco elétrico, assim temos os seguintes tipos de disjuntores: a) a óleo GVO, grande volume de óleo; PVO, pequeno volume de óleo. b) a Gás(SF6, hexafluoreto de enxofre); dupla pressão; Mono pressão. c) a Vácuo; d) a ar comprimido; e) sopro magnético. 3.2.5 PRINCIPAIS PARTES COMPONENTES DO DISJUNTOR a) Unidade Interruptora, conhecida como câmara de extinção do arco elétrico, com os contatos móvel e fixo que fazem a abertura e fechamento do disjuntor, nesta unidade se processa a extinção do arco elétrico; b) Unidade de Comando e Controle ou Cabine de Comando e Controle, que abrange os elementos de comando, controle e supervisão do disjuntor (bobinas de abertura e fechamento, mola do mecanismo de operação); c) Mecanismos de Operação ou Acionamento, que possibilita o armazenamento de energia necessária à operação mecânica do disjuntor e a liberação desta energia através de mecanismos apropriados para a operação de abertura e fechamento; Os principais mecanismos de operação são: Hidráulico, utilizando o óleo sob pressão; Mola, utilizando um motor que aciona uma mola; Pneumático, utilizando o ar comprimido obtido de um compressor. d) Partes isolantes (isolador), que separa as partes vivas das partes mortas; e) Chassis e suporte.

3.2.6 PRINCIPAIS CARACTERISTICAS TÉCNICAS E ESPECIFICAÇÃO DO DISJUNTOR (NBR – NBR IEC 62271 - 100) a) corrente nominal ( ex. 400-630-800-1250-1600-2000-2500-3150-4000-5000-6300A); b) tipo; c) freqüência nominal; d) nível de isolamento, definido pelas tensões: tensão nominal ou tensão máxima de operação(ex. 7,2-15-24,2-36,2-72,5-145242-362-460-550-800kV); tensão suportável à freqüência industrial, 1 minuto; tensão suportável de impulso atmosférico; tensão suportável ao impulso de manobra(para sistemas acima de 242kV). 426

e) capacidade de interrupção nominal em curto-circuito; f) capacidade de estabelecimento nominal em curto-circuito; g) capacidade de interrupção de linhas em vazio; h) capacidade de interrupção de correntes capacitivas; i) capacidade de interrupção de correntes indutivas; j) duração nominal da corrente de curto-circuito; k) tempo de interrupção nominal (ms ); l) tempo de abertura (ms); m) ciclo de operação( ex. O-0,3s-CO-3min-CO ou O-0,3s-CO-15s-CO); n) tipo do mecanismo de operação( Pneumático, hidráulico ou por molas); o) quantidade de bobinas de abertura e fechamento; p) tensão nominal de alimentação do circuito de comando e controle (dispositivos de fechamento e abertura) e sua faixa de tolerância; q) tensão de alimentação do motor e sua faixa de tolerância; r) potência, RPM e corrente de partida do motor; s) tensão nominal do resistor de aquecimento, lâmpada e tomada; t) uso: interno ou externo. 3.2.7 EXERCÍCIOS a) Defina disjuntor. b) Como o disjuntor deve ser ligado ao sistema elétrico? c) Quais as principais características técnicas do Disjuntor? d) Classifique os tipos de disjuntores de acordo com meio de extinção do arco elétrico.. e) Qual a função do disjuntor em um sistema elétrico? f) O que você entende por capacidade de interrupção nominal em curto circuito do disjuntor? g) Quais as tensões que definem o nível de isolamento de um disjuntor? h) Como dimensionamos a corrente nominal de um disjuntor? i) Quais as partes componentes de um disjuntor de alta e média tensão? j) Defina tempo de abertura e tempo de interrupção de um disjuntor. k) Quais os tipos de mecanismos de operação que podem ser utilizados nos disjuntores? l) Faça uma pesquisa sobre extinção do arco elétrico em disjuntores; m) Faça uma pesquisa sobe os mecanismos de operação dos disjuntores.

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3.3 RELIGADOR 3.3.1 DEFINIÇÃO Podemos definir o Religador como sendo: Equipamento de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes nas condições normais do circuito, assim como estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto–circuito, desligando e religando automaticamente o circuito um número predeterminado de vezes. As figuras 3.25a e 3.25b mostram fotos de religadores.

Figura 3.25a-Religador para SE tripolar 15kV

Figura 3.25b -Religador para linha Tripolar 15kV

3.3.2 FUNÇÃO A função do religador é abrir e fechar o circuito quando recebe uma ordem de abertura/fechamento, automática, através de relé, ou manual , através do operador. O religador o testa se o defeito é transitório ou permanente, através de um relé de rel igamento, logo ele interrompe o circuito temporariamente se o defeito for transitório e permanentemente se o defeito for permanente. 3.3.3 LIGAÇÃO AO CIRCUITO O religador deve ser ligado em série com o circuito, devendo suportar, em regime continuo, a corrente de carga e interromper, em condição de defeito, a máxima corrente de curtocircuito do circuito protegido. A figura 3.26, mostrar um diagrama unifilar do sistema de proteção de uma linha de distribuição, onde temos o religador como o equipamento de comando e manobra da linha, ligado em série

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3.3.4 TIPOS DE RELIGADORES A classificação dos religadores pode ser feita: a) em função do local de instalação no sistema: de subestação; de linha/rede de distribuição. b) em função do meio de extinção do arco elétrico, assim temos os seguintes tipos de religadores: a óleo; a Gás(SF6, hexaflureto de enxofre); a Vácuo. c) em função do número de fases monofásico; trifásico. 3.3.5 PRINCIPAIS PARTES COMPONENTES DO RELIGADOR a) b) c) d) e)

tanque onde fica a câmara de extinção do arco elétrico, com os contatos móvel e fixo; partes isolantes(isolador, TCs de buchas), montados na tampa do tanque; cabine de comando e controle(bobinas de abertura e fechamento); cabine do mecanismo de operação suporte.

3.3.6 PRINCIPAIS CARACTERISTICAS TÉCNICAS E ESPECIFICAÇÃO DO RELIGADOR(NBRs – 8177 e 8185)

a) b) c) d)

corrente nominal ( ex. 560-630-800A); tipo; freqüência nominal; nível de isolamento, definido pelas tensões: tensão nominal ou tensão máxima de operação(ex. 15-24,2-36,2kV); tensão suportável à freqüência industrial , 1 minuto; tensão suportável de impulso atmosférico; e) capacidade de interrupção nominal em curto-circuito; f) capacidade de estabelecimento nominal em curto-circuito; g) duração nominal da corrente de curto-circuito; h) tensão de alimentação do comando e controle; i) tempo de interrupção nominal (ms ); j) tempo de abertura (ms); k) ciclo de operação( ex. O – 0,3-3,0 s – CO – 3-15 s - CO); l) tipo do mecanismo de operação( Por molas ou atuador magnético); m) tensão de alimentação do motor e faixa de tolerância; n) potência, RPM e corrente de partida do motor; o) tensão nominal do resistor de aquecimento, lâmpada e tomada; p) uso: interno ou externo. A seguir é mostrado exemplo de especificação de Religador, da CELPE RELIGADOR AUTOMATICO. MEIO ISOLANTE: AR, GAS SF6 OU EPOXI. MEIO DE INTERRUPCAO:VACUO. TENSAO NOMINAL: 15,0KV. CORRENTE NOMINAL: 800A; FREQUENCIA NOMINAL: 60HZ; USO: EXTERNO. CAPACIDADE DE INTERRUPCAO : 16KA; TENSAO SUPORT.IMP.ATMOSF: 110KV. TENSAO SUPORT. NOMINAL FREQUENCIA INDUSTRIAL: 34KV. TENSAO AUXILIAR DE CONTROLE:125VCC. CARACT.ADICIONAIS: SISTEMA DE PROTECAO MICROPROCESSADO. ACESSORIOS:ESTRUTURA SUPORTE PARA FIXACAO EM PISO. APLICACAO: SUBESTACAO(S/E). NORMA:VR01.0100.026(CELPE);VR01.01-00.031(CELPE) 429

3.3.7 OPERAÇÃO DO RELIGADOR Quando um religador detecta uma condição de sobrecorrente, a circulação da mesma é interrompida pela abertura de seus contatos. Estes contatos são mantidos abertos durante um tempo determinado, chamado de tempo de religamento, após o qual se fecham automaticamente para reenergização da linha. Se, no momento de fechamento dos contatos, a corrente de falta persistir, a seqüência abertura/fechamento é repetida até três vezes consecutivas (dependendo da programação de ajustes de cada equipamento) e, após a quarta abertura, os contatos ficam abertos e travados. O novo fechamento só poderá ser manual. A seguir temos um exemplo da operação de um religador: Suponhamos que o religador da figura 3.26 esteja com os seguintes ajustes: Número de Aberturas(NA): 4; Número de Religamentos (NR = NA-1)): 3; Intervalos de Religamentos: 1o intervalo de religamento de 5s, o 2o intervalo de religamento de 10s e o 3o intervalo de religamento de 15s; Tempo de resete: 60s; Ajuste (tapexRTC) de fase: 400A; Ajuste (tapexRTC) de neutro 40A. Vamos descrever a seqüência de operação deste religador para um curto-circuito permanente de 1500A e para um curto-circuito transitório de 1500A com duração igual a 10s. Vamos considerar atuação instantâneas dos relés. a) simulação de um curto-circuito permanente Logo após o curto-circuito o religador faz a seguinte seqüência de operação: 1ª Abertura – 1º intervalo de religamento (5s) - 1º religamento; 2ª Abertura – 2º intervalo de religamento(10s) – 2º religamento; 3ª Abertura – 3º intervalo de religamento(15s) – 3º religamento; 4ª Abertura – Bloqueio, o alimentador fica desenergizado. b) simulação de um curto-circuito transitório de duração 10s Logo após o curto-circuito o religador faz a seguinte seqüência de operação: 1ª Abertura - 1º intervalo de religamento (5s) - 1º religamento; 2ª Abertura - 2º intervalo de religamento (10s) - 2º religamento; Após o 2º religamento o alimentador fica energizado, tendo em vista, que o defeito desapareceu, pois, o tempo de duração do mesmo, 10s, é menor do que os 15s (5s+10s) dos intervalos de religamento. Após o 2º religamento é contado o tempo de reset, igual a 60s, sendo apagada a seqüência de operação da memória do religador.

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3.3.8 EXERCÍCIOS a) Defina religador. b) Como o religador deve ser ligado ao sistema elétrico? c) Qual a função do religador em um sistema elétrico? d) Classifique os religadores de acordo com: Local de instalação no sistema elétrico; Meio de extinção do arco elétrico; Número de fases. e) Quais as principais características técnicas do religador? f) Quais as vantagens de usarmos religadores para fazer a proteção de um sistema elétrico de distribuição? g) Quais as partes componentes de um religador? h) O que você entende por capacidade de interrupção nominal em curto circuito do religador? i) Quais as tensões que definem o nível de isolamento de um religador? j) Como dimensionamos a corrente nominal de um religador? k) Defina tempo de abertura e tempo de interrupção de um religador. l) Defina tempo de reset do religador. m) Quais os tipos de mecanismos de operação que podem ser utilizados nos religadores? n) Faça uma pesquisa sobe os mecanismos de operação dos religadores. o) Um religador faz a proteção de um circuito de distribuição e está ajustado para: 3 aberturas, 2 religamentos, sendo o 1o intervalo de religamento de 10s e o 2o intervalo de religamento de 15s, o tempo de reset de 30s, o tape (ajuste)de fase 300A, o tape(ajuste) de neutro 40A. Descreva a seqüência de operação deste religador para um curto-circuito permanente de 1200A e para um curto-circuito transitório de 1200A com duração igual a 12s. p) Um religador faz a proteção de um circuito de distribuição e está ajustado para: 4 aberturas, 3 religamentos, sendo o 1o intervalo de religamento de 5s, o 2o intervalo de religamento de 10s e o 3o intervalo de religamento de 15s, o tempo de reset de 60s, o tape (ajuste) de fase 400A, o tape (ajuste) de neutro 40A. Descreva a seqüência de operação deste religador para um curto-circuito permanente de 1500A e para um curto-circuito transitório de 1500A com duração igual a 20s.

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3.4 SECCIONALIZADOR 3.4.1 DEFINIÇÃO É um equipamento utilizado para interrupção automática de circuitos, que abre os seus contatos quando o circuito é desenergizado por um equipamento de proteção situado a sua retaguarda (à montante) e equipado com dispositivo para religamento automático. As figuras 3.27a e 3.27b mostram fotos de Seccionalizadores.

3.4.2 FUNÇÃO O seccionalizador tem a função de isolar o trecho defeituoso, quando a linha de distribuição é desenergizada por um equipamento de proteção situado à montante, religador, e equipado com dispositivo de religamento automático, isto é, o seccionalizador é um dispositivo automático projetado para operar em conjunto com o religador, entretanto, não interrompe a corrente de defeito, ele abre seus contatos sem tensão. 3.4.3 LIGAÇÃO AO CIRCUITO O seccionalizador deve ser ligado em série com a linha de distribuição. Ele basicamente é constituído de um elemento sensor de sobrecorrente e de um mecanismo para contagem de desligamentos do equipamento de retaguarda, além de contatos e de dispositivos para travamento na posição aberto. A figura 3.28, mostrar um diagrama unifilar do sistema de manobra e proteção de um ramal de uma linha de distribuição, onde temo o seccionalizador como o equipamentos de proteção e comando do ramal, ligados em série

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3.4.4 TIPOS DE SECCIONALIZADORES Os seccionadores são classificados: a) de acordo com o número de fases: monofásico; trifásico. b) De acordo com o tipo de controle:  Controle hidráulico É usado principalmente em seccionalizadores monofásicos ou trifásicos com bobinas menores. Este tipo de controle sente a sobrecorrente através de uma bobina conectada em série com a linha. Seccionalizadores hidráulicos devem ser fechados manualmente.  controle eletrônico É utilizado principalmente em unidades trifásicas, com bobinas de valores mais elevados. O controle da corrente de linha é obtido por um transformador de corrente que envia sinais ao circuito eletrônico que conta o número de operações e também comanda a abertura. A corrente mínima de acionamento para cada fase e terra é determinada nos seccionalizadores de controle eletrônico através da seleção adequada de um resistor do tipo plug-in. Em geral, os resistores de corrente de fase são identificados com o símbolo φ. Já os resistores de corrente de terra são identificados no sistema plug-in com o tradicional símbolo de terra. 3.4.5 PRINCIPAIS PARTES COMPONENTES DO SECCIONALIZADOR Os seccionalizadores compreendem duas diferentes unidades básicas: a) Unidade seccionadora É composta dos seguintes elementos:  tampa Tem a função básica de fechar hermeticamente a unidade de seccionamento, bem como servir de base para a instalação das buchas de porcelana.  Buchas Normalmente construídas em porcelana vitrificada, são do tipo passante. No pescoço interno de três das seis buchas existentes são montados três transformadores de corrente que alimentam o circuito eletrônico e o circuito de disparo, no caso dos seccionalizadores de controle estático. Não há TC`s instalados nos seccionalizadores de controle hidráulico.  Transformadores de corrente É do tipo bucha, mol dado em epóxi.  Tanque É um reservatório cheio de óleo mineral no interior do qual estão instal ados os TC`s e os contatos de seccionamento. b) unidade de controle No caso dos seccionalizadores de controle eletrônico, a unidade de controle compreende os seguintes componentes:  circuito estático de contagem;  circuito de disparo;  resitores de corrente de fase e de terra;

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 restritor de corrente de energização (inrush), Dispositivo que não permite a contagem quando a corrente for transitória de magnetização dos transformadores e de cargas indutivas;  Restritor de corrente: Dispositivo que não permite a contagem enquanto houver corrente passando pelo seccionalizador;  Restritor de tensão: Dispositivo que não permite a contagem enquanto houver tensão na linha.

3.4.6 PRINCIPAIS CARACTERISTICAS TÉCNICAS E ESPECIFICAÇÃO DO SECCIONALIZADOR a) corrente nominal ( ex. 200A); b) tipo; c) freqüência nominal; d) nível de isolamento, definido pelas tensões:  tensão nominal ou tensão máxima de operação(ex. 15kV);  tensão suportável à freqüência industrial , 1 minuto;  tensão suportável de impulso atmosférico; e) corrente monentânea; f) uso: interno ou externo. A seguir é mostrado exemplo de especificação de Seccionalizador, da CELPE. “SECCIONALIZADOR AUTOMATICO. NUMERO DE FASES: TRIPOLAR. USO: EXTERNO. ISOLACAO: SF6 OU OLEO. NIVEL BASICO DE IMPULSO: NBI 110 KV. FREQUENCIA: 60 HZ. TENSAO MAXIMA DE OPERACAO: 15,0 KV. TENSAO NOMINAL: 13,8 KV. CORRENTE NOMINAL: 200 A. REQUISITOS ADICIONAIS: MECANISMO DE OPERACAO: MOLA ACIONADO POR MOTOR OU MANUAL. CORRENTE ASSIMÉTRICA DE ESTABELECIMENTO NOMINAL: 9 KA. MATERIAL DO TANQUE: ACO INOXIDAVEL; TIPO DE CONTROLE: MICROPROCESSADO, COM CUBICULO; COM ACESSORIO PARA INSTALACAO EM POSTE. APLICACAO:REDES DE DISTRIBUICAO. ESPECIFICAÇÃO:VR01.0100.026(CELPE);VR01.01-00.050 (CELPE” 3.4.7 OPERAÇÃO DO SECCIONALIZADOR O Seccionalizador é um equipamento de construção e de funcionamento simples. É constituído de um dispositivo que mede o valor da corrente que percorre o circuito. Se este valor for superior ao valor ajustado da corrente de acionamento, o seccionalizador fica predisposto a operar, enquanto um outro dispositivo inicia a contagem do número de desligamento efetuado pelo equipamento instalado a montante, podendo ser um religador ou um disjuntor com relé de religamento. Quando o mecanismo de contagem do seccionalizador registrar o número de operações efetuadas pelo equipamento de retaguarda igual ao valor ajustado, o seccionalizador atua, abrindo seus contatos, interrompendo o circuito a jusante, e permanecendo travado. Desta forma, o religador ou disjuntor com religamento pode restabelecer a parte do circuito não afetada pelo defeito.

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A seguir temos um exemplo da operação de um seccionalizador: Suponhamos que o religador da figura 3.28 esteja com os seguintes ajustes: Número de Aberturas (NA): 4; Número de Religamentos (NR = NA-1)): 3; Intervalos de Religamentos: 1o intervalo de religamento de 5s, o 2o intervalo de religamento de 10s e o 3o intervalo de religamento de 15s; Tempo de resete: 60s; Ajuste(tapexRTC) de fase: 400A; Ajuste(tapexRTC) de neutro 40A. E o seccionalizador com os seguintes ajustes: ajuste de fase(tape): 80A; ajuste de neutro(tape): 16A; número de contagem(NC ≤ NA-1): 3; Vamos descrever a seqüência de operação do conjunto religador-seccionalizador para um curto-circuito permanente de 1000A e para um curto-circuito transitório de 1000A com duração igual a 10s. vamos considerar atuação instantâneas dos relés. a) simulação de um curto-circuito permanente Logo após o curto-circuito o conjunto religador-seccionalizador fazem as seguintes seqüências de operação:

b) simulação de um curto-circuito transitório de duração 10s Logo após o curto-circuito o conjunto religador-seccionalizador fazem as seguintes seqüências de operação:

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3.4.8 EXERCÍCIOS

a) Quais as principais características técnicas de um seccionalizador? b) Quais os tipos de seccionalizadores? c) Justifique porque, o seccionalizador não funciona se à montante do mesmo não existir um religador com dispositivos de proteção sensíveis aos defeitos no ramal protegido pelo seccionalizador. d) Quais as partes componentes de um seccionalizador? e) Para o seccionalizador da figura 3.29, descreva a seqüência de operação, para um curtocircuito permanente de 1500A no ponto A, sabendo-se que os ajustes do mesmo são: ajuste de fase 80A, ajuste de neutro 16A, Número de contagem 2, tempo de reset 30s. Os ajustes do religador são: 4

aberturas, 3 religamentos, sendo o 1º intervalo de religamento de 5s, o 2º intervalo de religamento de 10s e o 3º intervalo de religamento de 15s, o tempo de reset de 60s, o tape (ajuste) de fase 400A, o tape (ajuste) de neutro 40A.

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3.5 CHAVE E ELO FUSÍVEL 3.5.1 DEFINIÇÃO Chave fusível é um equipamento destinado à proteção de circuitos primários, utilizado em redes aéreas de distribuição urbana e rural e em pequenas subestações de consumidor e de concessionária. É dotada de um elemento fusível que responde pelas características básicas de sua operação . São denominados também de corta-circuitos e são fabricados em diversos modelos para diferentes níveis de tensão e corrente . As figuras 3.30a e 3.30b mostram fotos da chave e do elo fusível

3.5.2 FUNÇÃO A chave e o elo fusível têm a função de isolar o trecho defeituoso, quando ocorre um curto-circuito na linha de distribuição ou no transformador de distribuição. Quando passa no elo uma corrente maior do que a sua corrente nominal ele se funde e interrompe o circuito. 3.5.3 LIGAÇÃO AO CIRCUITO A chave e o elo fusível devem ser ligados em série com a linha de distribuição ou com o transformador de distribuição, devendo suportar, em regime continuo, a corrente de carga e interromper, em condição de defeito, a máxima corrente de curto-circuito do circuito protegido. A figura 3.31, mostrar um diagrama unifilar de um ramal de um sistema de distribuição protegido por uma chave fusível.

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3.5.4 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO E OPERAÇÃO O princípio de funcionamento de todas as chaves/elos fusíveis é pela fusão parcial ou total de seu el emento fusível, abrindo desta forma o circuito elétrico . Quando um elo fusível é submetido a uma sobrecorrente e a mesma é mantida, depois de decorrido certo tempo, o el emento fusível se fundirá . O tempo que levará para fundir é proporcional ao quadrado da corrente apl icada e da inércia térmica do conjunto que forma o elemento fusível . Portanto, variando-se os elementos do conjunto que forma o el emento fusível , podemos ter um fusível de ação muito rápida (FF), rápida (F), média (M), lenta (T), ou muito lenta (TT), todos eles baseados em um mesmo método de ensaio. Para isso existem curvas características de fusão, as quais fornecem faixas para o tempo de fusão, em função da corrente aplicada . O funcionamento de chaves fusíveis, instaladas no sistema de distribuição, está condicionado a duas alternativas do circuito: a) com carga b) sem carga Quando se tratar de operação de chaves fusíveis em carga, o eletricista deve executar sua abertura mediante a utilização de dispositivos para extinção do arco, como, por exemplo, o ”loadbuster”, observando o valor máximo de corrente especificado para esse dispositivo. A operação de chaves fusíveis além de ser efetuado com segurança, precisão e rapidez, deve-se observar a correta seqüência de abertura e fechamento. A seqüência de operação deve ser realizada conforme a seguir, ver figura 3.32: a) abertura  Abrir primeiro a chave fusível da extremidade mais próxima da chave do meio;  Abrir a chave fusível da outra extremidade;  Finalmente abrir a chave fusível do meio. b) fechamento  Fechar a chave fusível do meio;  Fechar a chave fusível da extremidade mais distante da chave do meio;  Finalmente fechar a chave fusível da outra extremidade.

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Na seqüência das figuras 3.33 a 3.36, a seguir temos um exemplo de uma interrupção do elo de 20K dentro do porta fusível instalado em Chave Fusível 36,2 kV, Base C, aplicado 420 A, 36,2kV, FP 0,3 e TRT 10kHz. a) Elemento Aquece e Funde:

Inicialmente a corrente de 420A provoca o aumento da temperatura do el emento fusível e demais partes metál icas como botão, fio de reforço luva e cordoalha. O el emento entra em fusão. b) Estabelece Arco Elétrico:

Após a fusão inicia-se o arco el étrico e há formação de grande quantidade de gás (basicamente composto de vapor d’água, hidrocarbonetos, nitrogênio e ácidos metálicos), que provoca aumento da pressão interna. Durante o arco a corrente mantém-se em 420A. c) Extinção do arco elétrico:

O gás formado juntamente com a tensão mecânica exercida pela mola na cordoalha e a pressão interna no tubo, extingue o arco e expul sa a cordoalha, interrompendo o circuito. As três fases representadas pel as figuras acima ocorrem dentro do tubo protetor do elemento fusível , sem destruí-l o. d) Seqüência de abertura da chave fusível

Com o circuito interrompido, o que sobrou do elo é lançado para fora, o cartucho porta fusível despenca e gira no eixo do contato inferior sinalizando a interrupção.

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3.5.5 TIPOS DE CHAVE E ELO FUSÍVEL a) Tipos de chave fusível A chave fusível é classificada de acordo com a sua base, logo temos chaves base C, D ou A. b) Tipos de elo fusível Temos os seguintes tipos de elo fusível para distribuição (13,8kV e 34,5kV): H, K e T e para transmissão (69kV): EF e ES Tipo H – elos fusíveis de alto surto, com al ta temporização para correntes elevadas; Tipo K – elos fusíveis rápidos com relação de rapidez variando entre 6 (para elo fusível de corrente nominal 6 A) e 8,1 (para elo fusível de corrente nominal 200 A); Tipo T – elos fusíveis lentos com relação de rapidez variando entre 10 (para elo fusível de corrente nominal 6 A) e 13 (para elo fusível de corrente nominal 200 A). Os termos “rápido” e “lento” são utilizados apenas para indicar a rapidez relativa entre os elos fusíveis K e T. As figuras 3.37 e 3.38, mostram as curvas tempo x corrente para os elo fusíveis tipo H e tipo K.

Figura 3.37 - curva tempo x corrente o elo fusível tipo H

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Figura 3.38 - curva tempo x corrente o el o fusível tipo K 3.5.6 PRINCIPAIS PARTES COMPONENTES DA CHAVE E DO ELO FUSIVEL a) Chave fusível A chave fusível é composta dos seguintes elementos:  Porta fusível ; O porta fusível deve ser intercambiável com as bases de mesmas características nominais de todos os fabricantes, e deve ter olhal para operação com vara de manobra. O tubo deve ser fabricado em fibra de vidro, com fibra vulcanizada internamente. Quando da colocação do elo fusível, a cordoalha deve ficar axialmente centrada. Isto é conseguido com o tracionador provido de mola, corretamente montado pelo fabricante. Os pontos de conexão elétrica devem ser prateados.  Contatos, superior e inferior; Devem ser cobre prateados.  Isolador; Deve ser de porcelana vitrificada ou polimérica, isenta de imperfeições e não deve ser oca.  Gancho para abertura; O gancho deverá ser fabricado em material não ferroso.  Base.  Conectores; Devem ser do tipo paral elo em l iga de cobre estanhado.  Suporte. Devem ser de aço galvanizado por imersão a quente. b) Elo fusível O elo fusível é composto dos seguintes elementos:  elemento fusível; Teoricamente qualquer fio metálico ou liga metálica poderá servir de elemento fusível, mas na prática se utiliza principalmente o cobre, o estanho, a prata ou suas ligas e a liga de níquel e cromo.

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 cordoalha; Fabricada com fios cobre eletrolítico estanhado, encordoamento torcido, ou torcido e trançado, tendo seção circular homogênea em todo o seu comprimento, seu diâmetro faz parte de seu projeto e por esta razão uma vez homologada não deverá ser modificada. Na saída da luva a cordoalha poderá ser prensada para assegurar que não irá esgaçar quando da interrupção. A ponta da cordoalha deverá ser soldada, para manter a cordoalha com seus fios unidos facilitando a sua colocação.  botão do elo fusível ; É o contato superior, e deverá ser fabricado em liga de cobre, ser maciço com proteção superficial adequada para não deixar a superfície oxidar. As proteções superficiais mais adequadas são prateamento ou estanhagem.  tubo protetor do elo fusível; O tubo deverá ser fabricado em fibra vulcanizada, com ou sem reforço externo em fibra de vidro. A fixação no botão deverá garantir que o mesmo não se solte durante a interrupção, sendo hermeticamente fechado na junção com o botão.  Luva. Faz a conexão do elemento fusível com a cordoalha; é um el emento do projeto do elo fusível, e uma vez definida não deve ser modificada. 3.5.7 PRINCIPAIS CARACTERISTICAS TÉCNICAS E ESPECIFICAÇÃO FUSÍVEL(NBRs – 5359 e 8124) a) Chave fusível  corrente nominal (50-100-200A);  tipo;  freqüência nominal;  nível de isolamento, definido pelas tensões: • tensão nominal ou tensão máxima de operação(ex. 15kV); • tensão suportável à freqüência industrial , 1 minuto; • tensão suportável de impulso atmosférico;  capacidade de interrupção nominal em curto-circuito;  duração nominal da corrente de curto-circuito;  Uso: interno e externo.

DA

CHAVE E DO ELO

b) Elo fusível  corrente nominal ;  material do elemento fusível;  tipo;  comprimento da cordoalha;  material do tubo protetor do el o fusível. A seguir é mostrado exemplo de especificação de chave fusível da CELPE. “CHAVE FUSÍVEL DISTRIBUIÇÃO. TIPO DE BASE: C. TENSÃO NOMINAL: 15,0KV. CORRENTE NOMINAL DA BASE: 300A. CORRENTE NOMINAL DO PORTA FUSÍVEL: 200A. COR DO PORTA FUSIVEL: CINZA MUNSELL 7N. CAPAC. INTERRUPÇÃO SIMÉTRICA: 7,1 KA. CAPAC. DE INTERRUPÇÃO ASSIMÉTRICA: 10,0 KA. TENÃO SUPORT. IMPILSO ATMOSF.: 95,KV. TENSÃO SUP. NOM. FR. IND.: 34KV. CARACT.ADICIONAIS: GANCHO PARA OPERAÇÃO COM FERRAMENTA DE ABERTURA EM CARGA. ACESSÓRIO:SUPORTE PARA FIXAÇÃO EM CRUZETA. NORMAS CELPE:VR01.01-00.016E2 E VR01.01-00.026 EMBALAGEM: EPC003”

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3.5.8 EXERCÍCIOS a) Descreva como a chave e o el o fusível fazem a proteção de um circuito contra curto-circuito. b) Quais os tipos de elos fusíveis, usados na distribuição e os usados nas subestações de transmissão 69/13,8kV? c) Quais os tipos de materiais usados na fabricação dos elos fusíveis? d) Quais as principais características técnicas das chaves fusíveis? e) Quais as partes componentes de uma chave fusível? f) Quais as principais características técnicas do elo fusível? g) Quais as partes componentes do elo fusível: h) O que você entende por: ✘ tempo de fusão do elo fusível; ✘ tempo de interrupção do elo fusível. i) Descreva a seqüência de operação (abertura e fechamento) para uma chave fusível instalada em um sistema de distribuição. j) O que devemos fazer para operar a chave fusível em carga. k) Defina capacidade de interrupção nominal em curto-circuito. ANOTAÇÃO

443

4. RELÉS BÁSICOS 4.1 INTRODUÇÃO A crescente expansão e complexidade dos modernos sistemas elétricos caracterizam através de requisitos cada vez maiores de continuidade e qualidade no fornecimento da energia elétrica, a necessidade de um contínuo desenvolvimento da Engenharia de proteção. Visando atingir maiores níveis de desempenho, a Engenharia de proteção, através de seu segmento Tecnoogia de relés, tem-se voltado à pesquisa objetivando o aprimoramento de quatro parâmetros básicos a saber: a) Confiabilidade A utilização de peças e componentes com taxas de falhas cada vez menores, visando a elevação do nível final de confiabilidade do dispositivo de proteção. b) Sensibilidade O projeto de circuitos sensíveis aos diversos tipos de defeitos a que estão sujeitos os sistemas elétricos. c) Seletividade A previsão de meios que permitam manter a seletividade com outros dispositivos de proteção, visando apenas o desligamento da seção do sistema afetado. d) Velocidade O projeto de circuitos cada vez mais velozes visando a elevação da confiabilidade do sistema elétrico como um todo, preservando o tempo máximo de suportabilidade dos equipamentos protegidos, bem como evitando submeter o sistema elétrico a condições adversas por longo tempo. Com o advento da tecnologia dos microprocessadores, atualmente as empresas estão integrando os sistemas de proteção, medição, supervisão, controle e sinalização em um único equipamento. 4.2 GERAÇÕES DE RELÉS Os sistemas de proteção podem ser distinguidos por duas gerações de relés a saber: a) Relés Eletromecânicos • Indução • Disco de Indução As figuras 4.1a e 4.1b, mostram o relé IAC 51 da GE

Figura 4.1 – Rel é eletromecânico, IAC 51 da GE, a) parte da frente e b) parte de trás 444

b) Relés Estáticos • Eletrônicos • Digitais • Microprocessados As figuras 4.2a e 4.2b, mostram o relé IAC 51 da GE

Figura 4.2 – Rel és microprocessados, a) fabricante Areva e b) fabricante Siemens

4.3 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS RELÉS 4.3.1 DEFINIÇÃO De acordo com a ABNT, Relé é um dispositivo por meio do qual um equipamento elétrico é operado quando se produzem variações nas condições deste equipamento ou do circuito em que ele está ligado, ou em outro equipamento associado. Pode-se definir também relé como sendo um equipamento elétrico que supervisiona uma grandeza do sistema elétrico e atua quando essa grandeza ultrapassa um valor préestabelecido. A atuação geralmente é feita enviando ordem de abertura para um disjuntor. 4.3.2 OPERAÇÃO DO RELÉ A operação do rel é pode ser caracterizada nas 4 (quatro) fases que se seguem: a) Alimentação: As grandezas sensoras sob forma de corrente, tensão, etc, são aplicadas ao relé. b) Atuação: As grandezas sensoras superam condições pré-estabelecidas pelos ajustes dos rel és. c) Disparo: O relé através de um comando de saída, envia ordem de abertura ao(s) disjuntor(es) visando isolar a parte defeituosa do sistema. d) Indicação: O relé através de identificação local (bandeirola, led' s, etc) e/ou remota ( anunciadores, oscilógrafos, sirenes, etc ) caracteriza a atuação.

445

4.3.3 CLASSIFICAÇÃO DOS RELÉS Os relés são caracterizados através das seguintes classificações: a) Grandezas Físicas de Atuação Ex. Elétricas, Mecânicas, Térmicas b) Natureza Física das Grandezas Ex. Corrente, Tensão, Potência, Temperatura, Frequência. c) Construção Ex. Eletromecânicos, Estáticos d) Função Ex. Sobrecorrente, Sobretensão, Diferencial , Distância, Sobrefrequência. e) Alimentação do circuito de comando e controle Ex. Tensão alternada, Tensão contínua. f) Importância do Circuito Ex. Principal e auxiliar. g) Conexão ao circuito Ex. Primário (ligado diretamente ao circuito) e Secundário (l igado através de TC e/ou TP) h) Característica dos contatos Ex. Contatos Normalmente Abertos e Contatos Normalmente Fechados i) Temporização

Ex.: Instantâneos – sem retardo de tempo Temporizados – com retardo de tempo  Tempo definido  Tempo inverso • Curva normal inversa • Curva muito inversa • Curva extremamente inversa

4.3.4 CODIFICAÇÃO DOS RELÉS Os relés são codificados através de números de acordo com a norma ANSI. A seguir são relacionados os códigos dos principais relés/disjuntores. 21 - Relé de Distância; 25 - Relé de Sincronismo; 26 - Relé de temperatura do óleo; 27 - Relé de Subtensão; 30 - Relé Anunciador; 32 - Relé Direcional de Potência; 49 - Relé Térmico para Proteção de Máquinas e Transformadores; 50 - Relé de Sobrecorrente Instantâneo (50 = fase, 50N = neutro); 51 - Relé de Sobrecorrente Temporizado (51 = fase, 51N = neutro); 52 – Disjuntor; 59 - Relé de Sobretensão; 446

63 - Relé de Pressão (gás); 64 - Relé de Proteção à terra; 67 - Relé de Sobrecorrente Direcional (67 = fase, 67N = neutro); 71 - Válvula de alivio de pressão; 72 - Disjuntor de Corrente Contínua; 79 - Relé de Religamento; 81 - Relé de Freqüência; 86 - Relé de Bloqueio; 87 - Relé Diferencial; 90 - Relé de regulação de tensão.

4.3.5 CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO DO RELÉ a) Valor de Pick-up ou Acionamento ou Atuação Valor da grandeza de atuação, a partir do qual o relé opera, ou seja, seus contatos mudam de estado. b) Valor de Drop-out ou Desacionamento Valor da grandeza de atuação, a partir do qual o relé desopera, ou seja, seus contatos voltam a posição original. c) Relação Drop-out/Pick-up (recomposição) Relação entre os valores das grandezas de acionamento para os quais o relé desopera/opera.

Ex. Ipick-up = 10 e Idrop-out = 9, logo Rd/p = 0,9 4.4 RELÉ ELEMENTAR 4.4.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Figura 4.4 - Relé elementar Na figura 4.4, o núcleo é percorrido por um fluxo proporcional à corrente do circuito que circula na bobina do relé, e isso faz com que seja possível que o contato móvel feche um circuito 447

operativo auxiliar alimentando um alarme(lâmpada) e/ou o disparador do disjuntor colocado no circuito principal, sempre que Fe > Fm. Por motivo de projeto, o valor "I" deve ser limitado, e assim, sempre que excede um valor prefixado Ip (corrente de pick-up ou atuação), o circuito deve ser interrompido, por exemplo, pelo envio de um impulso de operação Iop, à bobina do disparador do disjuntor, ou pelo menos, ser assinalado aquela ultrapassagem por um alarme ( lâmpada ou buzina). Para o relé atuar é preciso haver uma força residual:

Fr = (Fe – Fm) > 0

eq. 4.1

Onde: Fr = Força residual Fe = Força elétrica Fm = Força mecânica(mola) De acordo com exposto podemos concluir que no relé temos a presença de: a) Elemento Sensor ou Deteto As vezes chamado de elemento de medida que responde às variações da grandeza atuante (I). b) Elemento Comparador Que faz a comparação entre a grandeza atuante (Fe) e um valor pré-determinado (Fm). c) Elemento de Controle Que efetua uma brusca mudança na grandeza de controle, por exemplo, fecha os contatos do circuito da bobina de disparo do disjuntor. 4.4.2 QUALIDADES REQUERIDAS DE UM RELÉ Para cumprir suas final idades, os relés devem: a) Ser tão simples (confiabilidade) e robustos (efeitos dinâmicos da corrente de defeito) o quanto possível; b) Ser tão rápidos (razões de estabilidade do sistema) independentemente do valor, natureza e localização do defeito;

o

quanto

possível,

c) Ter baixo consumo próprio (especificação de TC e TP); d) Ter alta sensibilidade e poder de discriminação (a corrente de defeito pode ser inferior à nominal e a tensão quase anular-se); e) Realizar contatos firmes (evitando centelhamento e ricochetes que conduzem a desgastes prematuro); f) Manter sua regulagem, independentemente da temperatura exterior, variações de freqüência, vibrações, campos externos, etc; g) Ter baixo custo.

448

4.5 RELÉ DE INDUÇÃO A DISCO São relés que operam com retardo de tempo, consiste de um disco condutor (alumínio), que se movimenta por indução dentro do entreferro de um núcleo magnético excitado pela corrente que circula na bobina do relé, existe um contato móvel para disparo do disjuntor associado. A figura 4.5, mostra o esquema de ligação do relé de indução a disco, a grandeza de alimentação pode ser uma corrente e/ou uma tensão.

Figura 4.5 - Relé de indução a disco O relé atua de acordo com a característica Tempo x Corrente da figura 4.6 a seguir:

Figura 4.6 - Curva tempo x corrente do rel é A equação 4.2, nos dar a equação do torque(conjugado) de todos os tipos de relés que funcionam pelo princípio de indução a disco, é por isso que ela é conhecida como equação universal do relé.

449

T = K1.I2 + K2.V2 + K3.V.I cos (θ – α) – K4

eq. 4.2

Onde:

T = torque(conjugado) do disco; K1, K2, K3 = constantes de proporcionalidade; K4 = conjugado antagonista (mola); θ = ângulo entre os fluxos criados pela tensão e pela corrente; α = ângulo de conjugado máximo do relé. EXEMPLOS a) Para o relé de corrente a equação do torque (conjugado) será:

T = K1.I2 – K4,

a grandeza de operação é a corrente e a de restrição é a mola.

b) Para o relé de tensão a equação do torque (conjugado) será:

T = K1.V2 – K4,

a grandeza de operação é a tensão e a de restrição é a mola.

4.7 RELÉ DE SOBRECORRENTE( 50/50N e 51/51N) 4.7.1 DEFINIÇÃO É o relé cuja grandeza sensora é a corrente e atua quando essa corrente é superior ao seu valor de ajuste. 4.7.2 FORMA DE ATUAÇÃO Quando a corrente medida pel o relé de sobrecorrente for superior ao seu ajuste ele atua fechando os seus contatos, que energiza o circuito de comando e controle, que energiza a bobina de abertura do disjuntor que abre o circuito, isolando o trecho defeituoso. 4.7.3 TEMPO DE ATUAÇÃO a) Instantâneo – sem retardo de tempo (50/50N) b) Temporizado – com retardo de tempo (51/51N)  Tempo definido  Tempo inverso • Curva normal inversa • Curva muito inversa • Curva extremamente inversa 4.7.5 PRINCIPAIS APLICAÇÕES      

Proteção de Linhas de Transmissão/Distribuição Proteção de Transformadores Proteção de Geradores Proteção de Motores Proteção de bancos de capacitores Proteção de reatores

450

4.7.6 DIAGRAMA UNIFILAR DE LIGAÇÃO DOS RELÉS

4.7.6 FATORES QUE DEVEMOS CONSIDERAR PARA OS RELÉS DE SOBRECORRENTE Na escolha do relé de sobrecorrente devemos considerar: a) Carga (burden) do Relé (VA, cosϕ ) imposta ao TC; b) Suportabilidade da bobina do relé. • Em regime permanente, deve ser dimensionada, em no mínimo, 2 x In. • Em regime transitório, val e a equação:

I2 . t = Constante

eq. 4.3

EXEMPLO A corrente de curta duração(para 1s) suportável por um relé é 400 A. Sabendo-se que a corrente de curto-circuito máxima no ponto de instalação do relé é 150 A e que o tempo de interrupção do disjuntor é 0,2 s. Pede-se calcular o tempo máximo permitido para atuação do relé.

4.8. RELÉ DE TENSÃO 4.8.1 TIPOS • Sobretensão(59); • Subtensão(27). 4.8.2 DEFINIÇÃO Relé de Sobretensão: É um relé cuja grandeza sensora é tensão e atua quando essa tensão é superior ao seu valor de ajuste.

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Relé de Subtensão: É um relé cuja grandeza sensora é tensão e atua quando essa tensão é inferior ao seu valor de ajuste. 4.8.3 FORMA DE ATUAÇÃO Quando a tensão medida pelo relé de sobretensão ou subtensão for superior ou inferior ao seu ajuste ele atua fechando os seus contatos, que energiza o circuito de comando e controle, que energiza a bobina de abertura do disjuntor que abre o circuito. 4.8.4 TEMPO DE ATUAÇÃO a) Instantâneo b) Temporizado  Tempo definido  Tempo inverso 4.8.5 PRINCIPAIS APLICAÇÃO  Proteção de Barramentos(59 e 27)  Proteção de Geradores(59)  Proteção de Motores(59 e 27)  Proteção de bancos de capacitores(59 e 27) 4.8.6 DIAGRAMA UNIFILAR DE LIGAÇÃO DOS RELÉS

Figura 4.8 - Diagrama Unifilar de ligação dos rel és de sobretensão e subtensão 4.9 RELÉ DE SOBRECORRENTE DIRECIONAL(67/67N) 4.9.1 DEFINIÇÃO É o relé que supervisiona o módulo e o sentido da corrente e atua quando a corrente ultrapassa um valor pré-estabelecido(ajuste) e seu sentido coincide com o sentido ajustado para atuação. 4.9.2 FORMA DE ATUAÇÃO Quando a corrente medida pelo relé de sobrecorrente direcional for superior ao seu ajuste e o seu sentido coincidir com o sentido de atuação ele atua fechando os seus contatos, que energiza o circuito de comando e controle, que energiza a bobina de abertura do disjuntor que abre o circuito, isolando o trecho defeituoso.

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4.9.3 TEMPO DE ATUAÇÃO a) Instantâneo – sem retardo de tempo. b) Temporizado – com retardo de tempo  Tempo definido  Tempo inverso o Curva normal inversa o Curva muito inversa o Curva extremamente inversa 4.9.5 PRINCIPAIS APLICAÇÃO Proteção de Linhas de Transmissão 4.9.6 DIAGRAMA UNIFILAR DE LIGAÇÃO DOS RELÉS

Figura 4.9 – Diagrama unifilar de ligação dos relés de sobrecorrentes direcionais

4.10 RELÉ DE DIFERENCIAL(87) 4.10.1 DEFINIÇÃO É o rel é cuja grandeza sensora é a diferença das correntes de entrada e saída de um equipamento e atua quando essa diferença ultrapassa um valor pré-estabelecido(seu ajuste). 4.10.2 FORMA DE ATUAÇÃO O relé de diferencial atua fechando os seus contatos que energiza o circuito de comando e controle, que energiza as bobinas de abertura dos disjuntor(es), instalados na entrada e na saída do equipamento, que abre o circuito, eliminando o defeito e isolando o equipamento defeituoso. O relé também atua ativando o relé de bloqueio (86), que só permite a reenergização do equipamento após o seu desbloqueio, isto obriga a realização de uma inspeção minuciosa no equipamento. O relé de bloqueio tem como função bloquear os comandos elétricos dos disjuntores.

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4.10.3 TEMPO DE ATUAÇÃO a) Instantâneo – sem retardo de tempo. 4.10.5 PRINCIPAIS APLICAÇÃO    

Proteção de Transformadores Proteção de Motores Proteção de Geradores Proteção de linhas - curtas

4.10.6 DIAGRAMA UNIFILAR DE LIGAÇÃO DO RELÉ

Figura 4.10 – Diagrama unifilar de ligação do relé diferencial IE = Corrente de entrada IES = Corrente de entrada no secundário IS = Corrente de saída ISS = Corrente de saída no secundário IR = Corrente no relé

4.11. RELÉ DE DISTÂNCIA(21) 4.11.1 TIPOS  Impedância;  Reatância;  Admitância;  Quadrilátero (Paralelogramo). 4.11.2 DEFINIÇÃO Ë um relé cuja grandeza supervisionada é a relação entre a tensão e a corrente, impedância, no ponto onde o relé está instalado, o relé atua quando a impedância fica dentro da característica do relé (plano X-R).

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4.11.3 FORMA DE ATUAÇÃO Quando a impedância medida pelo relé de distância fica dentro da sua característica ele atua fechando os seus contatos, que energiza o circuito de comando e controle, que energiza a bobina de abertura do disjuntor que abre o circuito, isolando o trecho defeituoso. 4.11.4 TEMPO DE ATUAÇÃO a) Instantâneo – sem retardo de tempo. b) Temporizado – com retardo de tempo.  Tempo definido 4.11.5 PRINCIPAIS APLICAÇÃO  Proteção de linhas de transmissão 4.11.6 DIAGRAMA UNIFILAR DE LIGAÇÃO DOS RELÉS

Figura 4.11 - Diagrama Unifilar de l igação dos rel és de distância

4.11.7 CARACTERÍSTICAS DOS RELÉS DE DISTÂNCIA a) Relé tipo Admitância

Figura 4.12 – Característica do rel é de distância – tipo admitância Se a impedância medida pelo relé for Z1= R1 + jX1, ele deve atuar, pois a mesma está dentro do circulo; Se for Z2 = R2 + jX2, o relé não deve atuar, pois a impedância está fora do circulo.

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b) Relé tipo paralelogramo

Figura 4.13 – Característica do relé de distância – tipo paralelogramo Se a impedância medida pelo relé for Z1= R1 + jX1, ele deve atuar, pois a mesma está dentro do circulo; Se for Z2 = R2 + jX2, o relé não deve atuar, pois a impedância está fora do circulo.

4.12. EXERCÍCIOS a) Descreva relé diferencial, ressaltando definição, forma de atuação, tempo de atuação e principais aplicações. b) Descreva relé de sobrecorrente, ressaltando definição, forma de atuação, tempo de atuação e principais aplicações. c) Descreva relé de tensâo, ressaltando tipo, definição, forma de atuação, tempo de atuação e principais aplicações. d) Descreva relé de sobrecorrente direcional, ressaltando definição, forma de atuação, tempo de atuação e principais aplicações. e) Descreva relé distância, ressaltando definição, forma de atuação, tempo de atuação, tipos e principais aplicações. f) Desenhe o esquema de ligação – diagrama unifilar, use os códigos para representar os relés: ✘ relé de sobrecorrente; ✘ relé de tensão; ✘ relé diferencial; ✘ relé de sobrecorrente direcional; ✘ relé de distância.

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g) Quais os elementos presentes em um relé? h) Desenhe as características dos relés de distância tipo admitância e tipo paralelogramo, mostrando as regiões de atuação e não atuação do relé. i) Como são classificados os relés quanto: ✘ função; ✘ temporização; ✘ Conexão ao circuito; ✘ Grandeza física de atuação; ✘ Natureza física da grandeza;. ✘ Características dos contatos; ✘ Construção. j) Quais as qualidades de um relé para que ele desempenhe bem sua função? k) Defina relé. l) Para fazer a proteção contra curto-circuito, em quais componentes de um sistema elétrico podemos aplicar :  Relé de sobrecorrente;  Relé de distância. m) Quais as fases que caracterizam a operação de um relé? n) Qual a função do relé e do disjuntor em um sistema elétrico? o) O que você entende por:  Valor de pick-up (acionamento ou atuação) de um relé;  Valor de ajuste de um relé;  Valor de disparo de um relé;  Valor de drop-out (desacionamento ou desoperação) de um relé. p) Explique o princípio de funcionamento do relé elementar. q) Quais as qualidades requeridas de um relé para o mesmo cumprir suas finalidades? r) Que fatores devemos considerar para os relés de sobrecorrente?

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4.13. BIBLIOGRAFIA 1) Lopes, José Aderaldo, PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS, (IFPE) INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO– (DASE) DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE SISTEMAS, PROCESSOS E CONTROLES ELETROELETRÔNICOS – (CELT) COORDENADORIA DE ELETROTÉCNICA, Recife, março de 2009 a) Filho, Solon de Medeiros, Medição de Energia Elétrica, Editora Guanabara Koogan S/A, 2ª Edição, setembro/1980; b) Norma técnica, Transformador de Corrente - Especificação, NBR 6856, abril / 1992, Associação Brasil eira de Normas Técnicas – ABNT, b) Norma técnica, Transformadores de Potencial Indutivo - Especificação, NBR 6855, abril/ 1992, Associação Brasil eira de Normas Técnicas – ABNT a) Apresentação da Siemens, Disjuntores de Alta Tensão; b) Norma técnica, Disjuntores de Al ta Tensão - Especificação, NBR IEC 62271 - 100, jan/2007, Associação Brasil eira de Normas Técnicas – ABNT; a) Santos Marcelo, Apresentação da CELPE, Religadores; b) Norma técnica, Religadores Automáticos - Especificação, NBR 8177, 1983, Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT; c) Apostila da CELPE sobre religadores; d) Catálogo sobre religadores da COOPER. b) Apostila da CELPE sobre seccionalizadores; c) Catálogo de seccionalizador da ABB; d) Catálogo de seccionalizador da COOPER. a) Santos Marcelo, Apresentação da CELPE, chave fusíveis; b) Apostila da CELPE sobre chave e elo fusível ; c) Apostila da COELBA sobre chave e elo fusível; d) Norma técnica, chave fusível de distribuição – Padronização, NBR 8124, Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT; e) Norma técnica, chave fusível de distribuição - Especificação, NBR 8668, Associação Brasil eira de Normas Técnicas – ABNT; f) Norma técnica, elos fusíveis de distribuição – Especificação, NBR 5359, Associação Brasil eira de Normas Técnicas – ABNT

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Anotações

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/grautecnico

Abreu e Lima: 3542.2444 | Boa Vista I, II e III: 3037.3939 | Cabo: 3521.9000 Camaragibe: 3456.0029 | Caruaru: 3721.9050 | Dantas Barreto: 3125.4848 Olinda: 3495.4333 | Petrolina: 3031.9090 | Piedade: 3094.2233

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