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3. ANEXO III – INSTALAÇÃO REDE DE DADOS.

As pranchas nos trazem informações importantes como a rota dos cabos, posições das malhas de aterramento e posicionamento dos quadros de distribuição e automação e controle.

Neste projeto há diversos quadros, segregados em quadro principal, quadros secundários e quadros terminais e quadros de automação e controle. Dentro dos quadros há equipamentos elétricos e eletrônicos instalados, bem como os sistemas de proteção para circuitos de

iluminação e tomadas em geral e sistema de acionamento de motores. A instalação dos dispositivos de proteção contra surtos também ocorre nestes quadros.

Ao todo este projeto possui treze quadros elétricos, sendo um quadro de transferência rede-gerador, um quadro de distribuição principal e acionamento de motores, nove quadros terminais, para proteção de circuitos de iluminação e tomadas de uso geral, dois quadros com instrumentação e sistema de automação da unidade de recebimento. Como objeto de estudo escolhemos cinco quadros com componentes elétricos, sendo:

1. Quadro de distribuição principal – QGBT/CCM-01; 2. Quadro de distribuição secundário – QDFL-A. 3. Quadro de distribuição secundário – QDFL-C 4. Quadro de instrumentação e automação – CLP-01; 5. Quadro de instrumentação e automação – REM-01;

Os quadros elétricos estão interligados uns aos outros conforme diagrama de instalações de cabos gerais (Anexo II), ou de forma resumida conforme Figura 63:

Figura 63 - Diagrama Unifilar Simplificado

Fonte: O autor.

Todos os sistemas de instalações elétricas, equipamentos elétricos e eletrônicos em geral, presentes neste projeto e que gostaríamos de proteger contra os surtos de tensão e as descargas atmosféricas estão instalados nos quadros elétricos, ou são alimentados através de circuitos com origem nestes quadros elétricos.

Como pressuposto para a análise da especificação dos dispositivos contra surtos, parte- se do princípio de que esta instalação já possui o sistema de proteção contra descargas atmosféricas, SPDA em pleno acordo com a NBR5419/2015, atendendo à um nível de proteção

NP = III. Esta condição se faz essencial neste caso, pois objetivo é a análise técnica para obter

proteção satisfatória contra surtos de tensão e descargas atmosféricas, indicando as características técnicas dos dispositivos, possibilitando sua escolha e os melhores pontos para a instalação destes.

Para especificar um dispositivo de proteção contra surtos começamos verificando a região geográfica da obra. Assim pode-se determinar a incidência de raios nesta região, e comparar este valor com os apresentados na Tabela 8. Com base na comparação destas duas informações definimos a necessidade de adotar medidas de proteção contra surtos. Em seguida, checamos o valor da tensão nominal de operação da rede, o sistema de aterramento adotado e como os dispositivos de proteção estarão conectados à rede de energia com relação ao neutro. As técnicas de ligação e a melhor opção em cada situação está definido no subcapitulo 3.3 na página 76. Definidas estas informações, devemos consultar a Tabela 2 e definir o valor da tensão de operação continua do DPS. O nível de proteção (Up) é definido na Tabela 3, com referência no valor da tensão nominal de operação e na categoria do produto. A categoria do produto é de simples definição, basta identificar onde o DPS será instalado, se é na entrada da instalação, em circuitos de distribuição, circuitos terminais, etc. Toma-se nota do valor da tensão de impulso suportável, requerida.

Deve-se determinar a máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar, está é definida através do valor de corrente de curto-circuito no ponto em que se deseja instalar o DPS. Escolher um dispositivo com capacidade igual ou superior que o valor da corrente de curto- circuito no ponto de instalação.

Em termos de corrente elétrica ainda devemos observar as grandezas corrente nominal de descarga e/ou corrente de impulso, dependendo do ponto em análise. Para o valor da corrente nominal de descarga podemos tomar como parâmetro os sugeridos na definição de In, conforme subcapitulo 2.4.4.1 na página 39. A corrente de impulso pode ser definida com base nos parâmetros sugeridos no subcapitulo 2.4.4.1 da página 39, mas o recomendável é que seu valor seja definido através de cálculos.

A classe do dispositivo de proteção é definida em função do local de instalação do dispositivo, dos elementos construtivos do quadro de distribuição, e características de instalação como: instalação do quadro abrigada ou ao tempo, rota do cabo geral (alimentador do quadro), existência de dispositivo protetor de surtos na fonte de alimentação deste quadro. No caso de

ser o quadro de distribuição principal, a definição da classe ficará atrelada a presença ou não de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas - SPDA na planta.

Em linhas gerais, quando existir SPDA na edificação, será necessário instalar DPS Classe I e talvez o Classe II no quadro principal e DPS Classe II nos painéis secundários. Tratando-se de grandes instalações, o cabo geral que alimenta o quadro secundário pode eventualmente passar por um trecho desprotegido, ou ser relativamente extenso, nestes casos, a instalação de um dispositivo Classe I e um Classe II nos quadros secundários e terminais não pode ser descartada. Se existir equipamentos sensíveis instalados e/ou alimentados através do quadro terminal, poderá ser instalado um DPS Classe III o mais próximo possível ao equipamento a proteger.

Após definido o modelo do DPS adequado para cada ponto da instalação, é necessário escolher uma proteção (disjuntor ou fusível) para o dispositivo de proteção contra surtos. A capacidade de interrupção de corrente deve ser compatível com a capacidade de interrupção no ponto da instalação e também totalmente coordenado com o DPS. O fabricante deve garantir esta coordenação e fornecer uma lista de escolha para os quais os testes foram realizados.

Indicadores de fim de vida útil informam ao usuário que o DPS não está mais apto a proteger a instalação. A indicação de fim de vida útil é fornecida por um indicador (luminoso ou mecânico) no frontal do DPS. Esta função geralmente é exigida pelas normas de instalação.

4.1 QUADRO DE DISTRIBUIÇÃO PRINCIPAL – QGBT/CCM-01

O quadro distribuição principal consiste em um só painel com duas finalidades distintas, a primeira correspondente ao QGBT (Quadro Geral de Baixa Tensão) e a segunda correspondente ao CCM (Centro de Controle de Motores).

O QGBT concentra os principais circuitos alimentadores de potência desta instalação. Sua alimentação, conforme o Anexo II vem de duas fontes: O Transformador TR-01 e o grupo gerador, composto pelos geradores GE-01 e GE-02. Fisicamente está situado na sala de painéis, e tem um trecho do seu cabo geral, compreendido entre o transformador principal e o quadro. O transformador está instalado em local não abrigado, ou seja, sujeito a descargas atmosféricas diretas, mas dentro do volume protegido pelo SPDA (Anexo I). Com estas características é possível concluir que o quadro de distribuição principal está localizado em uma ZPR 1, enquanto que o transformador se situa em uma ZPR 0B.

O Centro de Controle de Motores CCM, concentra todas as cargas motoras da instalação. É nele que estão instalados os sistemas de acionamento, controle e proteção dos motores desta unidade. A alimentação é a mesma do QGBT, pois o barramento principal dos

quadros é interligado de forma direta ao barramento do QGBT, caracterizando fisicamente um só painel, assim conclui-se que a entrada de energia contém as mesmas características da descrita no parágrafo anterior.

Conforme a Figura 32, a) fica entendido que em ocasiões onde a fonte de alimentação vêm do ambiente externo – ZPR 0, adentrando na estrutura – ZPR 1 é necessário a adoção de medida de proteção contra surtos.

Como neste caso, já há o projeto e instalação de SPDA, a verificação da incidência de raios na região foi suprimida, considerando que a região está enquadrada no código AQ2 da Tabela 8.

Definido a necessidade de instalação de medida de proteção contra surtos, passa-se a análise das características elétricas no ponto da instalação:

 Tensão nominal de operação, fase neutro (Un): 220V;  Sistema de Aterramento no ponto da instalação: TN-C-S;  Local de instalação: Quadro de Distribuição Principal;  Corrente de Curto-Circuito no ponto da Instalação: Icw=35kA;

 Corrente de impulso (Iimp): 10,42kA (conforme Apêndice A1);

Verificadas as características elétricas, definem-se os parâmetros para a especificação do dispositivo de proteção contra surtos:

 Classe: Classe I, para o QGBT. Classe II para o CCM. Adotado Classe I+II;  Tensão de operação continua (Uc): 242V (Tabela 2);

 Nível de proteção (Up): Nível IV – 6kV (Tabela 3);

 Máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar (Isx): 40kA;  Condutor: Mínimo 16mm² (conforme subcapitulo 3.1.2);

 Proteção para o dispositivo: Conforme indicação do fabricante do DPS;

Por ser o quadro de distribuição principal e estar localizado em uma ZPR 1, é necessária instalação de um dispositivo de proteção contra surtos Classe I. Como há no mesmo barramento instalado circuitos com cargas tipicamente terminais (principalmente motores) também é necessária a instalação de um dispositivo Classe II. Uma vez que o ponto de entrada geral do painel é comum ao dois, deve se optar por um DPS combinado, Classe I+II.

Quanto ao sistema de aterramento que é do tipo TN-C-S, conclui-se que a instalação do DPS deve ocorrer entre os condutores fase e o condutor principal de proteção, ou entre os condutores fases e o condutor principal de terra, prevalecendo a opção que oferecer o caminho mais curto. No caso deve se optar por um dispositivo instalado entre os condutores fases e o

condutor de principal de neutro, e entre o condutor principal de neutro e o condutor e proteção (PE).

A conexão elétrica dos dispositivos de proteção ao barramento geral do painel QGBT/CCM-01, é realizada conforme esquema ilustrativo da Figura 74. A Figura 64 nos mostra a vista externa do painel, enquanto que a Figura 65 mostra o dispositivo de proteção contra surtos, montado na gaveta de entrada geral do painel, com suas ligações elétricas executadas.

Figura 64 - Quadro de Distribuição Principal

Figura 65 - Entrada geral do Quadro de distribuição Principal

Fonte: FOCKINK, material institucional.

4.2 QUADROS DE DISTRIBUIÇÃO SECUNDÁRIOS – QDFL-A e QDFL-C

O quadro de distribuição secundário QDFL-A (Quadro de Distribuição de Força e Luz), concentra circuitos terminais referente a instalação de iluminação e tomadas localizados na área dos silos de armazenagem, enquanto que o quadro de distribuição secundário QDFL-C (Quadro de Distribuição de Força e Luz), concentra circuitos terminais referente a instalação de iluminação e tomadas localizados na área da classificação desta unidade. Suas alimentações, conforme Anexo II vêm do quadro de distribuição principal, o QGBT/CCM-01. O QDFL-A está fisicamente situado na sala de painéis, ou seja, na mesma edificação que o quadro de distribuição principal. O segundo painel está instalado em uma área aberta, próximo à classificação desta unidade. A diferença no local de instalação faz com que a análise dos quadros seja distinta, embora suas funções elétricas são similares.

4.2.1 Quadro de distribuição de foça e luz – QDFL-A

Em ocasiões onde a fonte de alimentação estiver dentro da mesma ZPR não é necessário a adoção de medida de proteção contra surtos.

Poderia então ser criada uma subdivisão das zonas de proteção, no caso uma ZPR 2, mas como há no barramento principal do quadro principal dispositivos de proteção contra surtos, Classe I e Classe II, está medida se torna irrelevante.

O cabo geral que alimenta este painel não percorre nenhuma área externa e tem o comprimento de 21m, o que é relativamente curto nesta aplicação.

Assim fica definido que não há necessidade de instalação de medida de proteção contra surtos neste quadro, visto que a proteção já e atendida pelo quadro principal.

4.2.2 Quadro de distribuição de foça e luz – QDFL-C

Conforme a Figura 29 fica entendido que em ocasiões onde a fonte de alimentação vêm da ZPR 1, passando por uma parte do ambiente externo – ZPR 0, e entra novamente em uma ZPR 1 é necessário a adoção de medida de proteção contra surtos nos dois lados. No lado da fonte alimentadora, já existe a proteção, conforme descrito no subcapitulo 4.1.

Como neste caso, já há o projeto e instalação de SPDA, a verificação da incidência de raios na região foi suprimida, considerando que a região está enquadrada no código AQ2 da Tabela 8.

Definido a necessidade de instalação da medida de proteção contra surtos, passa-se a análise das características elétricas no ponto da instalação:

 Tensão nominal de operação, fase neutro (Un): 220V;  Sistema de Aterramento no ponto da instalação: TN-S;  Local de instalação: Quadro de Distribuição Secundário;  Corrente de Curto-Circuito no ponto da Instalação: Icw=0,90kA;

 Corrente de impulso (Iimp): 11,63kA (conforme Apêndice A2);

Verificadas as características elétricas, vamos aos dados técnicos do dispositivo de proteção contra surtos á se utilizar:

 Classe: Classe I+II;

 Tensão de operação continua (Uc): 242V (Tabela 2);  Nível de proteção (Up): Nível III – 4kV (Tabela 3);

 Máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar (Isx): 10kA;  Condutor: Mínimo 16mm² (conforme subcapitulo 3.1.2);

 Proteção para o dispositivo: Conforme indicação do fabricante do DPS;

Em virtude de a alimentação do quadro estar passando por um trecho não protegido (ZPR 0) e o comprimento do cabo ser de 130m, o que é relativamente longo nesta aplicação, é necessário a instalação de um dispositivo de proteção contra surtos Classe I.

Como a categoria do produto é de um quadro terminal, onde há a instalação de circuitos de distribuição, circuitos terminais e afins, faz-se necessário a instalação de um dispositivo

Classe II. Nesta circunstância optou-se pela instalação de um dispositivo de proteção contra surtos combinado, Classe I+II.

Quanto ao sistema de aterramento TN-S, a instalação do DPS deve ocorrer entre os condutores fase e o condutor principal de proteção, ou entre os condutores fases e o condutor principal de terra, prevalecendo a opção que oferecer o caminho mais curto. Baseado nisto deve se optar por um dispositivo instalado entre os condutores ativos (fases) e o condutor neutro e entre o condutor neutro e o condutor de proteção. Esta configuração também evita que em caso de falha de um dispositivo, as massas sejam colocadas em potencial, conforme é representado na Figura 79.

A conexão elétrica dos dispositivos de proteção ao barramento geral do quadro terminal, é realizada conforme esquema ilustrativo da Figura 74. A Figura 66 nos mostra a vista externa do painel, enquanto que a Figura 67 mostra o dispositivo de proteção contra surtos, montado na parte interna do painel, com suas ligações elétricas executadas.

Figura 66 - Quadro de Distribuição Secundário

Figura 67 - Vista interna do painel QDFL-C

Fonte: FOCKINK, material institucional.

4.3 QUADROS DE INSTRUMENTAÇÃO E AUTOMAÇÃO CLP-01 E REM-01

Os quadros de instrumentação e automação concentram um grande volume de circuitos de instrumentação. No quadro do CLP-01 está instalado o Controlador Logico programável, responsável pelo processamento de dados de toda a planta industrial e que exige atenção especial devido a sua importância funcional para o processo e elevado valor financeiro.

O quadro de instrumentação e automação CLP-01 fisicamente está situado sala de painéis juntamente com o quadro de distribuição principal do subcapitulo 4.1 e o quadro de distribuição secundário do subcapitulo 4.2.1. Já o quadro de instrumentação e automação REM- 01 está fisicamente situado em uma área próxima aos elevadores. Ambos estão instalados em local abrigado, dentro do volume do volume protegido pelo SPDA (Anexo I). Com estas características foi possível identificar que os quadros de distribuição principal estão localizados em uma ZPR 1.

Do campo para os quadros de instrumentação e automação há dezenas de circuitos de controle chegando. Consultando o Anexo III, identificamos que há três pontos de rede de dados. Dois destes pontos estão interligados de forma direta ao campo e o terceiro está ligado de forma indireta ao campo, pois a rede de dados passa primeiro pelo quadro de distribuição principal.

A rede de dados está conectada de forma direta ao campo através de um cabo de fibra óptica, conforme Anexo III nos trechos tracejados em azul ciano. Neste caso há uma grande

vantagem, uma vez que os efeitos de descarga atmosférica e indução eletromagnética não exercem nenhuma influência sobre um sinal luminoso, a utilização de fibra óptica em instalações de rede de dados já consiste como uma medida de proteção contra surtos.

O terceiro cabo da rede de dados sai do quadro de instrumentação e automação CLP-01 adentrando no quadro de distribuição principal QGBT/CCM-01 e depois tem uma interligação com o campo, onde irá alimentar o quadro de automação e instrumentação REM-01. Neste caso consiste em um circuito sob a mesma zona de proteção (ZPR 1), não caracterizando a necessidade de se adotar medidas de proteção contra surtos para a rede de dados.

Nos parágrafos anteriores foi discutida a necessidade de adotar medidas de proteção contra surtos nos pontos de conexão da rede de dados. Porém em um painel de instrumentação e automação ainda existem outras interfaces que precisam ser analisadas, são elas: alimentação principal do painel, proteção do controlador lógico programável e proteção dos cartões de leitura de instrumentos.

A proteção da alimentação do quadro e do controlador logico programável será simultânea através do mesmo dispositivo de proteção contra surtos. A alimentação do quadro CLP-01 tem origem no quadro de distribuição principal QGBT/CCM-01 e conforme subcapitulo 4.1 devem ser instalados DPS Classe I e Classe II neste quadro. Definiu-se também que equipamentos estão situados na mesma zona de proteção (ZPR 1), o que não exige a instalação de medidas de proteção contra surtos entre um quadro e outro. Existe, porém, no quadro de instrumentação e automação CLP-01 um equipamento denominado controlador logico programável, com um valor de aquisição expressivo, quando comparado aos demais equipamentos elétricos instalados neste mesmo quadro. Neste caso, aplicamos os conceitos abordados no capítulo 2 de onde entende-se que mesmo assim deve ser adotada uma medida de proteção contra surtos, em virtude da vitalidade do equipamento para a instalação toda.

Como neste caso, já há o projeto e instalação de SPDA, a verificação da incidência de raios na região foi suprimida, considerando que a região está enquadrada no código AQ2 da Tabela 8.

Definido a necessidade da adoção de medida de proteção contra surtos no quadro CLP- 01, em sua alimentação passa-se a análise das características elétricas no ponto da instalação:

 Tensão nominal de operação, fase neutro (Un): 220V;  Sistema de Aterramento no ponto da instalação: TN-S;

 Local de instalação: Quadro de Instrumentação e Automação;  Corrente de Curto-Circuito no ponto da Instalação: Icw=3kA;

Verificadas as características elétricas, definem-se os parâmetros para a especificação do dispositivo de proteção contra surtos:

 Classe: Classe III;

 Tensão de operação continua (Uc): 242V (Tabela 2);  Nível de proteção (Up): Nível I – 1,5kV (Tabela 3);

 Máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar (Isx): 5kA;  Condutor: Mínimo 4mm² (conforme subcapitulo 3.1.2);

 Proteção para o dispositivo: Conforme indicação do fabricante do DPS;

A alimentação do quadro REM-01 tem origem no quadro de distribuição principal QGBT/CCM-01 e que conforme subcapitulo 4.1 devem ser instalados DPS Classe I e Classe II neste quadro. Definiu-se também que equipamentos estão situados na mesma zona de proteção (ZPR 1), o que não exige a instalação de medidas de proteção contra surtos entre um quadro e outro. Definindo assim que não há necessidade de adoção de medida de proteção contra surtos na alimentação do quadro REM-01.

Resta ainda analisar a situação dos circuitos de instrumentação e aquisição de sinais. Para fins de estudo assume-se que todos estes circuitos têm origem no campo, instalados em pontos distintos dentro do volume do volume protegido pelo SPDA (Anexo I). Com estas definições é possível afirmar que o quadro de distribuição principal está localizado em uma ZPR 1, enquanto que os instrumentos de campo se situam em uma ZPR 0B.

Conforme a Figura 32, a) fica entendido que em ocasiões onde a fonte de alimentação vêm do ambiente externo – ZPR 0, adentrando na estrutura – ZPR 1 é necessário a adoção de medida de proteção contra surtos. Há uma diferença significativa entre a situação apresentada aqui e a apresentada no subcapitulo 4.1. No caso de instrumentação classificamos o sistema como linhas de sinais, enquanto que nos casos anteriores havíamos classificado como sistemas de baixa tensão.

Definido a necessidade de instalação de medida de proteção contra surtos nos circuitos de instrumentação, passa-se a análise das características elétricas no ponto da instalação:

 Tensão nominal de operação (Un): 24V;

 Sistema de Aterramento no ponto da instalação: TN-S;

Verificadas as características elétricas, definem-se os parâmetros para a especificação do dispositivo de proteção contra surtos:

 Classe: Classe III;

 Tensão de operação continua (Uc): 24V;

 Nível de proteção (Up): Nível IV – 1,5kV (Tabela 3);  Condutor: Mínimo 4mm² (conforme subcapitulo 3.1.2);

 Proteção para o dispositivo: Conforme indicação do fabricante do DPS;

A sequência de figuras a seguir ilustra situações típicas de ligação de dispositivos de proteção contra surtos para sistemas de instrumentação e aquisição de sinal. Encontrar uma solução ótima para esta aplicação é relativamente complexo, pois existem uma repetitividade