Aplicação de dimensionamento de canalizações elétricas em baixa tensão para dispositivos móveis

(1)

Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro

Aplica¸c˜

ao de Dimensionamento

de Canaliza¸c˜

oes El´

etricas em Baixa tens˜

ao

para Dispositivos M´

oveis

Por

Miguel Fenta da Costa Paulo

Orientador: Professor Doutor S´ergio Augusto Pires Leit˜ao

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Universidade de Tr´as-os-Montes e Alto Douro

Aplica¸c˜

ao de Dimensionamento

de Canaliza¸c˜

oes El´

etricas em Baixa tens˜

ao

para Dispositivos M´

oveis

Por

Miguel Fenta da Costa Paulo

Orientador: Professor Doutor S´ergio Augusto Pires Leit˜ao

Disserta¸c˜ao submetida `a

UNIVERSIDADE DE TR ´AS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obten¸c˜ao do grau de

MESTRE

em Engenharia Electrot´ecnica e de Computadores, de acordo com o disposto no

DR – 1 s´erie–No

151, Decreto-Lei n.o

115/2013 de 7 de agosto e no Regulamento de Estudos Conducente ao Grau de Mestre da UTAD

DR, 2.a_{s´erie – N.}o _{133 de 13 de julho de 2016}

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(5)

Orienta¸c˜ao Cient´ıfica :

Professor Doutor S´ergio Augusto Pires Leit˜ao

Professor Doutor do Departamento de Engenharias

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”Interesso-me pelo futuro, porque ´e l´a que vou passar o resto da minha vida.”

Charles Kettering (1876. – 1958)

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Aplica¸c˜ao de Dimensionamento

de Canaliza¸cões Eléctricas em Baixa Tensão

para Dispositivos M´oveis

Miguel Fenta da Costa Paulo

Resumo — Esta Dissertacão insere-se na área Cient´ıfica de Energia e tem como objectivo o desenvolvimento de uma aplica¸cão móvel para o dimensionamento de canaliza¸cões de Baixa Tensão (BT).

O dimensionamento de instala¸cões elétricas de Baixa Tensão (BT) exige que o proje-tista tenha um grande conhecimento das Regras Técnicas das Instala¸cões Elétricas de Baixa Tensão (RTIEBT). Neste processo de dimensionamento é necessário a consulta um grande número de tabelas, com elevada quantidade de informa¸cão, e realizar um grande volume de cálculos. A aplica¸cão tem como fun¸cão servir de apoio móvel ao projetista, consultando por ele as tabelas necessárias, e realizando todos os cálculos obrigatórios.

Para a cria¸cão da aplica¸cão optou-se pelo Sistema Operativo (SO) Android, por ser o SO móvel mais utilizado no mundo, e por nos oferecer uma variada gama de op¸cões de desenvolvimento, e ferramentas para a cria¸cão de interfaces.

Deste estudo originou uma aplica¸cão para dispositivos móveis que possibilita o cor-reto dimensionamento de canaliza¸cões elétricas, de uma forma rápida, fácil, intuitiva de acordo a legisla¸cão em vigor(RTIEBT)

Palavras Chave: Dimensionamento de canaliza¸cões elétricas, RTIEBT, Instala¸cões elétricas, Aplica¸cão móvel, Android.

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Mobile Application

for the design of low voltage electrical conduits

Miguel Fenta da Costa Paulo

Abstract — This dissertation is inserted at Scientific Energy area and its goal is the development of a mobile application to plumbing design of Low Tension . The design of electrical installations of Low Tension (LT) demand that the draftsman has a great knowledge of Technical Rules of Low Tension Installation (RTIEBT). At this process of design it is required to analyse a big number of charts with high amount of quality information, so as to realize a big volume of calculations. The application has the purpose to serve as mobile support of the draftsman, checking as necessary charts for him and all mandatory calculations.

To create this application it was decided to use Android Operative System (OS) due to the fact that its the most used SO at the world and because it offers us an huge amount of developing options. offering also the necessary tools to create interfaces. From this study it was created an application to mobile devices that allow the cor-rect design of electrical conduits on a easy, quick and intuitive way according to current legislation (RIEBT).

Key Words: Electrical installations, Eletrical plumbing, RIEBT, Mobile applica-tion, Android

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Agradecimentos

O meu agradecimento ao meu orientador, Sérgio Augusto Pires Leitão, pela dispo-nibilidade, empenho, apoio e sugestões que permitiram a realiza¸cão deste trabalho.

Aos meus Pais, pelo apoio incondicional e por todas as condi¸c˜oes proporcionadas para que pudesse concretizar este trabalho.

Aos meus irm˜aos, colegas, amigos e fam´ılia, que de uma maneira ou de outra, esti-veram do meu lado, e que acreditaram realmente em mim.

UTAD, Miguel Fenta da Costa Paulo

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´Indice geral

Resumo ix

Abstract xi

Agradecimentos xiii

´Indice de tabelas xvii

´Indice de figuras xix

Gloss´ario, acr´onimos e abreviaturas xxi

1 Introdu¸c˜ao 1

1.1 Motiva¸c˜ao . . . 1

1.2 Objetivos . . . 2

1.3 Organiza¸c˜ao da Disserta¸c˜ao . . . 2

2 Canaliza¸cões Elétricas de Baixa Tensão 3 2.1 Legisla¸cão Relativa Alusiva às Canaliza¸cões Elétricas . . . 3

2.2 Condutores e Cabos El´etricos de Baixa Tens˜ao . . . 5

2.2.1 Condutores . . . 6

2.2.2 Isolamento . . . 8

2.2.3 Blindagens. . . 12

2.2.4 Armaduras . . . 13

(16)

2.3 Regras Técnicas de Instala¸cões Elétricas de Baixa Tensão . . . 14

2.3.1 Modos de Instala¸c˜ao . . . 16

2.3.2 Sele¸c˜ao do Modo de Instala¸c˜ao. . . 17

2.4 Correntes Admiss´ıveis . . . 18

2.5 Aparelhos de Prote¸c˜ao . . . 19

2.5.1 Fus´ıvel . . . 19

2.5.2 Disjuntor . . . 20

3 Dimensionamento e Cálculo de Canaliza¸cões Elétricas 23 3.1 Dimensionamento e Metodologia . . . 23

3.1.1 C´alculo da Corrente de Servi¸co . . . 25

3.1.2 Prote¸c˜ao contra Sobreintensidades . . . 26

3.1.3 Fatores de Corre¸cão. . . 28 3.1.4 Queda de Tensão . . . 29 4 Aplica¸cão de Dimensionamento 31 4.1 Sistema Operativo . . . 31 4.2 Interface . . . 32 4.2.1 Actividade Inicial . . . 32 4.2.2 Actividade Principal . . . 33

4.2.3 Actividade Menu Lateral . . . 35

4.2.4 Actividade Resultados . . . 36 4.3 Funcionamento . . . 37 4.3.1 Dados da Instala¸cão . . . 37 4.3.2 Tipo de Instala¸cão . . . 39 4.3.3 Tipo de Cabo: . . . 41 4.3.4 Tipo de Prote¸cão . . . 43 4.4 Resultados . . . 47 4.4.1 Caso de Estudo 1 . . . 47 4.4.2 Caso de Estudo 2 . . . 48 4.4.3 Caso de Estudo 3 . . . 49

5 Conclus˜oes e Trabalhos Futuros 53 5.1 Conclus˜oes . . . 53

5.2 Prespectivas Futuras . . . 54

Referˆencias bibliogr´aficas 55

(17)

´Indice de tabelas

2.1 Principais do Cobre e do Alum´ınio. . . 6

2.2 Temperaturas M´aximas do PVC e XLPE [1]. . . 11

2.3 Excerto do quadro 52-C30 [1]. . . 12

2.4 Quadro 52F [1]. . . 15

2.5 Quadro 52G [1]. . . 15

2.6 Excerto do Quadro 52h [1].. . . 17

2.7 Corrente Convencional de Funcionamento - Fus´ıvel . . . 20

(18)

(19)

´Indice de figuras

2.1 F´ormula molecular do PVC. . . 9

2.2 F´ormula molecular do XLPE. . . 11

3.1 Metodologia para Dimensionamento de uma Canaliza¸c˜ao. . . 25

3.2 Metodologia para Dimensionamento de uma Canaliza¸c˜ao. . . 27

4.1 Actividade de Login. . . 33

4.2 Actividade de Registo. . . 33

4.3 Actividade Principal. . . 34

4.4 Actividade de Menu lateral. . . 36

4.5 Actividade Resultados. . . 37

4.6 Op¸c˜ao Dados da Instala¸c˜ao. . . 38

4.7 Op¸cões Disponiveis de Queda de Tensão máxima. . . 39

4.8 Op¸c˜ao Tipo de Instala¸c˜ao. . . 40

4.9 Op¸c˜oes Dispon´ıveis do Tipo de Alimenta¸c˜ao. . . 40

4.10 Triˆangulo de Potˆencias . . . 41

4.11 Op¸c˜ao Tipo de Cabo. . . 42

4.12 Op¸c˜oes Dispon´ıveis de Materiais Condutores. . . 43

(20)

4.14 Op¸c˜oes dispon´ıveis do Tipo de Prote¸c˜ao . . . 45 4.15 Resultado do 1o Caso de Estudo. . . 48 4.16 Resultado do 2o Caso de Estudo. . . 49 4.17 Resultado do 3o Caso de Estudo. . . 51 xx

(21)

Gloss´ario, acr´onimos e

abreviaturas

Gloss´

ario de termos

Condutor — Elemento destinado à condu¸cão elétrica, podendo ser constitu´ıdo por um fio, por um conjunto de fios devidamente reunidos ou por perfis adequados. Canaliza¸cão elétrica — Conjunto constitu´ıdo por um ou mais condutores e pelos elementos que asseguram o seu isolamento elétrico, as suas prote¸cões mecânicas, qu´ımicas e elétricas, e a sua fixa¸cão, devidamente agrupados e com aparelhos de liga¸cão comuns.

Tensão nominal de uma rede de distribui¸cão — Tensão pela qual a rede de distribui¸cão é designada e em rela¸cão à qual são referidas as suas carac-ter´ısticas.

Instala¸cão de baixa tensão — Instala¸cão em que o valor eficaz ou constante da sua tensão nominal não excede os seguintes valores: a) em corrente alternada: 1000V de valor eficaz; b) em corrente cont´ınua ou lisa: 1500V.

Quadro — Conjunto de aparelhos, convenientemente agrupados, incluindo as suas liga¸c˜oes, estruturas de suporte ou inv´olucro, destinado a proteger, comandar

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ou controlar instala¸c˜oes el´etricas.

Corrente de servi¸co (Ib) — Corrente destinada a ser transportada por um

cir-cuito em servi¸co normal.

Corrente m´axima admiss´ıvel (Iz) — Intensidade de corrente m´axima, em

re-gime permanente, que pode percorrer um condutor em dadas condi¸c˜oes sem que a sua temperatura ultrapasse um valor especificado.

Calibre ou valor nominal da prote¸c˜ao (In) — Corresponde ao valor

dimensi-onado que o aparelho de prote¸c˜ao pode suportar em regime permanente sem atuar.

Intensidade de corrente convencional de fus˜ao(fus´ıvel)(IfouI2) — Intensidade

de corrente que dever´a percorrer o fus´ıvel de modo que este atue ap´os decorrido tempo convencionado;

Intensidade de corrente convencional de funcionamento(disjuntor)(IfouI2)

— Intensidade de corrente que dever´a percorrer o disjuntor de modo que este atue ap´os decorrido tempo convencionado;

Poder de corte — Valor da corrente que o dispositivo de prote¸cão é capaz de inter-romper a uma dada tensão especificada e em condi¸cões prescritas de emprego e de funcionamento.

Actividade: — Activitidade é um componente da aplica¸cão que fornece um ecrã em que os utilizadores podem interagir para executar algo.

(23)

Lista de acr´

onimos

Sigla Expans˜ao

RTIEBT Regras Técnicas de Instala¸cões Elétricas de Baixa Tensão

BT Baixa Tens˜ao

PVC Policloreto de Vinilo

XLPE Polietileno Reticulado

(24)

(25)

1

Introdu¸c˜ao

Neste cap´ıtulo são apresentados os motivos e objetivos que levaram à realiza¸cão desta disserta¸cão, e por fim, também é descrita a sua estrutura.

1.1 Motiva¸c˜

ao

A sociedade moderna esta dependente da energia elétrica, utilizando-a em todos os aspetos do quotidiano, trata-se de um bem, geralmente, tido como garantido por todos nós. É utilizada para o aquecimento, ilumina¸cão, refrigera¸cão, computa¸cão, entretenimento etc. Tendo em conta o seu caracter essencial é obrigatório o correto dimensionamento dos projetos de instala¸cões elétricas, correndo sérios riscos não só de danos patrimoniais como também pode ser fatal ou causar lesões irrecuperáveis se não se seguir à risca a legisla¸cão em vigor e as boas regras da técnica. A le-gisla¸cão em vigor para instala¸cões elétricas de baixa tensão (RTIEBT) obriga que o projetista tenha um conhecimento profundo das regras presentes, sendo necessário a consulta a um número elevado de tabelas e a um grande volume de cálculos, que por consequência resulta da necessidade de dispensar muito tempo e aten¸cão a este processo. Para tal, torna-se vantajoso que o projetista disponha de uma ferramenta

(26)

2 CAPÍTULO 1. INTRODUÇ ÃO

especializada ao apoio do dimensionamento da instala¸cão, de preferência uma ferra-menta intuitiva e móvel de modo a uma utiliza¸cão fácil no terreno.

1.2 Objetivos

Conceber e desenvolver uma aplica¸cão para dispositivos móveis com Sistema Opera-tivo Android com uma interface intuitiva, de forma a auxiliar o dimensionamento de canaliza¸cões elétricas para baixa tensão, nomeadamente tipo de condutores/cabos, seçcão dos condutores/cabos, tipo e dimensões da prote¸cão mecânica, prote¸cão elétrica dos condutores/cabos, satisfazendo todas as condi¸cões técnicas previstas na legisla¸cão, maximizando a seguran¸ca, fiabilidade e funcionalidade das instala¸cões.

1.3 Organiza¸c˜

ao da Disserta¸c˜

ao

Esta disserta¸cão encontra-se estruturada em quatro cap´ıtulos. No presente Cap´ıtulo fez-se uma introdu¸cão de enquadramento e apresentou-se a motiva¸cão do trabalho. No Cap´ıtulo 2 procede-se ao enquadramento das canaliza¸cões BT, desde a legisla¸cão presente em Portugal ao material presente numa canaliza¸cão.

O Cap´ıtulo 3 é reservado ao cálculo e dimensionamento de canaliza¸cões elétricas, abordando o processo e a metodologia necessária para o dimensionamento de uma canaliza¸cão elétrica.

A finalizar a disserta¸c˜ao, no Cap´ıtulo 4, faz-se uma discuss˜ao dos resultados simu-lados e apresentam-se algumas perspectivas de trabalho futuro.

(27)

2

Canaliza¸c˜oes El´etricas de

Baixa Tens˜ao

Neste cap´ıtulo, proceder-se-á ao enquadramento das canaliza¸cões elétricas de BT, com uma pequena abordagem relativa à legisla¸cão presente em Portugal, bem como informa¸cão necessária sobre aos materiais e equipamentos utilizados nas canaliza¸cões referidas.

2.1 Legisla¸c˜

ao Relativa Alusiva `

as Canaliza¸c˜

oes

El´

etricas

A instala¸cão de utiliza¸cão de energia elétrica implica a existência de liga¸cões entre as fontes de energia elétrica e os aparelhos que utilizamos, a esses canais designamos como canaliza¸cões elétricas, e são uma componente vital das instala¸cões, contri-buindo significativamente para a qualidade e seguran¸ca da distribui¸cão da energia elétrica. Estas são constitu´ıdas por um ou mais condutores elétricos ou cabos, pelos elementos que asseguram o seu isolamento elétrico e pelos elementos de suporte e prote¸cão, como os tubos, calhas e caixas. Componentes que devem ser escolhidos de forma a cumprir as condi¸cões de seguran¸ca impostas, sendo elas:

(28)

4 CAPÍTULO 2. CANALIZAÇ ÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENS ÃO

• Prote¸cão contra efeitos térmicos; • Prote¸cão contra os choques elétricos; • Prote¸cão contra sobreintensidades; • Prote¸cão contra as sobretensões;

• Prote¸c˜ao contra as correntes de defeito.

O dimensionamento e modo de instala¸cão das canaliza¸cões elétricas deve ser rea-lizado por técnicos responsáveis durante os processos de proje¸cão, execu¸cão e ex-plora¸cão das instala¸cões, considerando os vários aspetos técnicos definidos pela re-gulamenta¸cão aplicável a instala¸cão em questão de modo a garantir qualidade, se-guran¸ca, flexibilidade e funcionalidade das mesmas. Essas regras são denominadas como Regras Técnicas de Instala¸cões elétricas de baixa tensão (RTIEBT)[1] , esta-belecidas pela Portaria 949A/2006, de 11 de Setembro. Definem um conjunto de normas de instala¸cão e de seguran¸ca a observar nas instala¸cões elétricas de utiliza¸cão em baixa tensão. O documento encontra-se dividido em 8 cap´ıtulos subdividido em partes, que também são subdivididas em Seçcões e Anexos.

A Certiel - Associa¸cão Certificadora de Instala¸cões Eléctricas, foi constitu´ıda em 23 de Julho de 1996 e é uma pessoa colectiva de direito privado, sem fins lucrativos e com autonomia técnica, administrativa, económica e financeira. Foi reconhecida como como Associa¸cão Nacional Inspectora de Instala¸cões Eléctricas em 14 de Novembro, através da Portaria no

. 662/96. Posteriormente, com a Portaria no

.1055/98 de 28 de Dezembro foi estabelecida a data de inicio de fun¸c˜oes, e com a Portaria no

.1056/98 de 28 de Dezembro foram fixadas as taxas a cobrar no âmbito da presta¸cão de servi¸cos relativos à aprova¸cão de projetos e certifica¸cão de instala¸cões elétricas. É então, a entidade reguladora que presta os servi¸cos necessários para garantir a seguran¸ca dos utilizadores das redes elétricas, tem também a capacidade de inspecionar e certificar os vários projetos da área das instala¸cões elétricas. No âmbito das diversas competências que lhe foram atribu´ıdas em fases distintas, pelo Estado, a CERTIEL exerce as seguintes atividades de gestão e certifica¸cão [2]:

(29)

2.2. CONDUTORES E CABOS EL´ETRICOS DE BAIXA TENS ˜AO 5

• Instala¸cões elétricas de servi¸co particular, alimentadas em BT, sem produ¸cão própria ou com produ¸cão própria até 100kVA, novas ou remodeladas;

• Condom´ınios privados;

• Instala¸c˜oes de Miniprodu¸c˜ao;

• Pontos de carregamentos de ve´ıculos el´etricos;

• Elevadores; • Forma¸c˜ao;

• Publica¸c˜oes.

2.2 Condutores e Cabos El´

etricos de Baixa Tens˜

ao

Numa caracteriza¸cão genérica, um cabo elétrico de energia de baixa tensão é cons-titu´ıdo por um ou por vários condutores de baixa resistência elétrica que possibilitam a transmissão de uma corrente elétrica com perdas reduzidas, por uma camada iso-lante aplicada em torno dos condutores que se destina a separá-los eletricamente entre si, de forma a suportarem a tensão de servi¸co, e a isolá-los relativamente ao exterior [3]. Mais especificamente, os condutores são os constitu´ıdos pela alma con-dutor, pelo invólucro isolante e pelos eventuais ecrãs (blindagens). Sendo que os cabos são os conjuntos constitu´ıdos por um ou mais condutores isolados, o seu even-tual revestimento individual, os eventuais revestimentos de prote¸cão e eveneven-tualmente um ou mais condutores não isolados.

As condi¸cões de instala¸cão e as influências externas a que estas podem estar sujeitas podem obrigar à inclusão de outros componentes como forma de prote¸cão, sendo eles blindagens, armaduras e bainhas.

(30)

2.2.1 Condutores

Os condutores são o núcleo de transmissão de energia através dos cabos elétricos. Os materiais mais utlizados para o fabrico de condutores para baixa tensão são o cobre e o alum´ınio, devido as suas boas condutividades elétricas, caracter´ısticas mecânicas e ao seu custo. Apesar de nos últimos anos ter se verificado um aumento de custo significativo em ambos os condutores, sendo que o pre¸co do cobre continua bastante mais elevado que o do alum´ınio, razão essa que tem motivado uma maior ado¸cão de condutores de alum´ınio em detrimento do cobre. Sendo que, apesar de tal, a pondera¸cão entre ambos os tipos de materiais deverá ser realizada considerando não apenas o custo, mas também outras caracter´ısticas importantes, como as apresen-tadas na tabela2.1. O peso, a intensidade máxima admiss´ıvel, as perdas de energia e a seçcão elétrica equivalente são também caracter´ısticas a ter em conta que serão abordadas posteriormente nesta seçcão.

Tabela 2.1– Principais do Cobre e do Alum´ınio.

Caracter´ısticas Cobre Alum´ınio Resistividade a 20◦

C (Ω×mm_m 2) 0,017241 0,028264 Coeficiente de varia¸cão da resistência elétrica com a temperatura a 20◦_C₍◦_C−1₎

3,93×10−3

4.03×10−3 Massa vol´umica `a temperatura de 20◦_C₍kg

m3) 8,89×10

3

2,703×103

Coeficiente de dilata¸c˜ao linear entre 0◦_{C e 30} ◦_C_(K−1₎

1,7010×105

23×105

Calor m´assico entre 0◦ _{C e 30}◦_C_(K−1₎ ₃₈₅ ₉₁₇

Grau de pureza (%) ¿ 99,9 ¿ 99,5

Seçcão elétrica equivalente entre Alum´ınio e Cobre

Com uma análise cuidada dos valores da tabela 2.1 e comparando dois condutores, de cobre e alum´ınio, com o mesmo comprimento e resistência óhmica pode-se esta-belecer rela¸cões entre as respectivas seçcões, como se pode ver pelas expressões 2.1 e 2.2.

(31)

2.2. CONDUTORES E CABOS ELÉTRICOS DE BAIXA TENS ÃO 7 RAl = RCu ⇒ ρAl× I SAl = ρCu× I SCu ⇒ S Al = ρAl ρCu × S Cu (2.1) SAl = 0.28264 0.17241× SCu ⇒ SAl SCu ≈ 1, 64 (2.2) Concluindo que de modo a obter o mesmo valor de resistência óhmica, ao utilizar um condutor em alum´ınio, a sua seçcão terá de ser 64% superior à de um condutor em cobre, ou seja, o cobre permite usar cabos de menor seçcão. Atráves desta conclusão pode-se estabelecer a rela¸cão de massa representada na expressão 2.3 .

mAl = (1, 64 × 2, 703 8, 89 ) × mCu ⇒ mAl mCu ≈ 0, 5 (2.3) Logo, para se obter um mesmo valor de perdas, um condutor de alum´ınio ter´a de ter um peso de aproximadamente metade do de um condutor de cobre.

Onde: • Al - Alum´ınio; • Cu - Cobre; • R - Resistência[Ω] ; • S - Seçcão[mm2]; • ρ- Resistividade[Ω×mmm 2]); • m - Massa [kg]; • L - comprimento [m].

Intensidades admiss´ıveis para a mesma sec¸c˜ao

De uma forma geral, considera-se que a rela¸cão entre as intensidades de correntes admiss´ıveis para dois condutores, um em cobre e um em alum´ınio, com uma seçcão igual é dada pela expressão 2.4:

(32)

8 CAPÍTULO 2. CANALIZAÇ ÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENS ÃO IAl ICu = r RCu RAl = s ρCu ρAl = 0, 781 (2.4) Onde: • R - Resistência[(Ω] ;

• I - Intensidade de corrente [A]; • ρ - Resistividade[Ω×mmm 2];

Então, a corrente admiss´ıvel para um condutor em alum´ınio é aproximadamente 78% da corrente admiss´ıvel para um condutor em cobre, se as condi¸cões de instala¸cões forem idênticas.

2.2.2 Isolamento

O adequado isolamento dos condutores é de extrema importância em matéria de seguran¸ca e condi¸cões de explora¸cão da instala¸cão. Uma boa isola¸cão é definida, principalmente, pelos seguintes fatores:

• Qualidade e propriedades do material isolante; • Espessura do material;

• Qualidade de processamento.

No isolamento da grande generalidade dos cabos de baixa tensão são utilizados materiais sintéticos do tipo polimérico. Estes pol´ımetros podem ser divididos em três categorias, termoplásticos, termoendurec´ıveis e elastómeros. Porém, os dois tipos de isolantes mais utilizados são o Policloreto de Vinilo (PVC) e o Polietileno Reticulado (XLPE), tal forma que nesta seçcão apenas se faz uma descri¸cão destes isolantes.

(33)

PVC

O PVC, é constitu´ıdo por uma resina base obtida por polimeriza¸cão do cloreto de vinilo. O monómero de base é obtido por a¸cão do cloro sobre o etileno [3]. Deste isolante sobressaem as seguintes propriedades:

• Baixa perda diel´etrica;

• Bom comportamento el´etrico `a temperatura ambiente; • Resistente ao desgaste;

• Resistente à compressão; • Boa resistência qu´ımica; • Baixo envelhecimento térmico;

• Bom comportamento ao fogo, nomeadamente autoextin¸cão e não propaga¸cão.

Como caracter´ısticas restringentes tem-se:

• Fr´agil a baixas temperaturas;

• Redu¸cão das propriedades elétricas a altas temperaturas; • Perda de resistência mecânica a temperaturas elevadas.

Estas propriedades fazem do PVC o material mais utilizado como revestimento de cabos de baixa tens˜ao. Na figura 2.1 podemos ver a sua formula molecular.

(34)

XLPE

Apesar das excelentes propriedades el´etricas do polietileno, a sua baixa temperatura de fus˜ao limita a temperatura do cabo em servi¸co permanente a 70◦

C. No caso de sobreaquecimentos resultantes de sobrecargas ou curto-circuitos o polietileno pode fundir deixando o condutor exposto. A adi¸cão de determinados agentes (peróxidos, silanos) ao polietileno de baixa densidade ou a aplica¸cão de radia¸cões ionizantes permitem, em determinadas condi¸cões reticular o material, resultando na cria¸cão de uma estrutura tridimensional com novas liga¸cões entre as longas cadeias mole-culares denominada como XLPE. Com a reticula¸cão melhora-se substancialmente a estabilidade das caracter´ısticas mecânicas à varia¸cão da temperatura,nomeadamente aumenta-se a temperatura de fusão para 90 ◦

C, aumenta a resistência à abrasão, ao impacto, à fissura¸cão, e aumenta a resistência qu´ımica. A reticula¸cão também faz melhorar o comportamento a baixas temperaturas, reduzindo a contraçcão do material [3]. Este isolante tem os seguintes benef´ıcios:

• Flexibilidade;

• F´acil instala¸c˜ao;

• Longevidade;

• Durabilidade elevada;

• Não há risco de incendio durante a instala¸cão;

• Baixa perda diel´etrica;

• Potencia nominal elevada;

• Resistividade t´ermica elevada.

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Figura 2.2 – F´ormula molecular do XLPE.

PVC vs XLPE

A corrente a ser transportada pelo condutor deve ser tal de modo a que a tem-peratura m´axima de funcionamento n˜ao ultrapasse os valores presentes na tabela ??:

Tabela 2.2– Temperaturas M´aximas do PVC e XLPE [1].

Tipo de Isolamento Temperatura m´axima de funcionamento do condutor (◦

C)

PVC 70

XLPE 90

Como se pode verificar, existe uma discrepˆancia de 20 ◦

C, o que implica uma maior capacidade de transporte de corrente ao utilizar o XLPE como isolador. Se compa-rarmos, em termos práticos, duas instala¸cões idênticas, uma utilizando isolamento em PVC e outra em XLPE podemos verificar que o segundo isolante permite cor-rentes admiss´ıveis maiores, em aproximadamente 17% que a outra op¸cão, como podemos verificar na tabela

(36)

Tabela 2.3 – Excerto do quadro 52-C30 [1].

Sec¸c˜ao nominal dos condutores(mm2

) Numero de condutores carregados e natureza do isolamento - 3PVC 2PVC 3XLPE 2XLPE Condutores de cobre - - - - -25 123 148 144 173 - - - - -Condutores de alum´ınio - - - - -25 94 114 111 133 - - - -

-2.2.3

Blindagens

Estes constituintes dos cabos elétricos, por vezes referidos como ecrã metálico, po-dem ser individuais ou coletivas, têm como fun¸cão :

• Regulariza¸c˜ao do campo el´etrico;

• Proteger contra correntes de defeito;

• Reduzir interferˆencias;

• Proteger contra contactos indiretos.

As blindagens são na sua grande maioria fabricadas utilizando o cobre ou o alum´ınio por se tratarem de materiais condutores não magnéticos, podem também, em casos particulares, usar materiais magnéticos onde o mais comum é o a¸co. Em baixa tensão a blindagem é geralmente utilizada em cabos multicondutores utilizados em circuitos de controlo ou sinaliza¸cão.

(37)

2.2.4 Armaduras

As armaduras, constitu´ıdas habitualmente por a¸co maci¸co, ou em algumas situa¸cões de a¸co galvanizado, tem como fun¸cão fornecer uma prote¸cão mecânica aos cabos, nomeadamente proteger contra tra¸cão, esmagamento, impacto e até contra a açcão de roedores. Os tipos de armaduras podem ser divididos em 3 categorias:

• Armadura de fitas; • Armadura de fios; • Armadura de barrinhas.

Para cabos unipolares em circuitos em corrente alternada é aconselhável utilizar armaduras de material não magnético, de forma a minimizar as perdas magnéticas.

2.2.5 Bainhas

A bainha constitui-se por um revestimento tubular cont´ınuo e uniforme preferen-cialmente de material metálico extrudido. A sua constitui¸cão é sobretudo definida pelas condi¸cões da instala¸cão onde o cabo vai ser aplicado As caracter´ısticas t´ıpicas dos materiais isolantes mantêm-se, quer sendo utilizados como isola¸cão ou como bai-nhas, desta forma, os materiais isolantes que se utilizam nas bainhas são os mesmos que se utilizam para isola¸cão. Podemos distinguir as bainhas em três tipos:

• Bainhas de interiores e de regula¸c˜ao ou enchimento; • Bainhas de estanquicidade;

• bainhas exteriores.

Bainhas de Regulariza¸c˜ao

Têm como fun¸cão preencher os vazios que existam entre os condutores, e consequen-temente definir a geometria do cabo. É designada como interior quando serve para

(38)

acondicionar a armadura, ou quando ´e usada para separar a blindagem da armadura quando estas s˜ao de materiais diferentes.

Bainhas de Estanquicidade

Na grande generalidade dos casos, este tipo de bainhas não tem requisitos mecânicos, deve apenas ser compat´ıvel com os restantes materiais utilizados no cabo. Têm como propósito assegurar a prote¸cão do isolante contra contamina¸cão exterior, isto é, agentes corrosivos ou humidade. Pode ser constitu´ıda tanto de material metálico ou sintético.

Bainhas Exteriores

Têm como encargo assegurar a prote¸cão dos cabos contra as influencias externas que possam existir no local de instala¸cão do cabo, onde se destacam, presen¸ca de água, substâncias corrosivas e flora. Desta forma, é o local de instala¸cão que vai definir a natureza deste tipo de bainha. Não obstante, as bainhas exteriores têm de ser compat´ıveis com os restantes materiais constituintes do cabo, principalmente com aqueles em que se encontra em contacto direto.

2.3 Regras T´

ecnicas de Instala¸c˜

oes El´

etricas de

Baixa Tens˜

ao

Existem diversas formas de estabelecer e instalar uma canaliza¸cão elétrica, a sua escolha deve ter em conta os princ´ıpios enunciados na seçcão 13 das RTIEBT em rela¸cão aos cabos e condutores (Prote¸cão contra, choques elétricos, efeitos térmicos, sobreintensidades, correntes de defeito e sobretensões) e devem também depender em fun¸cão das caracter´ısticas da instala¸cão, dos trajetos, das influências externas e da regulamenta¸cão imposta. Relativamente a esta temática, as RTIEBT fornecem um quadro, tabela 2.4, onde são indicados o modo de instala¸cão em rela¸cão ao cabo ou condutor, onde se pode consultar quais os modos de instala¸cão permitidos ou interditos, não aplicáveis/utilizáveis em fun¸cão dos cabos ou condutores nas canaliza¸cões.

(39)

2.3. REGRAS TÉCNICAS DE INSTALAÇ ÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENS ÃO 15

Tabela 2.4– Quadro 52F [1].

Fornece tambem, o quadro2.5onde são indicados os modos de instala¸cão permitidos consoante a sua fun¸cão particular.

(40)

2.3.1 Modos de Instala¸c˜

ao

Já o modo das canaliza¸cões são ilustradas no quadro 52H, tabela 2.6, juntamente com uma breve designa¸cão do modo de instala¸cão, uma referência, e um método de referência. Método esse que é obrigatório na caracteriza¸cão da instala¸cão, sendo eles designados pelas seguintes letras A, A2, B, B2, C, D, E, F, G. Posteriormente a utiliza¸cão destes métodos de referência e o modo de instala¸cão serão utilizados para obter o valor das correntes admiss´ıveis para cada canaliza¸cão. É importante referir que este quadro não tem como objetivo limitar os poss´ıveis modos de instala¸cão, mas sim, de servir como exemplo, outros tipos de instala¸cões poderão ser utilizados,

(41)

desde que cumpram as regras gerais indicadas.

Tabela 2.6 – Excerto do Quadro 52h [1].

2.3.2 Sele¸c˜

ao do Modo de Instala¸c˜

ao

Esta sele¸cão é poss´ıvel realizar de uma forma simples e rápida, deverá ter em conta os quadros referidos previamente neste cap´ıtulo de forma a determinar as possibilidades de execu¸cão das canaliza¸cões elétricas. A t´ıtulo de exemplo, se a instala¸cão utilizar um condutor isolado instalado em calhas, consultado a tabela 2.4 pode-se verificar que é permitido a utiliza¸cão de calhas para uma instala¸cão com condutores isolados, de seguida, ao consultar a tabela2.5confere-se que para esta instala¸cão ,de exemplo, o modo de instala¸cão poss´ıvel é o 33. Este valor corresponde à referência existente nos quadros da tabela 2.6. Na hipótese de se obter mais que uma referência, a

(42)

sele¸cão do modo de instala¸cão deverá depender das caracter´ısticas especificas dos elementos de constru¸cão.

2.4 Correntes Admiss´ıveis

A seçcão 5 das RTIEBT, é a seçcão responsável pela aplica¸cão das regras relativas às correntes admiss´ıveis nos cabos e nos condutores isolados para utiliza¸cão a tensões não superiores a 1 kV em corrente alternada ou a 1,5 kV em corrente cont´ınua [1]. Não fugindo à regra, é necessário uma correta defini¸cão das correntes admiss´ıveis nas canaliza¸cões elétricas , não só, de forma a garantir a seguran¸ca de bens, pessoas e aninais, como para garantir a própria seguran¸ca das canaliza¸cões, nomeadamente a sua fiabilidade, continuidade e qualidade. Estas correntes são dependentes dos seguintes fatores:

• Material e sec¸c˜ao da alma condutora; • Tipo de isolamento;

• Modo de estabelecimento;

• N´umero de condutores carregados; • Temperatura ambiente ou do solo; • Resistividade t´ermica do solo; • Agrupamento com outros circuitos.

De acordo com as RTIEBT pode se calcular as correntes admissiveis atrav´es da express˜ao 2.5 :

I _{= A × S}m_{− B × S}n (2.5)

Onde:

• S sec¸c˜ao nominal do condutor [mm2] ;

• A e B Coeficientes relativos ao cabo e a instala¸c˜ao; 18

(43)

• m e n -Expoentes relativos ao cabo e a instala¸c˜ao.

Os coeficientes A e B, e os expoentes m e n são indicados na tabela 52-C0 das RTI-EBT, apenas para condutores de alum´ınio ou cobre e para os métodos de referência indicados nos quadros 52C1 a 52C4. As correntes admiss´ıveis para condutores e cabos em fun¸cão do tipo de isolamento, da alma, do número de condutores carre-gados e da seçcão, para uma dada temperatura ambiente de referência (30 ◦

C), são indicadas na regulamenta¸cão de seguran¸ca e/ou nos catálogos dos fornecedores [4]. Mas, para uma determina¸cão real das correntes admiss´ıveis, Iz, deve-se multiplicar

este valor pelos factores de corre¸c˜ao necess´arios.

2.5 Aparelhos de Prote¸c˜

ao

Os aparelhos de prote¸cão têm como fun¸cão proteger todos os elementos constituintes de uma instala¸cão elétrica contra os diferentes tipos de defeitos que podem ocorrer.

2.5.1 Fus´ıvel

O fus´ıvel é um dispositivo cuja principal fun¸cão é de interromper um circuito, por fusão de um ou mais dos seus fios condutores , calibrados para esse efeito, que se encontra dentro da câmara isolante, interrompendo a corrente quando esta ultra-passar num determinado per´ıodo de tempo, um dado valor. O fus´ıvel é composto por todas as partes que constituem um aparelho completo.

As suas caracter´ısticas t´ecnicas s˜ao: • Corrente estipulada;

• Corrente convencional de n˜ao funcionamento; • Corrente convencional de funcionamento; • Zona de funcionamento;

(44)

Os fus´ıveis de baixa tensão que se encontram no mercado são do tipo gG e aM, segundo a norma europeia (EN 60269-1). O fus´ıvel do tipo gG é utilizado para prote¸cão contra curto-circuitos e sobrecargas, por outro lado, o fus´ıvel do tipo aM é exclusivamente utilizado contra curto-circuitos e não funcionam para pequenas e médias sobrecargas.

Na Tabela 2.7 apresentam-se as rela¸c˜oes entre a corrente estipulada e a corrente de funcionamento para os fus´ıveis.

Tabela 2.7– Corrente Convencional de Funcionamento - Fus´ıvel

Fus´ıvel

Correntes Estipuladas (A) Corrente Convencional de Funcionamento

In≤ 4 I2 = 2, 1In

4 < In <16≤ 4 I2 = 1, 9In

In≥ 16 I2 = 1, 6In

2.5.2 Disjuntor

Aparelho mecânico de conexão capaz de estabelecer, de suportar e de interromper correntes nas condi¸cões normais do circuito. Este aparelho é ainda capaz de estabe-lecer, de suportar num tempo especificado, e de interromper correntes em condi¸cões anormais especificadas para o circuito, tais como as correntes de curto-circuito. O disjuntor é um dispositivo eletromecânico que possui um dispositivo térmico capaz de proteger a canaliza¸cão contra sobreintensidades e um dispositivo magnético capaz de atuar contra sobrecargas interrompendo o circuito antes que os efeitos térmicos e mecânicos possam criar danos no circuito.

As caracter´ısticas t´ecnicas principais dos disjuntores s˜ao:

• Diferentes curvas de atua¸c˜ao conforme a carga B, C ou D; • Corrente estipulada ou de regula¸c˜ao;

• Corrente convencional de n˜ao funcionamento; • Corrente convencional de funcionamento;

(45)

• Poder de Corte.

Os disjuntores de curva B são aplicados na prote¸cão de circuitos que alimentam cargas com caracter´ısticas predominantemente resistivas, como lâmpadas incandes-centes, chuveiros, torneiras e aquecedores elétricos, além dos circuitos de tomadas de uso geral. Os disjuntores de curva C são aplicados na prote¸cão de circuitos que alimentam especificamente cargas de natureza indutiva, que apresentam picos de corrente no momento de liga¸cão, como microondas, motores para bombas, além de circuitos com cargas de caracter´ısticas semelhantes a essas. Em ambas as curvas (B e C) os disjuntores protegem integralmente os condutores elétricos da instala¸cão contra curtos-circuitos e sobrecargas, sendo que a curva B protege de forma mais eficaz contra os curtos-circuitos de baixa intensidade muito comuns em instala¸cões residenciais ou similares[5]. Por sua vez, os de curva D são aplicados onde se prevê um curto-circuito de alta intensidade e onde a corrente de partida é muito alta, ou seja, é utlizada principalmente em motores e transformadores.

Na tabela 2.8 pode-se ver as rela¸c˜oes entre as correntes estipuladas e a corrente de funcionamento para os disjuntores.

Tabela 2.8– Corrente Convencional de Funcionamento - Disjuntor

Disjuntor

Correntes Estipuladas (A) Corrente Convencional de Funcionamento Pequenos disjuntores I2 = 1, 45 × In

Outros I2 = 1, 3 × In

As caracter´ısticas técnicas dos disjuntores são estabelecidas genericamente nas se-guintes publica¸cões e normas:

• Normas Europeias: EN 609471: 1999, EN 609472: 1996, EN 60898: 1991 e EN 61009: 1994 Disjuntores diferenciais com prote¸c˜ao incorporada contra sobreintensidades;

(46)

• CEI 609471: 2000 Regras gerais, CEI 609472: 1998 Disjuntores;

• CEI 608982: 2000 Disjuntores para instala¸cões domésticas ou análogas.

(47)

3

Dimensionamento e C´alculo

de Canaliza¸c˜oes El´etricas

Este cap´ıtulo é reservado para o cálculo e dimensionamento de canaliza¸cões elétricas, isto é, vai-se abordar o processo e a metodologia do dimensionamento das cana-liza¸cões elétricas, descrever-se-á o procedimento para a determina¸cão da seçcão do cabo a instalar, do calibre da prote¸cão e as condi¸cões que deverão ser verificadas de forma a garantir que o dimensionamento seja correto e a prote¸cão das instala¸cões ga-rantida. Este dimensionamento, de forma resumida, reside em determinar a seçcão dos condutores a utilizar e as caracter´ısticas do aparelho de prote¸cão associado, em conformidade com um conjunto de princ´ıpios de natureza técnica e económica. Não obstante, a sele¸cão do valor da seçcão dos condutores não pode ser realizada de uma forma isolada em rela¸cão à escolha do aparelho de prote¸cão, fus´ıvel ou disjuntor, que será instalado na canaliza¸cão. Estes aparelhos de prote¸cão têm o seu funcionamento caracterizado por dois valores de intensidade de corrente elétrica que deverão ser adotados por forma a protegerem o condutor contra sobreintensidades[6].

3.1 Dimensionamento e Metodologia

O dimensionamento das seçcões dos cabos e condutores a utilizar nas instala¸cões elétricas são de carácter fundamental no âmbito da realiza¸cão de um projeto, pois o

(48)

resultado deste dimensionamento tem influencia direta numa instala¸cão, ou seja, tem uma grande influência sobre o n´ıvel de qualidade apresentado e provê uma resposta eficaz a incidentes. Este dimensionamento faz-se com base numa metodologia que assenta na avalia¸cão de vários fatores, procurando estabelecer um compromisso entre os vários requisitos e critérios existentes, quer de ordem técnica, quer de ordem económica. Além dos critérios que a seguir se expõem, deverão ser observados todos os requisitos estabelecidos nas RTIEBT aplicáveis ao tipo de instala¸cão em causa[6]. Idealmente este processo deve come¸car após um prévio levantamento de todos os dados e caracter´ısticas da instala¸cão ou circuito, nomeadamente:

• Potˆencia;

• Fator de potˆencia;

• Tipo de condutor/cabo (Cobre, Alum´ınio) ;

• Tipo de isolamento (PVC, XLPE);

• Sistema de alimenta¸cão (monofásico/trifásico);

• Tipo de instala¸c˜ao;

• Fatores de corre¸c˜ao;

• Tipo de prote¸c˜ao (Fus´ıvel, Disjuntor).

Pode-se então, de uma forma mais simples, verificar na figura 3.1 os passos a seguir de forma a calcular a seçcão de uma canaliza¸cão.

(49)

Figura 3.1– Metodologia para Dimensionamento de uma Canaliza¸c˜ao.

3.1.1 C´

alculo da Corrente de Servi¸co

O dimensionamento de uma canaliza¸cão elétrica utiliza o valor da intensidade de corrente de servi¸co como valor base de partida. Esta intensidade de corrente corresponde à potência a alimentar à tensão nominal e corresponderá ao valor máximo que, em regime permanente, se estima que as cargas irão absorver em

(50)

simultˆaneo [4].

A formula de calculo de Ibvai depender da forma como a alimenta¸c˜ao da rede ´e

efetuada, se for alimentada por uma rede monofásica Ib é dada pela expressão

3.1 ou 3.2: Ib = S U0 (3.1) Ib = P U0× cos φ (3.2) Se for alimentada por uma rede trifásica Ib é dada pela expressão 3.3 ou 3.4:

Ib = S √ 3 × Uc (3.3) Ib = P √ 3 × Uc × cos φ (3.4) Onde:

– Ib Corrente de servi¸co [A] ;

– P Potˆencia do circuito [W];

– S Potˆencia Aparente do circuito [VA]; – U0 Tens˜ao nominal simples [V];

– Uc Tens˜ao nominal composta [V];

Ap´os conhecer o valor de Ib, deve-se consultar a parte 5 das RTIEBT para

de-finir qual o modo de instala¸cão do cabo e correspondente método de referência.

3.1.2 Prote¸c˜

ao contra Sobreintensidades

As redes de distribui¸cão de energia elétrica de baixa tensão estão sujeitas a condi¸cões anormais de funcionamento. Em termos regulamentares quando o valor da corrente elétrica de funcionamento ultrapassar o valor de Indiz-se que

há uma sobreintensidade, sendo subdivididos em sobrecargas e curto-circuitos. Sobrecarga acontece nas situa¸cões em que existe uma pequena eleva¸cão da intensidade de corrente em rela¸cão a corrente In, que pode acontecer, por

exemplo, quando se tem demasiados aparelhos ligados simultaneamente a um mesmo circuito. Já um curto-circuito acontece quando a sobrecarga de cor-rente é bastante elevada em rela¸cão a corcor-rente In, pode acontecer quando por

exemplo, dois pontos do circuito com potenciais el´etricos diferentes entram em 26

(51)

contacto direto entre si. Portanto, as instala¸cões devem utilizar dispositivos de corte automático, com as caracter´ısticas adequadas, de forma a ficarem prote-gidas contra sobreintensidades, sobrecargas e curto circuitos. Os dispositivos utilizados para este efeito são os fus´ıveis e/ou disjuntores.

Prote¸c˜ao contra Sobrecargas

As caracter´ısticas de funcionamento dos dispositivos de prote¸cão das cana-liza¸cões contra as sobrecargas devem satisfazer, simultaneamente, as seguintes condi¸cões [1]:

Ib < In< Iz (3.5)

I2 ≤ 1, 45 × Iz (3.6)

De forma a possibilitar uma melhor compreens˜ao das express˜oes anteriores , pode-se observar a seguinte figura 3.2:

Em suma, as condi¸cões presentes na expressão 3.5 garante que o aparelho de prote¸cão escolhido não entra em funcionamento se a corrente que esta a circular é a corrente de servi¸co e se não é atingida a corrente máxima admiss´ıvel(Iz).

Já as condi¸cões da expressão 3.6 garante a atua¸cão do aparelho de prote¸cão nas situa¸cões em que a corrente a circular pela canaliza¸cão é 45% superior a corrente máxima admiss´ıvel (Iz).

Figura 3.2– Metodologia para Dimensionamento de uma Canaliza¸c˜ao.

Prote¸c˜ao contra Curto-circuito

(52)

do aparelho que interrompe a corrente e garantia de que o corte é realizado antes da passagem da corrente de curto-circuito provocar danos irrevers´ıveis. O primeiro aspeto envolve o cálculo da corrente de curto-circuito presumida no ponto onde é instalado o aparelho de corte. No que respeita à preven¸cão dos efeitos dos curto-circuitos, a corrente m´ınima de curto-circuito apresenta interesse especial, em particular no caso dos fus´ıveis, dada a sua sensibilidade reduzida [7].

3.1.3 Fatores de Corre¸c˜

ao

Como foi referido anteriormente, as RTIEBT especificam os valores das corren-tes admiss´ıveis, com base em determinados fatores, sendo esses valores válidos para determinadas situa¸cões de referencia. Sempre que essas condi¸cões sofram altera¸cões, o valor de Iz obtido tem obrigatoriamente de ser corrigido, podendo

aumentar ou diminuir. Assim sendo, em fun¸cão da sua situa¸cão particular os valores das correntes admiss´ıveis de referência, que forem retirados das tabelas previamente referidas, deverão ser corrigidos de acordo com a expressão3.7de forma a obter o valor da corrente maxima admiss´ıvel final.

Iz = Izr × K1× ... × Kn (3.7)

Onde:

– Iz Corrente m´axima admiss´ıvel corrigida;

– Iz r Corrente m´axima admiss´ıvel de referˆencia, retirada da tabela;

– Kn fatores de corre¸c˜ao, com n = 1,2,3 ;

Todos os fatores de corre¸cão são multiplicativos, tomam o valor unitário para a situa¸cão de referência. Os fatores que se devem considerar são os seguintes[7]:

– Temperatura ambiente (só para canaliza¸cões ao ar); – Temperatura do solo (só para canaliza¸cões enterradas);

(53)

– Resistividade térmica do solo (só para canaliza¸cões enterradas); – Agrupamento de canaliza¸cões;

3.1.4 Queda de Tens˜

ao

Após se ter determinado a seçcão a utilizar numa determinada canaliza¸cão, deve-se proceder ao cálculo da queda de tensão. Para canaliza¸cões em que a seçcão do condutor de fase seja igual à do condutor de neutro, a queda de tensão, u, pode ser determinada a partir da expressão completa, retirada pagina da certiel [8], é representada pela expressão3.8 :

∆u = 100 U0 × b(×ρ 1× L S × cos ϕ + λ × L × sin ϕ) × Ib (3.8) Onde:

– ∆u Queda de tens˜ao relativa [%]; – U0 - Tens˜ao entre fase e neutro [V];

– b Coeficiente igual a 1 para os circuitos trif´asicos e a 2 para os mo-nof´asicos;

– ρ1 Resistividade dos condutores `a temperatura em servi¸co normal,

con-siderado 1,25 vezes a resistividade a 20 ◦

C; – L - Comprimento da canaliza¸cão [m]; – S - Seçcão dos condutores [mm2

]; – cos ϕ - Fator de potˆencia;

– λ - Reactˆancia linear dos condutores; – Ib - Corrente de servi¸co [A];

(54)

(55)

4

Aplica¸c˜ao para

Dimensionamento de

Canaliza¸c˜oes El´etricas (BT)

para dispositivos m´oveis

Neste cap´ıtulo apresenta-se a aplica¸cão desenvolvida para o dimensionamento de canaliza¸cões elétricas BT. Inicia-se com uma explica¸cão relativa ao SO escolhido para o desenvolvimento. De seguida, apresenta-se a interface e todas as particularidades relevantes da aplica¸cão. Posteriormente apresenta-se a componente principal, isto é, a actividade encarregue de recolher todos os dados necessários para a realiza¸cão do dimensionamento, ao mesmo tempo em que se apresenta toda a informa¸cão relevante sobre cada um desses dados requeridos ao utilizador. Para finalizar apresentam-se dois casos de estudo para que se possa verificar e avaliar o funcionamento da aplica¸cão.

4.1 Sistema Operativo

Esta aplica¸cão foi desenvolvida em JAVA, linguagem utilizada no desenvolvi-mento de aplica¸cões para o Sistema Operativo ANDROID. Este é o Sistema Operativo móvel mais utilizado no mundo, segundo a International Data Cor-poration (IDC) no segunto trimestre de 2015, o Android dominava o mercado com uma percentagem de 82.8% de utiliza¸cão [9]. Perante tal percentagem foi escolhido desenvolver a aplica¸cão de dimensionamento para este SO pois

(56)

permite atingir um maior n´ıvel de utilizadores, além disso, também permite um desenvolvimento complexo e praticamente sem limites, ao mesmo tempo que fornece ferramentas para a cria¸cão de uma aplica¸cão com uma interface simples e agradável.

4.2 Interface

Neste subcap´ıtulo apresenta-se a interface e algumas caracter´ısticas da aplica¸c˜ao concebida. Pretende-se demonstar todas as actividades que formam a aplica¸c˜ao, sendo elas a actividade de login, de registo, principal, de menu lateral e por fim a actividade de resultados.

4.2.1 Actividade Inicial

Ao iniciar a aplica¸cão pela primeira vez, é apresentado ao utilizador o menu inicial, que consiste no login ,figura 4.1, caso não tenha conta de utilizador no seu dispositivo o utilizador deverá fazer o registo, figura4.2.

(57)

Figura 4.1 – Actividade de Login. Figura 4.2– Actividade de Registo.

A cria¸cão deste menu inicial com login tem como objetivo criar um perfil do utilizador, de forma a que este não necessite de digitar esta informa¸cão de todas as vezes que necessitar de realizar um cálculo, evitando transtorno ao utilizador, como podemos verificar na figura4.3 e4.4.

4.2.2 Actividade Principal

A actividade principal, visivel na figura 4.3, é o menu posterior ao menu de inicial ou de login, o utilizador só necessita de realizar o login uma vez, após isso, o utilizador será sempre reencaminhado para este menu, já com as suas informa¸cões inseridas. Através deste menu, o utilizador vai poder realizar o cálculo das canaliza¸cões que desejar. Estas canaliza¸cões podem ser circuitos de alimenta¸cão a equipamentos, circuitos de alimenta¸cão entre quadros parciais,

(58)

tomadas entre outros.

Figura 4.3– Actividade Principal.

´

E importante referir, que todos os campos passiveis de introduzir algum valor devem estar preenchidos, caso contrário não é possivel ao utiliziador executar a a¸cão de calcular.

(59)

4.2.3 Actividade Menu Lateral

Esta actividade consiste em um menu lateral, como se pode ver na figura 4.4 capaz de ser acedido através do butão de menu presente na actividade principal ou através da realiza¸cão de um movimento da esquera para a direita, de forma cont´ınua, que deve ser iniciado na exterminada esquerda de forma a expandir este menu. Este menu, como previamente referido, apresenta, na parte supe-rior, informa¸cão sobre o utilizador. De seguida, fornece várias op¸cões divididas em 3 subcategorias , relacionadas com os relatórios obtidos na aplica¸cão, perfil do utilizador e informa¸cão sobre a aplica¸cão.

(60)

Figura 4.4 – Actividade de Menu lateral.

4.2.4 Actividade Resultados

Após todos os dados inseridos pelo utilizador e após executada a a¸cão de calcular, a aplica¸cão vai abrir esta actividade e exibir ao utilizador alguns dos dados introduzidos, os resultados e todas as informa¸cões necessárias para o dimensionamento da canaliza¸cão.

(61)

Figura 4.5 – Actividade Resultados.

4.3 Funcionamento

Este subcap´ıtulo é reservado ao funcionamento da actividade principal, é encarregue de recolher todos os dados necessários para o dimensionamento. Apresenta-se ao mesmo tempo toda a informa¸cão relevante sobre cada um desses dados requeridos.

4.3.1 Dados da Instala¸c˜

ao

Nesta seçcão serão solicitadas ao utilizador a introdu¸cão de alguma informa¸cão relativa à instala¸cão.

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Figura 4.6– Op¸c˜ao Dados da Instala¸c˜ao.

Nome do Projeto

Neste campo deverá introduzir-se o nome ou a designa¸cão do circuito sobre qual se irá efetuar o cálculo, tem como objetivo servir de diferenciador en-tre os variados cálculos realizados, e posteriormente guardados em forma de documento.

Potˆencia

Deverá ser introduzia a potência final do circuito em Watt. Este valor será utilizado para o cálculo da corrente de servi¸co (Ib), corrente que é a base do

dimensionamento de um circuito numa instala¸cão elétrica. Esta corrente está relacionada com a potência a alimentar à tensão nominal e corresponde ao valor máximo estimado que, em regime permanente, as cargas irão absorver. Queda de tensão máxima

Este é um dos parâmetros importantes para um correto dimensionamento da canaliza¸cão, representa as perdas de tensão ao longo do comprimento da ca-naliza¸cão resultantes da resistência dos condutores e dos equipamentos. Este problema coloca-se essencialmente em BT, já que a queda de tensão pode atingir uma percentagem não desprezável da tensão de alimenta¸cão, sendo ne-cessário que a tensão dispon´ıvel em qualquer ponto da instala¸cão permita um funcionamento satisfatório dos recetores alimentados [10]. Posto isto, para que

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os equipamentos tenham um desempenho satisfatório é necessário respeitar os limites máximos predefinidos para a queda de tensão.

Nesta aplica¸cão o valor da queda de tensão máxima encontra-se predefinido como 0,5% podendo-se optar pelos valores demonstrados na figura 4.7.

Figura 4.7– Op¸cões Disponiveis de Queda de Tensão máxima.

4.3.2 Tipo de Instala¸c˜

ao

Nesta segunda seçcão, demonstrado na figura4.8são requisitadas informa¸cões ao utilizador relativas ao tipo da instala¸cão, nomeadamente método de re-ferência escolhido, tipo de alimenta¸cão e o valor do fator de potência.

(64)

Figura 4.8 – Op¸c˜ao Tipo de Instala¸c˜ao.

M´etodo de referˆencia:

Como referido de antemão é necessário definir o método de referência da cana-liza¸cão de acordo com as RTIEBT, estes são designados pelas letras A, A2, B, B2, C, D, E, F e G. Através da sele¸cão do método de referência é nos poss´ıvel definir o valor da corrente admiss´ıvel.

Tipo de alimenta¸c˜ao:

Através deste campo vai-se definir se o circuito elétrico(canaliza¸cão) é trifásico ou monofásico, como se pode verificar na firgura4.9. Este campo é de extrema importância pois vai definir que expressões de cálculo e constantes se vão utilizar no cálculo da canaliza¸cão.

Figura 4.9 – Op¸c˜oes Dispon´ıveis do Tipo de Alimenta¸c˜ao.

Fator de potˆencia: ´

E a razão entre a potência ativa e a potência aparente, este valor indica a eficiência do uso da energia, isto é, um alto fator de potencia expressa uma

(65)

alta eficiência e consequentemente o inverso expressa uma baixa eficiência energética. Este valor define-se como a rela¸cão entre potência ativa e potência reativa. como podemos ver na figura 4.10:

Figura 4.10 – Triˆangulo de Potˆencias

O fator de potência pode ser obtido através da expressão 4.1:

cos φ (4.1)

Nesta aplica¸cão, o fator de potência pré-definido é o valor unitário, sendo permitido alterar este valor para qualquer valor que se considerar necessário entre 0 e 1.

4.3.3 Tipo de Cabo:

Esta seçcão é respeitante às caracter´ısticas principais do cabo, irão ser requi-sitadas aqui informa¸cão relacionada com material condutor, isolamento e por fim com o comprimento da canaliza¸cão.

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Figura 4.11 – Op¸c˜ao Tipo de Cabo.

Tipo de isolamento:

O tipo de isolamento, ou por outras palavras, o revestimento do cabo é de ele-vada importância pois está associado à seguran¸ca da instala¸cão e às condi¸cões de explora¸cão. É um elemento delicado e a sua poss´ıvel deteriora¸cão é o que, com uma frequência elevada, limita a vida útil do cabo. Esta deteriora¸cão pode surgir devido ao contacto com agentes agressivos, devido às condi¸cões ambientais e climatéricas ou falta de cuidado no manuseamento e instala¸cão do cabo. O tipo de isolamento que o utilizador tem dispon´ıvel são:

– PVC - Boas caracter´ısticas de isolamento e rigidez diel´ectrica;

– XLPE - Boas caracter´ısticas dieléctricas, mecânicas e f´ısico-qu´ımicas. Como referido anteriormente o utilizador terá valores maiores de corrente ad-miss´ıvel em 17% se optar pelo isolamento em XLPE em vez de PVC, para a mesma seçcão de condutor.

Material do condutor:

O material do condutor, ou alma condutora, é o elemento destinado à condu¸cão da corrente elétrica. As almas podem ser constitu´ıdas por um só fio (maci¸cas), situa¸cão habitual para as seçcões mais baixas (até 4 mm2

) ou por vários fios ca-bleados (multifilares). As multifilares podem ser realizadas com diversos graus de flexibilidade. As seçcões são geralmente circulares (dispostas em camadas concêntricas) ou sectoriais (dispostas em sectores) [11]. As matérias mais

(67)

utilizados como alma condutora em baixa tensão são o Cobre e o Alum´ınio, portanto as op¸cões que o utilizador tem dispon´ıvel em rela¸cão ao material condutor são:

– Cobre fornece maior capacidade de transporte devido a sua resistividade em compara¸c˜ao com o alum´ınio;

– Alum´ınio permite utilizar cabos com peso inferior ao cobre.

Figura 4.12 – Op¸c˜oes Dispon´ıveis de Materiais Condutores.

Comprimento do cabo:

Neste campo o utilizador deverá introduzir o comprimento do cabo de forma seja efetuado o cálculo da queda de tensão. Este campo encontra-se sem valor predefinido, mas é de carácter obrigatório, caso contrario não será efetuado o calculo final.

4.3.4 Tipo de Prote¸c˜

ao

´

E necessário proteger as instala¸cões de forma a garantir a seguran¸ca e durabili-dade dos equipamentos e canaliza¸cões, esta é a seçcão encarregue de selecionar qual o dispositivo de prote¸cão a utilizar e fatores de corre¸cão necessários aplicar em determinada situa¸cão.

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Figura 4.13 – Op¸c˜ao Tipo de Prote¸c˜ao.

Tipo de Prote¸c˜ao:

A previsão de situa¸cões de defeito, devido à ocorrência de um curto-circuito, ou de utiliza¸cão excessiva dos circuitos, que conduza a uma situa¸cão de so-brecarga, leva à necessidade da prote¸cão contra sobreintensidades, através da instala¸cão de fus´ıveis ou disjuntores [10]. Portanto, este campo, permite que o utilizador escolhe entre:

– Fus´ıvel aM : designado por fus´ıvel de a¸cão rápida; – Fus´ıvel aG : designado por fus´ıvel de a¸cão lenta; – Disjuntor C: curva caracter´ıstica entre 3 a 5 vezes In; – Disjuntor B: curva caracter´ıstica entre 5 a 10 vezes In; – Disjuntor D: curva caracter´ıstica entre 10 a 20 vezes In;

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Figura 4.14 – Op¸c˜oes dispon´ıveis do Tipo de Prote¸c˜ao

Fatores de corre¸c˜ao(FC1, FC2, FC3):

Mediante o tipo de instala¸cão os cabos estão sujeitos a interferências, podendo ser relacionadas com o tipo de agrupamento ou afastamento entre si, tempe-ratura ambiente e da resistividade térmica do solo, e no caso das canaliza¸cões enterradas, da resistividade térmica do solo.

Neste campo, figura xasd, serão exibidos ao utilizador os coeficientes de cor-reçcão que deverão ser aplicados na canaliza¸cão em questão, isto é, apenas poderá escolher valores dos coeficientes que fazem sentido utilizar no tipo de instala¸cão escolhido previamente. Os fatores de corre¸cão neste programa foram divididos em três op¸cões.

– FC1 relacionado com a temperatura;

– FC2 relacionado com o agrupamento dos cabos/condutores; – FC3 relacionado com a resistividade do solo;

Os fatores de corre¸c˜ao relacionados com a temperatura, FC1, podem ser con-sultados nas RTIEBT, nos anexos da parte 5, quadros 52-D1 e 52-D2, onde:

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de correçcão em fun¸cão das temperaturas ambientes para canaliza¸cões instaladas ao ar, presentes no quadro 52-D1;

– Ao método de referência D é aplicado o fator de corre¸cão em fun¸cão da temperatura do solo, exposto no quadro 52-D2.

Os fatores de corre¸c˜ao relacionados com o agrupamento dos cabos/condutores, Fc2, podem ser consultados nas RTIEBT, nos anexos da parte 5, quadros 52-E1 at´e 52-E5, onde:

– São aplicados aos métodos de referência A, A2, B, B2, C, E, F e G os fatores de corre¸cão para agrupamento de cabos de diversos circuitos ou de vários cabos multicondutores, instalados ao ar, lado a lado, em camada simples Quadro 52-E1;

– Ao método de referência D é aplicado o fator de corre¸cão para agrupa-mentos de cabos enterrados em esteira horizontal, distanciados de, pelo menos 0,20 m - Quadro 52-E2;

– Aos métodos de referência A, A2, B, B2, C, E, F e G são também aplica-dos fatores de corre¸cão para agrupamento de condutas com condutores, instaladas ao ar, enterradas ou embebidas no betão, em fun¸cão da sua disposi¸cão (horizontal e vertical) - Quadro 52-E3;

– No método de referência E, é aplicado o fator de corre¸cão para agrupa-mento de diversos circuitos de cabos multicondutores, instalados ao ar, lado a lado, em camadas simples Quadro 52-E4;

– Ao método de referência F aplica-se Fator de corre¸cão para agrupamento de diversos circuitos de cabos monocondutores, instalados ao ar, lado a lado, em camada simples Quadro 52-E5.

Por fim os fatores de corre¸c˜ao relacionados com a resistividade do solo, Fc3, podem ser consultados nas RTIEBT, nos anexos da parte 5, quadro 52-E6, onde:

– Ao método de referência D é aplicado um fator de corre¸cão aplicáveis 46

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a cabos enterrados em fun¸c˜ao da resistividade t´ermica do solo Quadro 52-E6;

4.4 Resultados

Neste subcap´ıtulo apresentam-se alguns exemplos, serão simulados alguns ca-sos de estudo, diferindo valores entre eles, de forma a que se possa validar o funcionamento desta aplica¸cão nas diversas op¸cões existentes. É importante referir que só é poss´ıvel realizar o cálculo depois de todos os campos estarem preenchidos pelo utilizador.

4.4.1 Caso de Estudo 1

Para o primeiro caso de estudo4.15 foram escolhidos os seguintes parˆametros: – Potˆencia - 40000 Watts;

– Comprimento do cabo 39 metros;

– Queda de tensão máxima permitida na canaliza¸cão 3%; – Fator de potência 1;

– Alimenta¸c˜ao - Trif´asica (400v); – Alma Condutora - Cobre; – Isolamento - PVC;

– M´etodo de referencia - D;

– Prote¸c˜ao - Disjuntor curva tipo C; – FC1 0,95;

– FC2 0,78; – FC3 1,13;

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Figura 4.15 – Resultado do 1o

Caso de Estudo.

4.4.2 Caso de Estudo 2

Para o segundo caso de estudo, representado na 4.16 foram escolhidos deter-minados parˆametros:

– Potˆencia - 40000 Watts;

– Queda de tensão máxima permitida na canaliza¸cão 1%; – Fator de potência 1;

– Alimenta¸c˜ao - Trif´asica (400v); – Alma Condutora - Cobre; – Isolamento - PVC;

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– M´etodo de referencia - D;

– Prote¸c˜ao - Disjuntor curva tipo C; – FC1 0,95; – FC2 0,78; – FC3 1,13; Figura 4.16 – Resultado do 2o Caso de Estudo.

4.4.3 Caso de Estudo 3

Para o terceiro e ultimo caso de estudo, representado na 4.17foram escolhidos os seguintes parâmetros com o objetivo de obter uma queda de tensão mais elevada que o permitido, deforma a obrigar a aplica¸cão a corrigir a seçcão:

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– Potˆencia - 40000 Watts;

– Queda de tensão máxima permitida na canaliza¸cão 0.5 %;

– Fator de potˆencia = 0.9;

– Alimenta¸c˜ao - Trif´asica (400v);

– Alma Condutora - Cobre;

– Isolamento - XLPE;

– M´etodo de referencia - B;

– Prote¸c˜ao - Fus´ıvel - aM;

– FC1 1.17;

– FC2 0.78;

– FC3 não aplicável a este método; 50

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Figura 4.17 – Resultado do 3o

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(77)

5

Conclus˜oes e Trabalhos Futuro

Neste cap´ıtulo são apresentadas as conclusões do trabalho desenvolvido, al-can¸cadas ao longo das diversas fases do projecto da disserta¸cão, e também, aspectos a desenvolver ou pass´ıveis de melhoramento para um futuro desen-volvimento da aplica¸cão.

5.1 Conclus˜

oes

Ao longo da elabora¸cão deste trabalho foi tido sempre presente a preocupa¸cão de criar uma ferramenta capaz de auxiliar o projetista no dimensionamento de uma canaliza¸cão elétrica de BT.

Esta aplica¸cão não pretende, de nenhuma das maneiras substituir o projetista apenas oferece uma proposta de solu¸cão para um problema. Com a entrada em vigor das RTIEBT há necessidade de dimensionar as canaliza¸cões segundo o modo de instala¸cão que indicam qual o método de referência a adotar. Estes métodos de referência a que devem obedecer as canaliza¸cões das instala¸cões elétricas do Tipo C (instala¸cões abastecidas a partir da rede pública de baixa tensão; instala¸cões de carácter permanente com produ¸cão própria em baixa tensão até 100 kVA, se de seguran¸ca ou de socorro) estabelecem as correntes

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máximas admiss´ıveis na canaliza¸cão. Estes métodos de referência implicam que o projetista, ao dimensionar as canaliza¸cões, necessite de consultar cons-tantemente diferentes tabelas com um elevado volume de informa¸cão, que de-pois de realizar os cálculos deverão satisfazer um conjunto de condi¸cões. É sabido que o dia-a-dia de um projetista de instala¸cões elétricas para além da elabora¸cão do projeto acompanha trabalhos em obra. É aqui, em obra, que uma aplica¸cão dispon´ıvel em dispositivos móveis, que realize estes cálculos automáticos, sem o uso de papel, se torna útil.

Através da análise dos conceitos teóricos subjacentes á matéria em que este trabalho se incide, conseguiu-se de uma forma capaz, construir a aplica¸cão pretendida, correspondendo as exigências propostas inicialmente.

5.2 Prespectivas Futuras

A perspectiva futura é de fornecer a aplica¸cão de forma a que os técnicos proje-tistas possuam uma ferramenta que permita ajudar no cálculo das canaliza¸cões de uma forma simples, rápida, eficaz e principalmente de uma forma portátil. Outra perspectiva é ampliar o programa permitindo mais op¸cões, nomeada-mente, novas op¸cões de cálculo, gravar o relatório no dispositivo, transferir as tabelas a que a aplica¸cão recorre durante o cálculo, para uma base de dados interna, por exemplo, a base de dados mysql que o SO escolhido utiliza. A inser¸cão de uma ferramenta de CAD (desenho assistido por computador) para dimensionar e desenhar canaliza¸cões elétricas poderia ser muito benéfico.