Projeto de substações elétricas do tipo Eletrocentro...2 Campus Experimental de Sorocaba Murilo...

TRABALHO DE GRADUAÇÃO

Projeto de substações elétricas do tipo

Eletrocentro

Aluno: Murilo Fonseca Aziz 910317

Orientador: Prof. Dr. Galdenoro Botura Junior

Sorocaba, 09 de Março de 2015

2

Campus Experimental de Sorocaba

Murilo Fonseca Azzi

Projeto de subestações elétricas do tipo Eletrocentro:

estudo de caso do projeto MCR da Companhia Vale do

Rio Doce.

Trabalho de Graduação do Curso

de Engenharia de Controle e

Automação da UNESP Sorocaba,

com o objetivo de obter o título de

Bacharel em Engenharia de

Controle e Automação

Orientador: Prof. Drº Galdenoro

Botura Jr.

Sorocaba

2015

3


Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca da Unesp

Câmpus Experimental de Sorocaba

Aziz, Murilo Fonseca.

Projeto de subestações elétricas do tipo

eletrocentro / Murilo Fonseca Aziz, 2015.

60 f. : il.

Orientador: Galdenoro Botura Júnior

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação)–

Universidade Estadual Paulista. Câmpus Experimental de

Sorocaba, Sorocaba, 2015.

1. Subestações elétricas. 2. Sistemas de energia

elétrica. 3. Projetos de engenharia. I. Universidade

Estadual Paulista. Câmpus Experimental de Sorocaba.

II. Título.

`

4


AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à UNESP e seus professores por terem se preocupado em

aumentar meus conhecimentos e impulsionar meu desejo de aprendizagem, acreditando

em meu potencial. Em especial ao Prof. Dr. Galdenoro Botura Júnior meu professor e

orientador nesse trabalho.

Aos meus colegas de turma e amigos de faculdade, principalente aos companheiros da

República HM por toda a contribuição e prontidão em ajudar desde o início na

universidade.

E, agradeço, excepcionalmente aos meus pais, meus heróis, que investiram suas vidas

em mim, sempre me incentivando na busca incessante por conhecimento.

5


RESUMO

Esse documento apresenta um estudo de caso do projeto MCR (Mobile Crushing Ring)

da companhia Vale do Rio Doce, onde são estudadas as necessidades de projeto bem

como toda a solução proposta com subestações elétricas do tipo Eletrocentro. Todos os

tópicos necessários para a elaboração e desenvolvimento de um projeto contendo

subestações elétricas do tipo Eletrocentro são abordados. Dessa forma, com esse

documento, o leitor é capaz de desenvolver projetos, e ainda avaliar as vantagens da

utilização desse tipo de solução.

6


ABSTRACT

This document represents a business case about VALE’s MCR (Mobile Crushing Ring)

project in which is studied the needs about the project as well as the solution proposed

with pre-fabricated substations. All the topics necessary to elaborate and develop a

project containing pre-fabricated substations are analyzed. Therefore, with this

document, readers are capable to develop projects and to evaluate key points of this

kind of solution.

7


LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Elementos do Sistema Elétrico de Potência.................................................12

Figura 2 – Vista externa do Eletrocentro....................................................................14

Figura 3 – Vista interna do Eletrocentro.....................................................................14

Figura 4 – Exemplo de subestação a céu aberto.........................................................18

Figura 5 – Exemplo de subestação em interiores........................................................18

Figura 6 – Exemplo de subestação blindada...............................................................19

Figura 7 – Construção de subestação em alvenaria.....................................................19

Figura 8 – Construção de subestação em alvenaria.....................................................20

Figura 9 – Estrutura da Maquina de Britagem Móvel e posição do eletrocentro........24

Figura 10 – MJC – Britador de mandíbula..................................................................24

Figura 11 – PMC – Transportador modular portátil...................................................25

Figura 12 – Arranjo doperacional de 01 grupo de operação MJC/PMC/PMC...........25

Figura 13 – Diagrama Unifilar da entrada de 13,9kV do projeto

MCR..........................................................................................................................26

Figura 14 - Diagrama unifilar que representa o painel de centro de controle de motor

480V ...............................................................................................................................27

Figura 15 - Diagrama unifilar que representa o painel de centro de controle de motor

480V................................................................................................................................27

Figura 16 – Diagrama unifilar que representa o painel de inversores de

480V.............................................................................................................................28

8


Figura 17 – Diagrama unifilar que representa os painéis de iluminação e

comando.......................................................................................................................29

Figura 18 - Diagrama unifilar que representa os painéis de iluminação e

comando...........................................................................................................................29

Figura 19 - Exemplo de um painel de média tensão........................................................31

Figura 20 – Ilustração de transformador de potência a seco...........................................33

Figura 21 - Ilustração de transformador de iluminação a seco 25kVA...........................34

Figura 22 – CCM de baixa tensão utilizado no projeto..................................................36

Figura 23 – Inversor de frequência de baixa tensão ACS 850........................................37

Figura 24 – Ilustração do sistema de UPS utilizado no projeto......................................39

Figura 25 –Ilustração de um quadro de distribuição.......................................................39

Figura 26 –Exemplo de sistema de climatização de teto.................................................41

Figura 27 - Exemplo de painel de alarme de incêndio....................................................43

Figura 28 - Exemplo de detector pontual........................................................................44

Figura 29 - Exemplo de acionador manual......................................................................44

Figura 30 - Sistema de refrigeração por ar......................................................................51

Figura 37 - Layout - E-House MCR……………………………….……………..........52

9


LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Principais empresas mineradoras no Brasil...................................................22

Tabela 2 – Características do transformador de potencia do projeto MCR..................33

Tabela 3 – Dados técnicos do painel MNS...................................................................35

Tabela 4 – Lista de carga QD 13,8kV...........................................................................45

Tabela 5 – Lista de carga painel de inversor.................................................................45

Tabela 6 – Lista de carga CCM 480V...........................................................................47

Tabela 7 – Equipamentos da sala elétrica do MCR......................................................49

10


SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 11

1.1. JUSTIFICATIVA ............................................................................................................................... 14

1.2. OBJETIVOS .................................................................................................................................... 15

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................... 16

2.1. SUBESTAÇÕES................................................................................................................................ 16

2.2. CLASSIFICAÇÃO DE SUBESTAÇÕES....................................................................................................... 16

2.3. ABORDAGEM DE CONSTRUÇÃO DE UMA SUBESTAÇÃO ELÉTRICA SECUNDÁRIA ............................................. 19

2.4. RAZÕES PARA SE UTILIZAR SUBESTAÇÕES PRÉ-FABRICADAS DO TIPO ELETROCENTRO ..................................... 20

3. PROJETO .................................................................................................................................. 22

3.1. MERCADO DE MINERAÇÃO .............................................................................................................. 22

3.2. VALE .......................................................................................................................................... 22

3.3. MCR (MOBILE CRUSHING RING) ...................................................................................................... 23

3.3.1. DESCRIÇÃO ................................................................................................................................... 23

3.3.2. DIAGRAMAS UNIFILARES ................................................................................................................. 25

3.3.3. ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA.................................................................................................................. 29

3.3.4. LISTA DE CARGA E DIMENSIONAMENTO DE PAINÉIS .............................................................................. 44

3.3.5. POTÊNCIA INSTALADA ..................................................................................................................... 48

3.3.6. LISTA DE EQUIPAMENTOS ................................................................................................................ 48

3.3.7. CÁLCULO DE DISSIPAÇÃO DE CALOR ................................................................................................... 50

3.3.8. LAYOUT........................................................................................................................................ 52

4. ANÁLISE FINAL ...................................................................................................................... 53

4.1. VANTAGENS .................................................................................................................................. 53

4.2. FUTURO ....................................................................................................................................... 53

5. CONCLUSÃO ............................................................................................................................ 54

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................... 55

APÊNDICE A – LAYOUT SALA ELÉTRICA MCR ....................................................................... 58

ANEXO I – DIAGRAMA UNIFILAR 1 PROJETO MCR ............................................................... 59

ANEXO II – DIAGRAMA UNIFILAR 2 PROJETO MCR .............................................................. 60

ANEXO III – DIAGRAMA UNIFILAR 3 PROJETO MCR ............................................................ 61

11


1. Introdução

Para suprir as grandes quantidades de consumo de energia dada pelas residências,

lojas, industrais, etc, um sistema elétrico de potência precisa de grandes unidades

geradoras de energia. Tais unidades são encontradas afastadas dos grandes centros

urbanos, sendo assim, para a transmissão da energia gerada é necessário linhas de

transmissão que farão o papel de conduzir a energia gerada até os consumidores.

As subestações elétricas, ou SEs, tem um importante papel no sistema elétrico.

Nelas são instalados equipamentos para proteção das linhas de transmissão,

equipamentos para manobras, que aumentam a confiabilidade do sistema e

transformadores para realizar a distribuição e transmissão da energia através da

conversão de níveis de tensão [12].

A NR-10 conceitua Sistema Elétrico de Potência (SEP) como “o conjunto das

instalações e equipamentos destinados à geração, transmissão e distribuição de energia

elétrica até a medição, inclusive” [14], como ilustrado na figura 1 abaixo:

12


Figura 1: Elementos do Sistema Elétrico de Potência

Com o passar dos anos, surgiu-se a necessidade de melhorar a automação das

subestações, com o objetivo de aumentar a eficiência energética, confiabilidade do

sistema elétrico e redução de custos. Assim atraíram-se investimentos de grandes

concessionárias. Nesse cenário, na década de 1960 os eletrocentros começaram a

ser utilizados no Brasil em alguns setores industriais para substituir substações

elétricas em alvenaria.

Nos últimos anos houve um grande crescimento dessa solução que passou a

ser aplicada em indústrias de grande porte que necessitam da instalação de plantas

cada vez maiores e mais rápidas [1]. Aliados a isso, adiciona-se a distância das

plantas industriais de grandes centros urbanos e fornecedores, bem como o grau

de dificuldade da armazenagem e mão de obra da instalação no local.

Os eletrocentros são conjuntos elétricos (potência, controle e automação)

esquematizados em fábrica com todos os equipamentos interligados e pré-

comissionados. A montagem em fábrica permite maior controle de pessoas e

ininterrupção da jornada de trabalho. Os eletrocentros podem ser configurados

13


com 1 ou mais módulos. A modularização dos eletrocentros é feita de modo a

viabilizar o transporte até o site do cliente [3].

Em campo, os eletrocentros são posicionados sobre pilotis metálicos, no caso

de subestações fixas ou sobre terreno preparado, no caso de skids. De forma geral,

os eletrocentros são passíveis de realocamento dentro do site ou até mesmo para

outro projeto, sendo que, os eletrocentros tipo skid são montados para serem

realocados com maior facilidade pois toda a fiação e o transformador são

instalados por completo na mesma estrutura do eletrocentro.

A solução de subestações secundárias montadas em eletrocentros facilita o

gerenciamento do projeto, diminui a demanda por profissionais em campo,

mantém o local de fabricação próximo a fornecedores e mão de obra, reduz o

tamanho das salas elétricas por ser um projeto customizado além de poder ser

transferido de local em campo ou, até mesmo, ser transferido para outro projeto.

Esta solução vem de encontro com as necessidades atuais das indústrias e

estabelece um novo conceito de salas elétricas. As figuras 2 e 3, abaixo, mostram

uma vista externa e uma vista interna do eletrocentro respectivamente.

Figura 2 – Vista externa do Eletrocentro

14


Figura 3 – Vista interna do Eletrocentro

1.1. Justificativa

Um dos principais desafios encontrados em empreendimentos afastados dos grandes

centros urbanos como plantas de mineração, plataformas de petróleo entre outros, se da

pelo grau de dificuldade da armazenagem e mão de obra da instalação no local, além de

possíveis fatores climáticos e outros tipos de interferência que possam acontecer durante

as várias etapas do processo de instalação.

Com o propósito de mitigar esses problemas foram desenvolvidos os eletrocentros

cujo conceito é ser previamente produzido e testado em fábrica, agrupando

equipamentos elétricos de controle, distribuição, monitoramento e supervisão de todos

os níveis de tensão e utilização numa construção transportável modular e pré-fabricada,

protegendo os equipamentos de intempéries [2].

Um eletrocentro é feito de um ou mais módulos que são pré-fabricados, montados e

testados completamente em fábrica, proporcionado maior rapidez que outras soluções

[3].

A tecnologia e a versatilidade que acompanham o eletrocentro fazem que esta

solução apareça como nova tendência de mercado para a área elétrica sendo já utilizado

em alguns setores industriais, setor de mineração, além de outros segmentos como o

marítimo e de construção civil [3].

15


1.2. Objetivos

Esse trabalho visa estudar a utilização e o desenvolvimento de um projeto de

subestações elétricas do tipo Eletrocentro, para isso, será realizado um estudo de caso

do projeto MCR (Mobile Crushing Ring) da Vale que consiste em 3 subestações do tipo

eletrocentro que deverão ser transportadas, instaladas, interligadas, comissionadas e

dado o start-up em equipamentos elétricos, na velocidade em que empreendimentos de

grande porte são projetados nos dias de hoje.

16


2. Revisão Bibliográfica

2.1. Subestações

Dentre os componentes do sistema elétrico de potência estão as subestações, cuja

definição dada pela NBR- 5460 é apresentada a seguir:

“(...) parte de um sistema de potência, concentrada

em um dado local, compreendendo primordialmente as

extremidades de linhas de transmissão e/ou distribuição,

com os respectivos dispositivos de manobra, controle e

proteção, incluindo obras civis e estruturas de montagem,

podendo incluir também transformadores, conversores e/ou

outros equipamentos” [15].

2.2. Classificação de subestações

As subestações são classificadas de acordo com suas características, dentre elas,

quanto ao tipo, podendo ser classificada como subestação industrial ou concessionária.

No caso da subestação industrial sua principal atribuição é transformar e distribuir

energia para máquinas e equipamentos em uma planta industrial, sendo que a

manutenção e operação da planta são de responsabilidade da própria indústria, enquanto

que a concessionária tem o papel de distribuir e entregar energia elétrica aos

consumidores, sendo a sua manutenção e operação de responsabilidade da

concessionária.

Além da classificação quanto ao tipo às subestações podem ser classificadas

também quanto à função, quanto ao nível de tensão e quanto ao tipo de instalação.

Quanto à função:

a) Elevadoras: Subestações localizadas na saída de usinas. Tem o papel

de elevar os níveis de tensão até que esse atinja o nível compatível para

a transmissão de energia, visando dessa forma diminuir a corrente,

17


diminuindo assim a espessura de seus condutores e gerando menos

perdas ;

b) Abaixadoras: Localizadas nas cidades e tem o papel inverso das

subestações elevadoras, abaixando o nível de tensão para minimizar

rádio interferência, campos magnéticos, etc.;

c) • Distribuição: Subestações responsáveis por abaixam o nível de tensão

até que este atinja o nível compatível com a distribuição de energia

urbana. Elas podem pertencer às concessionárias ou aos consumidores;

d) • Manobras: Realizam chaveamentos de linhas de transmissão;

e) • Conversoras: Associadas a sistemas de transmissão de corrente

contínua (Retificadoras e Inversoras).

Quanto ao nível de tensão:

a) Baixa Tensão (BT): Classificação utilizada para subestações de níveis

de tensão até 1kV;

b) Média Tensão (MT): Classificação utilizada para subestações de níveis

de tensão entre 1kV e 34,5kV;

c) Alta Tensão (AT): Classificação utilizada para subestações de níveis

de tensão entre 34,5kV e 230kV;

d) Extra Alta Tensão (EAT): tensão nominal igual ou acima de 230kV.

Quanto ao tipo de instalação:

a) Céu Aberto: Construídas em locais amplos, ao ar livre, requerem o

emprego de aparelhos e máquinas com condições de operação em

condições climáticas diversas, porem nesse tipo de subestação é

necessário manutenção mais frequente;

18


Figura 4 – Exemplo de subestação a céu aberto

b) Em Interiores: Construídas em locais fechados, os equipamentos são

colocados no interior de construções, sejam elas de alvenaria ou

estruturas metálicas, como é o caso dos eletrocentros;

Figura 5 – Exemplo de subestação em interiores

c) • Blindadas: Os equipamentos são completamente protegidos, e o

espaço necessário pode ser reduzido, chegando a até 10% do espaço de

uma SE convencional. Porém sua desvantagem é o fato de necessitar

de equipamentos especiais e pessoal com treinamento especializado

para sua operação. São normalmente usadas em áreas urbanas,

densamente povoadas, onde o preço do terreno seja muito alto e de

difícil aquisição.

19


Figura 6 – Exemplo de subestação blindada

2.3. Abordagem de construção de uma subestação elétrica

secundária

Tradicionalmente, subestações elétricas secundárias foram construídas através da

compra de equipamentos elétricos, equipamentos de controle, distribuição,

monitoramento e supervisão, com todos estes componentes estão alojados em uma

estrutura convencional de alvenarias, as figuras 7 e 8 ilustram a construção de uma

subestação de distribuição elétrica 60 / 30 kV em Portugal [13].

Figura 7 – Construção de subestação em alvenaria

20


Figura 8 – Construção de subestação em alvenaria

2.4. Razões para se utilizar subestações pré-fabricadas do tipo

eletrocentro

A tecnologia, a versatilidade e a maior agilidade que acompanham a construção de

subestações do tipo eletrocentro fazem que esta solução apareça como nova tendência

de mercado. Em 1999, na Inglaterra, o fornecimento de energia elétrica para a arena

multi-esportiva “Millennium Dome” exigia oito subestações 11 kV, que deveriam ser

alocados fora da cúpula. Os principais requisitos para a instalação eram: trabalho

mínimo no local; alta segurança do abastecimento; elevado nível de segurança para os

operadores e ao público em geral; e manutenção mínima. De forma a atender os

requisitos apresentados foi utilizado subestações modulares pré-fabricadas do tipo

eletrocentro para o fornecimento de energia [6].

Para uma nova instalação portuária, devido a complexidade do projeto, construção,

comissionamento e operação dos equipamentos e sistemas, foi escolhido o uso de

subestações elétricas pré-fabricadas para o fornecimento de energia para o oleoduto que

liga as regiões produtoras de petróleo do Mar Cáspio até o Mar Negro. Todo

equipamento elétrico foi obrigado a estar em conformidade com as normas e

regulamentos da Federação da Rússia o do Cazaquistão [5].

Uma das principais razões para a decisão de utilizar subestações elétricas do tipo

eletrocentro foi o calendário muito apertado, utilização desta solução foi a única

encontrada que poderia cumprir o cronograma do projeto. Além disso, embora o custo

21


de uma subestação construída em alvenaria no local aparentou ser mais barato, a análise

para o projeto mostrou que o custo total instalado usando construções pré-fabricadas

seria bem menor [5].

No centro do Peru, no distrito de mineração Morococha a 140 quilômetros a leste de

Lima e a uma altitude de 4.500 metros será produzido cerca de 1 milhão de toneladas de

cobre por ano. Para o fornecimento de energia nesse local tão inóspito será utilizado O

fornecimento de energia dado por subestações unitárias, transformadores de distribuição

e salas elétricas pré-fabricadas do tipo eletrocentro, contendo centros de controle de

motores e inversores de frequência [7].

22


3. Projeto

3.1. Mercado de Mineração

O Brasil está entre os países com maior potencial mineral do mundo, ao lado de

Rússia, Estados Unidos, Canadá, China e Austrália. Existem no país cerca de 1,4 mil

empresas mineradoras que extraem em torno de 80 substâncias. As principais empresas

são apresentadas na tabela 1.

Tabela 1. Principais empresas mineradores no Brasil. (Fonte: Revista Exame).

Empresa Tipo Controle Vendas (em U$ milhões)

Vale

Privada

Brasileiro

32.660,30

Samarco

Privada

Brasilo-Austral.

3.900,90

CBMM Privada Brasileiro 1.817,90

Alunorte Privada Brasileiro 1.660,80

Namisa Privada Brasileiro 1.104,10

3.2. VALE

Empresa global sediada no Brasil com mais de 100 mil empregados, a VALE

(antiga Companhia Vale do Rio Doce) é uma das maiores mineradoras do mundo.

Brasileira, criada para a exploração das minas de ferro na região de Itabira, no estado

de Minas Gerais em 1942 no governo Getúlio Vargas, a Vale é hoje uma empresa

privada, de capital aberto, com sede no Rio de Janeiro [4].

http://pt.wikipedia.org/wiki/Minas_Gerais

http://pt.wikipedia.org/wiki/Get%C3%BAlio_Vargas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Empresa_privada

http://pt.wikipedia.org/wiki/Empresa_privada

http://pt.wikipedia.org/wiki/Empresa_de_capital_aberto

http://pt.wikipedia.org/wiki/Rio_de_Janeiro_(cidade)

23


O principal negócio da VALE é a mineração, uma atividade essencial para a vida

moderna. Os minérios são ingredientes para diversos itens indispensáveis para o dia a

dia [4].

É considerada a terceira maior mineradora do mundo, a maior produtora de minério

de ferro e a segunda maior de níquel. A Vale destaca-se ainda na produção

de manganês, cobre, carvão, cobalto, pelotas, ferroligas e alguns fertilizantes, como os

fosfatados (TSP e DCP) e nitrogenados (ureia e amônia) [4].

3.3. MCR (Mobile Crushing Ring)

3.3.1. Descrição

O projeto consiste na alimentação de 3 Máquinas de Britagem Móvel (MCR),

compostos por equipamentos do tipo britadores de mandíbula móveis (MJC) e

transportadores modular portáteis (PMC) por subestação elétrica do tipo eletrocentro

(conforme figura 9), que será utilizada nas instalações da VALE - Projeto Ferro Carajás

S11D. As instalações de beneficiamento e embarque serão realizadas na porção sul da

região da grande Carajás, a sudeste do Estado do Pará, a cerca de 300 km da cidade de

Marabá [4].

As máquinas de Britagem Móveis farão a extração do minério de ferro através do

britador de mandíbula e esse minério será transportado a instalação principal através dos

transportadores modulares, para que então, esse minério possa ser tratado até que atinja

a forma e tamanho específico para fins comerciais. A principal vantagem do uso de

eletrocentro nesse projeto é a mobilidade, pois ao passo que se extrai o minério a

máquina de britagem precisa se locomover para continuar extraindo, e com o

eletrocentro acoplado a máquina, isso é possível. A figura abaixo mostra a estrutura do

MCR com o eletrocentro acoplado.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Min%C3%A9rio_de_ferro

http://pt.wikipedia.org/wiki/Min%C3%A9rio_de_ferro

http://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquel

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mangan%C3%AAs

http://pt.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://pt.wikipedia.org/wiki/Carv%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Cobalto

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ferroliga

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fertilizante

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ureia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADaco

24


Figura 9 – Estrutura da Maquina de Britagem Móvel e posição do eletrocentro.

Os equipamentos do MCR foram projetados para trabalhar em sequencia, onde um

equipamento MJC alimenta até dois equipamentos PMC em sequencia aleatória,

formando um grupo de trabalho ou opera individualmente transferindo material

diretamente a uma máquina da Vale. Então, tem-se 03 grupos de trabalho, porém

independentes em operação.

Figura 10 – MJC – Britador de mandíbula

25


Figura 11 – PMC – Transportador modular portátil

Figura 12 – Arranjo operacional de 01 grupo de operação MJC/PMC/PMC

Para alimentação e funcionamento dos MCRs foram necessário diversos

equipamentos, capazes de acionar e proteger os inúmeros motores e alimentadores da

máquina, seja para realização da britagem, seja para a realização do transporte do

minério através de correias, ou seja pelas várias outras necessidades da máquina. A

definição da necessidade do projeto é pré-definida pela contratante através do diagramas

unifilares, que serão estudados a seguir.

3.3.2. Diagramas Unifilares

Em projetos elétricos de subestações do tipo eletrocentro, deve-se partir de algumas

informações previamente definidas pelo cliente contratante do projeto. Um documento

26


importante que faz parte dessas informações pré-definidas pelo contratante é o diagrama

unifilar da sala elétrica. Através desse documento o projetista é capaz de definir

equipamentos e máquinas necessárias que irão compor o eletrocentro. O modelo de

equipamentos como relés digitais, contatores, entre outros podem ser especificados pelo

contratante em alguns casos onde este considera padrões próprios ou modelos já

existentes em outras subestações de sua propriedade, porém, caso não haja nenhuma

definição prévia a escolha dos equipamentos e seus modelos ficam a cargo do projetista.

No Diagrama Unifilar, tem-se as informações básicas da parte de potência e da

proteção da subestação. O Diagrama Unifilar completo do projeto de estudo MCR pode

ser analisado no Anexo I. A partir das informações nele contidas, pode-se verificar que

a subestação em estudo possui uma entrada de 13,8kV conforme mostrado na figura 13.

O painel de entrada será ligado a um transformador a seco 13,8kV/480V de 2000kVA a

um barramento duplo para a distribuição do circuito de baixa tensão.

Figura 13 - Diagrama unifilar da entrada de 13,8kV do projeto MCR

27


Após a passagem pelo transformador tem-se a queda de tensão e, então é ligado todo

o sistema de baixa tensão que compreende em painéis de controle de motor (figura 14 e

15), painel de inversor (figura 16) e quadros auxiliares (figura 17 e 18).

Figura 14 - Diagrama unifilar que representa o painel de centro de controle de motor 480V

Figura 15 - Diagrama unifilar que representa o painel de centro de controle de motor 480V

Os painéis de centro de controle de motor serão responsáveis por acionar os motores

e alimentadores da planta, trata-se de um sistema de manobra e comando até 100 volts.

de motores elétricos de baixa tensão (até 1000 volts) no diagrama unifilar é possível

identificar todas as manobras afim de atender a necessidade do projeto.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Baixa_tens%C3%A3o

28


Figura 16 - Diagrama unifilar que representa o painel de inversores 480V

O painel de inversores foi utilizado no projeto MCR por solicitação do contratante

para acionar alguns motores e alimentadores que necessitavam atenção especial como o

britador da planta a peneira vibratória entre outros, devido as vantagens apresentadas

abaixo:

• Elevada precisão de regulação de velocidade;

• Alta performance dinâmica;

• Controle de torque linear para aplicações de posição ou de tração;

• Operação suave em baixa velocidade e sem oscilações de torque, mesmo com

variação de carga.

29


Figura 17 - Diagrama unifilar que representa os painéis de iluminação e comando 380V e 120V

respectivamente

Figura 18 - Diagrama unifilar que representa os painéis de iluminação e comando 380V e 120V

respectivamente

Esses diagramas são referentes aos quadros auxiliares que representam a

alimentação dos quadros de iluminação, quadros do sistema de detecção, alarme e

combate a incêndio, sistema de climatização, quadros de comando, etc.

3.3.3. Especificação Técnica

A partir dos diagramas unifilares pode se realizar a especificação técnica dos

equipamentos que irão compor o sistema elétrico do Eletrocentro, bem como o

30


levantamento da lista de carga a fim de determinar a capacidade de potencia instalada

no conjunto de britagem móvel em operação.

3.3.3.1. Sistema elétrico de média tensão

O sistema elétrico de média tensão são quadros projetados usualmente nas tensões

de 2,4 kV, 3,6 kV, 4,16 kV ou ainda 13,8 kV que contém elementos como fusíveis HH,

contatores, ou disjuntores a vácuo, transformadores de corrente e potencial, reles de

proteção necessários para acionamento e proteção de motores de média tensão.

Nesse projeto a máquina é alimentada através da conexão elétrica de um cabo que

vem da subestação principal da mineradora na tensão de 13,8 kV, esse cabo é conectado

ao painel de média tensão que irá realizar a distribuição da energia aos outros sistemas

bem como irá acionar os motores de média tensão ligados na máquina.

Para especificação desse quadro de média tensão foi necessário informação da

subestação principal, a fim de entender a corrente de barramento e a corrente de curto

circuito, porém no diagrama unifilar não pode-se observar a subestação principal, sendo

assim, para obter os dados para especificar o painel foi preciso contato com a

contratante. Nesse caso o pinel deveria ser de 13,8 kV com corrente de barramento de

630 A e corrente de curto circuito de 25 kA.

Com essas informações, o quadro de média tensão escolhido para compor o

Eletrocentro foi o quadro ABB UNIGEAR isolado a ar (figura 19), por ser um quadro

capaz de atender as necessidades de corrente e ainda pelo painel apresentar disjuntores

de média tensão que empregam o vácuo para a extinção do arco elétrico como isolante.

A questão dos disjuntores empregarem vácuo para extinção do arco elétrico se mostrou

31


muito importante pelo fato da umidade relativa do ar no local de instalação do projeto

ser considerada bastante alta, variando entre 70% e 85% e podendo, ainda, ficar acima

dos 95% no período de novembro a maio, isso faz com que os contatos do painel

tenham uma tendência erosão. Nesse painel quando ocorre o destaque dos contatos, uma

ampola composta de blindagem metálica capture os vapores metálicos liberados fazendo

com que gere um campo magnético que obriga o arco a rodar e a atingir uma superfície

muito mais ampla do que a que seria atingida pelo arco de contato fixo. Isso, além de

limitar a solicitação térmica nos contatos, torna a erosão dos contatos insignificante e,

sobretudo, permite controlar o processo de interrupção mesmo com correntes de curto-

circuito muito elevadas.

Figura 19 - Exemplo de um painel de média tensão

O painel será composto por 2 colunas uma de entrada a 630 A e uma de saída que

irá alimentar um transformador de força trifásico seco de 2000 kVA localizado fora do

eletrocentro.

32


3.3.3.2. Transformadores

Os sistemas de corrente alternada devem operar em cada uma de sua parte com a

tensão mais conveniente do ponto de vista técnico, dependendo da sua finalidade, seja

distribuição ou transmissão de energia, quanto do ponto de vista econômico. Essa

variação de tensão é obtida através dos transformadores.

Os transformadores servem para transformar e transferir a energia de um circuito

elétrico para outro, ajustando o sistema de potencia para que a tensão de saída de um

estagio seja compatível com a tensão de entrada do seguinte. O transformador assume

também a função de isolar circuitos entre sim e ajustar impedâncias de um estagio

anterior à um estagio seguinte, podendo ser:

• Monofásicos;

• Trifásicos.

Para que se realize a escolha entre um transformador trifásico e um monofásico

devem-se realizar estudos técnico-econômicos, considerando fatores como capacidade

de fabricação, limitações de transporte, custos de investimento, entre outros. Nesse

projeto a especificação do transformador foi realizada principalmente a partir de custos

de investimentos.

Primeiramente foi definido se o transformador deveria ser trifásico ou

monofásico e por se tratar de um sistema trifásico a utilização de um transformador

também trifásico se mostrou mais viável financeiramente, pois caso fosse utilizar um

transformador monofásico deveria ser realizado um banco de transformadores

monofásicos, formado por 3 trafos, um para cada fase.

Em seguida foi levantado através da lista de carga que será apresentada mais a

frente nesse trabalho a potência necessária do transformador, sendo essa de 2000 kVA.

Por ser um Trafo destinado a baixar o nível de tensão do sistema para distribuir e

alimentar o resto dos equipamentos do eletrocentro, este deveria ter a configuração 13,8

kV/0,48 kV.

33


Por fim foi especificado se o Trafo deveria ser a seco ou a óleo. Os

transformadores a óleo são os mais comumente usados, por serem mais baratos e por

possuírem menores restrições quanto a limitação de tensão e potência, porém nesse

projeto foi escolhido a utilização do Trafo a seco, isso porque este apresentava maior

impedância, fazendo com que a corrente de curto circuito dos equipamentos de baixa

tensão fossem menor, o que diminui o custo destes equipamentos.

Sendo assim o transformador especificado (figura 20) apresenta as seguintes

características:

Tabela 2: Características do transformador de potencia do projeto MCR

Potência 2000 kVA

Tensão Primária 13,8 kV

Tensão Secundária 0,48 kV

Impedância 2*2,5%

Tipo Seco

Devido a alta dissipação térmica e a sua dimensão o transformador não foi alocados

internamente ao eletrocentro, otimizando assim a área de construção da sala bem como

o dimensionamento do sistema de climatização.

Figura 20 – Ilustração de transformador de potência a seco 2000 kVA

Além do transformador de potência, através do unifilar pode-se identificar e

especificar também o transformador de iluminação, que sai do painel de baixa tensão

para baixar o nível de tensão a 0,38 kV e alimentar o sistema de iluminação do próprio

eletrocentro. A figura 21 ilustra esse transformador a seco 480/380 V – 25 kVA

34


Figura 21 - Ilustração de transformador de iluminação a seco 25 kVA

3.3.3.3. Centro de Controle de Motor

` Os centros de controle de motor (CCMs) são quadros que contém os elementos

de comando e proteção necessários ao acionamento de motores de baixa tensão, tais

como chaves fusíveis ou disjuntores, contatores principais e auxiliares, reles térmicos

convencionais ou inteligentes, etc. São projetados usualmente nas tensões de 480 V ou

630 V.

A especificação desses painéis foi obtida através do cálculo da corrente de curto

circuito dada a partir do transformador de potência de 2000 kVA que alimenta esse

sistema, através da equação abaixo:

𝐼𝑐𝑐 =P

√3Vs ∗ Z [16]

Onde:

Icc: Corrente de Curto Circuito em kA

P: Potencia do transformador em kVA

Vs: Tensão do secundário do transformador kV

Z: Impedância do transformador

35


Icc=2000

√3∗0,48∗(2∗2,5%∗1000)= 48,11 kA

Logo Icc = 48,11 kA, assim para ter se valores comerciais foi considerado

corrente de curto circuito igual a 50 kA. Isso justifica a utilização do transformador a

seco, caso fosse utilizado o transformador a óleo, este tem impedância de 4% fazendo

com que a corrente de curto circuito fosse:

Icc=2000

√3∗0,48∗(4%∗1000) = 60,14 kA

Com esse valor de Icc, ajustando para valores comerciais seria necessário que o

barramento fosse capaz de suportar uma Icc de 63 kA fazendo com que esse precisasse

ser mais robusto e consequentemente mais caro.

Sendo assim o painel especificado foi painel ABB MNS (figura 22) com as

características conforme apresentadas na tabela a seguir:

Tabela 3. Dados Técnicos do painel MNS

Tensão Nominal: 480 Vca – 3 Fases + PEN

Corrente curto circuito: 50 kA

Frequência: 60 Hz

Compartimentação: CCM - Forma 4b (*)

Barramento Principal Prateado, Isolado com Termocontrátil

Barramento Distribuição Prateado e enclausurado na parede

isolante

Manutenção e acesso de cabos Frontal (frente única)

Entrada por cabos Inferior

Saída por cabos Inferior

36


Figura 22 – CCM de baixa tensão utilizado no projeto

3.3.3.4. Inversores de Frequência BT

Para os inversores de frequência de baixa tensão, buscou-se um inversor que

garantisse uma boa performance para aplicações que necessitam de controle rápido e

preciso (essas aplicações serão melhor discutidas mais a frente nesse trabalho na parte

de lista de carga), além de precisar atender os mesmos requisitos de corrente de curto

circuito dos CCMs dado pelo transformador de entrada. Sendo assim foi utilizado o

inversor ABB ACS850 (figura 23) que apresenta tecnologia de controle DTC.

O DTC é um método único de Controle Direto do motor, sem a utilização de

moduladores, onde a comutação das chaves de potência é determinada separadamente

baseada em valores reais de fluxo e torque do motor. O DTC determina a cada instante,

o estado do motor. Isto é feito através das medições de corrente do motor, da tensão do

barramento DC e das posições das chaves de potência, que através de um modelo

adaptativo do motor, determina os valores de torque e fluxo reais a cada 25

microsegundos.

37


Estes valores são comparados com os valores de referência de torque e fluxo, e

determinam a nova posição ideal das chaves. O resultado é uma melhor precisão de

velocidade, melhor controle de torque, menos harmônicos para o motor, menos ruído,

etc.

Figura 23 – Inversor de frequência de baixa tensão ACS 850

3.3.3.5. Sistema de UPS

Os eletrocentro devem ser equipados com sistema UPS dedicados a

equipamentos de automação, a fim de fornecer uma fonte de energia ininterrupta a esses

equipamentos e regular a voltagem.

Para dimensionamento desse sistema levou-se em consideração as cargas

apresentadas no diagrama unifilar de forma que as baterias fossem capaz de

proporcionar ao sistema autonomia de pelo menos 30 minutos a plena carga.

Sendo assim, pelo diagrama unifilar pode-se observar que os No Breaks são de

5kVA, com tensão de barramento de 120Vcc, para realização do cálculo de bateria

utilizou-se a seguinte equação:

38


I=Pnb∗p

𝑉𝑐𝑐 [17]

Onde:

I = Corrente da bateria em A para 1 hora

Pnb = Potencia total do NoBreak em VA

p = Perdas do inversor (dado pelo fabricante)

Vcc = Tensão do barramento CC do No Break em V

Com isso obteve-se que:

I=5000∗1,5

120 = 62,5 Ah

Ou seja, I = 62,5 A é a corrente da bateria para autonomia de 1 hora, mas como

se deseja autonomia de pelo menos 30 minutos, neste caso, para efeito de diminuição de

custos e utilização de baterias com valores comerciais foi especificado baterias de 50

Ah para todos os eletrocentro.

Algumas das Principais características das UPS’s especificadas são apresentadas

a seguir:

• Tecnologia True On-Line / Dupla Conversão

• Utiliza Processador Digital de Sinal (DSP)

• Retificador Transistorizado (IGBT)

• Alto fator de potência de entrada: >= 0.99

• Baixa Distorção Harmônica de Corrente de Entrada (THDi): < 3%

• Inversor Transistorizado (IGBT) PWM chaveado em alta frequência

• Possui Botão de Desligamento de Emergência (EPO);

• Acessos para manutenção;

39


• Gabinete compacto;

Além de serem baterias do tipo alcalinas, seladas e instaladas em racks conforme

ilustrado na figura 24.

Figura 24 – Ilustração do sistema de UPS utilizado no projeto

3.3.3.6. Quadros de distribuição

Os quadros de distribuição ou caixa de fusíveis é o local de onde partirão os

circuitos que irão alimentar pontos de luz, interruptores, o sistema de controle de acesso

e o sistema de detecção, alarme e combate a incêndio, estes forem especificados e

determinados a partir do diagrama unifilar.

Figura 25 – Ilustração do um quadro de distribuição

3.3.3.7. Sistema de controle de acesso

A preocupação com a segurança na prevenção de invasões e na preservação do

patrimônio é cada vez maior, frente a essa situação, são necessárias soluções criativas

que se adaptem especificamente as circunstâncias de cada organização.

40


Neste contexto, mostrou-se cada vez mais necessário a implementação de um

controle de acesso de subestações, bem como em subestações pré-fabricadas, para

controlar a entrada e saída de somente pessoas autorizadas aos eletrocentro, o que não

foi diferente neste projeto.

Para o sistema de controle de acesso foi especificado a utilização uma placa

gerenciadora que se comunica via canal serial RS-485 com as placas controladoras de

dois leitores, sendo que no caso da subestação todas as placas devem ficar dentro de um

único quadro de 800x600x250mm com autonomia da fonte de 40 Ah que garantirá ao

Sistema uma autonomia de até 04 (quatro) horas ao sistema, conforme necessidade da

contratante.

3.3.3.8. Sistema de climatização

O sistema de climatização deve ser projetado de acordo com as condições de

trabalho, podendo ser com a utilização de aparelhos duplos para funcionamento

contínuo, sistema automático de rodízio entre aparelhos ou aparelhos simples.

Os condicionadores instalados devem conter um sistema de exaustão forçada, para

funcionamento em emergência, para a expulsão de gases gerados em eventual

ocorrência de curto-circuito.

Além dos condicionadores, o sistema de climatização deve contar com sistemas de

pressurização, projetados para captar o ar externo, tratá-lo e injetar na sala mantendo a

pressão positiva interna em 25PA.

O sistema deve ser programado para ser desligado quando houver atuação do

sistema de detecção de incêndio no interior do eletrocentro.

Neste projeto a especificação e o dimensionamento das máquinas de ar

condicionado foram realizadas baseado na dissipação real dos equipamentos instalados

nas salas elétricas, mais a frente nesse trabalho será estudado com maior detalhe o

cálculo de dissipação térmica afim de determinar a quantidade de máquinas de

refrigeração necessárias para manter a temperatura interna do eletrocentro que deve ser

41


de 22°C +/- 2°C, com base no projeto MCR. A figura abaixo ilustra um exemplo de

sistema de climatização de teto.

Figura 26 - Exemplo de sistema de climatização de teto

3.3.3.9. Sistema de detecção, alarme e combate a incêndio

Os incêndios sempre trouxeram acontecimentos trágicos, deixando marcas

indestrutíveis nas pessoas envolvidas. Os grandes incêndios estão relacionados às falhas

durante a execução do combate inicial, à ausência de políticas públicas na gestão da

prevenção e ao controle de incêndios nas edificações.

As instalações de proteção contra incêndio apresentam-se de forma eficiente na

salvação de vidas humanas. O uso dos extintores vem sendo abordado, cada vez mais,

pelas empresas, escolas, indústrias e faculdades. O seu uso se tornou obrigatório e

indispensável em locais que apresentam riscos de incêndio. Visando o beneficio das

pessoas, esse projeto vem para mostrar a importância do uso de materiais de proteção

contra incêndio, indicando que é possível combater o fogo em uma situação de

emergência [10].

Nos eletrocentros não deve ser diferente. Para o projeto do MCR foi especificado

um sistema com um central especificamente para executar a detecção o combate e o

alarme de incêndio em todas as áreas referentes ao projeto. Em caso de sinistro, a

central ativa o sistema de sinalização de alarme e o sistema de supressão de incêndio.

Os dispositivos de supervisão e comando foram distribuídos ao longo das salas,

conforme a necessidade especifica de cada uma. Os principais dispositivos de

supervisão e comando estão listados:

42


Dispositivos de Supervisão:

- Detector Pontual de Fumaça;

- Acionadores manuais com chave de aborto;

- Módulos Monitores.

O sistema deve conter também Sinalizadores Audiovisuais, localizados nas rotas de

fuga e/ou em locais que se façam necessários. O sistema de combate foi projetado para

ser realizado por gás NOVEC, usado em sistemas de supressão de incêndio por

inundação total. Uma vez ativado o composto sólido reage totalmente em um tempo

entre 10 e 25 segundos, inundando o ambiente e extinguindo o fogo através da quebra

da reação em cadeia e inertizando o ambiente por até duas horas.

O Sistema de Detecção, Alarme e Combate compreende no conjunto de

equipamentos alocados nos ambientes que compõem a Subestação e são divididos por

funções.

3.3.3.9.1. Painel de Alarme de Incêndio

O Painel de Alarme de Incêndio compreende uma central instalada em cada

subestação, cuja função, é monitorar e controlar os dispositivos que compõem o

sistema. A central recebe todos os sinais de detecção dos diversos sensores alocados na

subestação e, em caso de sinistro, é a responsável pela ativação dos agentes de combate.

43


Figura 27 - Exemplo de painel de alarme de incêndio

3.3.3.9.2. Dispositivos de Detecção

Os dispositivos de detecção são destinados a operar quando influenciados por

determinados fenômenos físicos ou químicos que antecedem ou que acompanham o

incêndio. A seguir, os tipo de dispositivo que fazem parte do sistema proposto:

Detectores pontuais Multisensor de temperatura/ fumaça;

Detectores Lineares de Temperatura tipo cabo;

Acionador Manual de Alarme de Incêndio.

3.3.3.9.3. Detectores pontuais tipo multisensor

São detectores que possuem a capacidade de detecção de fumaça e temperatura em

um mesmo invólucro. Possui a tecnologia TrueSense, que é a correlação da atividade de

fumaça e temperatura, proporcionando detecção antecipada de um princípio de

incêndio. Diferentes faixas de alarme e sensibilidade podem ser selecionadas de acordo

com o ambiente e o risco. Deve ser instalado em ambientes internos para ampliar a

capacidade de detecção e operar o sistema de detecção em redundância à falha do

detector Vesda e LHD, sendo projetado dentro dos limites de área e altura, considerando

a revolução de ar do ambiente.

44


Figura 28 - Exemplo de detector pontual

3.3.3.9.4. Detectores Lineares de Temperatura

O detector térmico é um cabo flexível que é aplicado no bandejamento elétrico. Não

foi utilizado no projeto MCR.

3.3.3.9.5. Acionador Manual de Alarme de Incêndio

Os acionadores manuais são endereçáveis do tipo “quebre o vidro e puxe a

alavanca” devem ser instalados em pontos estratégicos internamente o eletrocentro.

Figura 29 - Exemplo de acionador manual

3.3.4. Lista de Carga e Dimensionamento de Painéis

Com os equipamentos já especificados foi realizado um levantamento da lista de

carga da máquina por equipamento para poder se determinar o dimensionamento

dos painéis, necessários para poder montar o layout do eletrocentro de forma que

esta seja a mais otimizada possível e por fim determinar a potencia instalada do

projeto.

45


A tabela 4 a seguir mostra a lista de carga do quadro de distribuição de média

tensão.

Tabela 4: Lista de Carga QD 13,8kV

Esse quadro apresenta apenas duas colunas, sendo uma de entrada e uma de

saída. No manual do fabricante tem-se as dimensões do painel por coluna, neste

caso o painel UNIGEAR apresenta as seguintes dimensões por coluna: 2300 x 680 x

1340 mm (A x L x C) como são duas colunas esse painel apresentará as seguintes

dimensões: 2300 x 1360 x 1340 mm.

A tabela 5 mostra a lista de carga do painel de inversor de baixa tensão. Através

dessa lista pode-se obter que esse painel apresenta uma potencia instalada de

1933,65 kW, utilizados para acionamento de diversos tipos de motores da planta

como: motor do britador, alimentador de placas, etc.

Tabela 5: Lista de Carga Painel de Inversor

Esse quadro apresenta 6 colunas, sendo uma de entrada a 3200 A, contendo os

transformadores de comando e auxiliar e o disjuntor de entrada, e 5 colunas de saída

DESCRIÇÃO CARACTERISTICAS POTÊNCIA TENSÃO

(KW) (V)

Entrada Entrada Entrada Entrada

Transformador de Força Trifásico, Seco 2000kVA 13800 / 480

DESCRIÇÃO CARACTERISTICAS POTÊNCIA Corrente TENSÃO

(KW) (A) (V)

Entrada 3200A (Com Disjuntor) Entrada 3200

Transformador de Comando 1,5kVA

Transformador Auxiliar 1kVA

Motor do Craw ler - Motor 1 Tipo Gaiola, Inversor 450 591,2 440

Motor do Craw ler - Motor 2 Tipo Gaiola, Inversor 370 640 440

Alimetadores de Placas - Motor 1 Tipo Gaiola, Inversor 370 640 440

Alimetadores de Placas - Motor 2 Tipo Gaiola, Inversor 370 640 440

Motor do Britador Tipo Gaiola, Inversor 370 440 440

Freio do Craw ler 1 Freio Eletromagnético 0,75 0,3 440

Freio do Craw ler 2 Freio Eletromagnético 0,75 0,3 440

Freio 1 do Apron Feeder Freio Eletromagnético 0,75 0,3 440

Freio 2 do Apron Feeder Freio Eletromagnético 0,75 0,3 440

Freio do Britador Freio Eletromagnético 0,65 0,4 440

480

46


para a alimentação dos motores, sendo estas divididas em cada coluna com uma

partida inversora de alta potência (370 ou 450 kW) e um partida inversora de baixa

potencia (0,65 ou 0,75 kV). Pelos dados do fabricante a colunas de entrada e a

coluna contendo a partida de 450 kW apresentam as seguintes dimensões: 2280 x

1600 x 650 mm enquanto que as demais colunas apresentam: 2280 x 800 x 650 mm.

Por fim a tabela 6 mostra a lista de carga do centro de controle de motor de baixa

tensão. Através dessa lista pode-se obter que esse painel apresenta uma potencia

instalada de 778,86 kW, utilizados para acionamento de motores e alimentadores do

sistema de lubrificação, do sistema de freio, de peneiras, etc.

47


Tabela 6: Lista de carga CCM 480V

Esse painel apresenta 8 colunas, sendo uma de entrada a 1250 A, contendo o

transformador de comando, e 7 colunas de saída para a alimentação dos motores,

sendo estas contendo partidas diretas, feeders, etc de forma que coubessem dentro

DESCRIÇÃO CARACTERISTICAS POTÊNCIA TENSÃO

(KW) (V)

Entrada 1250A Entrada 480

Entrada 1250A (Gerador) Entrada 480

Transformador de Comando 5kVA 480

Feeder Resistor de Aterramento 480

Motor TC da Lança de Saída Tipo Gaiola, Inversor 75 440

Motor Peneira Grizzly Tipo Gaiola, Inversor 75 440

Motor da U.H. de Elevação da Máquina Tipo Gaiola 200 440

Sist. De Lubrif. Superior Tipo Gaiola 0,37 440

Sist. De Lubrif. Inferior Tipo Gaiola 0,37 440

Sist. De Lubrif. dos Craw lers Tipo Gaiola 0,37 440

Alimentação Transportador Modular Portátil 1

(PMC1)Trifásica 150 440

Alimentação Transportador Modular Portátil 2

(PMC2)Trifásica 150 440

Motor 1 Baff le Plate TC de Saída Tipo Gaiola, reversível 7,5 440

Motor 2 Baff le Plate TC de Saída Tipo Gaiola, reversível 7,5 440

Unidade de Alinhamento 1 TC Saída Tipo Gaiola 2,2 440

Unidade de Alinhamento 2 TC Saída Tipo Gaiola 2,2 440

Motor Spillage Conveyor Tipo Gaiola 7,5 440

Motor da U.H. de Elevação da Lança Tipo Gaiola 15 440

Motor da U.H. de Abertura do Crusher Tipo Gaiola 5,5 440

Alimentação Rock Breaker Trifásica 55 440

Freio do TC da Lança de Saida Tipo Gaiola 0,65 440

Reserva (Spare 15kW) Tipo Gaiola 15 440

Reserva (Spare 7,5kW) Tipo Gaiola, reversível 7,5 440

Reserva (Spare 2,2kW) Tipo Gaiola 2,2 440

Transformador de Iluminação Trifásico, Seco 25kVA 480 / 380

Tomadas de Solda / Manutenção Trifásica 63 A 480



Compressor para Manutenção Alimentação trifásica 20kVA 480

Ar Condicionado Sala Elétrica Alimentação Trifásica 20kVA 480

Talha Elétrica 1 Alimentação Trifásica 10kVA 480

Talha Elétrica 2 Alimentação Trifásica 10kVA 480

UPS (NO BREAK) Monofásico 7,5kVA 480 / 120

Reserva (Spare) Trifásica 40A 480



Coluna Vazia (1000mm) 480

48


da coluna do painel. De acordo com dados do fabricante a colunas do CCM

apresentam as seguintes dimensões: 2280 x 5400 x 850 mm.

3.3.5. Potência Instalada

A partir da lista de carga dos principais painéis pode-se obter a potencia

instalada da máquina como um todo. De acordo com a lista de carga observa-se que

os motores acionados para efetuar a extração do minério e transportá-lo até a

instalação principal da planta são controlados pelos centros de controle de motor e

pelos painéis de inversores, já que como vimos, o quadro de média tensão tem

apenas a entrada da subestação principal e saída para o transformador. Sendo assim

pode-se considerar que a potencial total instalada da máquina é igual potencial

instalada do painel de inversor + potencia instalada do centro de controle de motor,

ou seja a potência total instalada é igual a aproximadamente:

Pt = 1933,65 + 778,86 = 2712,51 kW

3.3.6. Lista de Equipamentos

Efetuado a especificação dos equipamentos que irão compor o eletrocentro bem

como o dimensionamento dos mesmos, foi levantado uma lista de equipamentos com as

especificação básica dos principais equipamentos que irão compor a sala elétrica. A lista

relaciona todos os equipamentos mostrados no diagrama unifilar, de acordo com a

especificação dada a cada um deles, afim de atender a necessidade do projeto. Um dado

muito importante também levantado nessa lista é a dissipação térmica de cada

equipamento dado pelo fabricante em seu manual. Esse dado é muito importante para

posteriormente ser realizado o cálculo de dissipação de calor e com isso é possível

dimensionar o sistema de climatização para finalmente elaborar o layout da sala elétrica.

49


A tabela 7 abaixo apresenta os equipamentos do o eletrocentro do projeto do MCR

bem como suas características.

Tabela 7- Equipamentos da sala elétrica do MCR

Nº

Layout

Descrição Altura (mm)

Largura (mm)

Prof. (mm)

Peso (kg)

Dissipação Térmica (W)

01

Quadro de distribuição -13,8KV 2300 1360 1340 1000 865

02 Transformador a Seco 2000kVA Externo

03 Resistor de Aterramento 3A 655 520 220 200 Externo

04 Painel de Supervisão do Resistor 600 450 200 50 900

05 Inversor de frequência - 480V 2280 800 650 300 2150



05 Inversor de frequência - 480V 2280 1600 650 1.100 8910

05 Inversor de frequência - 480V 2280 1600 650 1.100 8910

05 Painel de inversor de frequência - 480V

2280 800 650 1.100 10890

06 No-Break 5kVA 1000 500 400 280 1100

07 Banco de Baterias - 5kVA 1400 440 680 300 -

08 Transformador de Iluminação a seco

700 860 400 400 Externo

09 Painel SPCI 2300 600 250 150 100

10 Painel de PLC 2300 1000 600 150 100

11 Painel de Relés de Emergência 1200 600 400 100 100

12 Painel de CFTV 1300 800 800 100 100

13 Painel do sistema do Controle de Acesso

1300 690 250 100 100

14 Centro de controle de motor – 480V

2280 5400 850 1.800 2000

16 Quadro de Iluminação 1400 600 250 150 100

17 Quadro de Distribuição e Controle

1400 600 250 150 100

18 No-Break 10kVA 1000 600 400 280 2200

19 Banco de Baterias - 10kVA 1400 440 680 300 -

19.099 45876

50


3.3.7. Cálculo de Dissipação de Calor

As salas de TI e sala elétricas de hoje requerem ambiente estáveis e precisos para

que os componentes eletrônicos sensíveis funcionem de maneira ótima. Em um

eletrocentro é recomendado que a temperatura seja mantida em 22 graus celsius +/- 2

graus e a umidade relativa entre 35-50%. Para manter essa temperatura e a umidade

dentro de uma faixa muito limitada, é necessário a utilização de sistemas de ar

condicionado de precisão, evitando, assim que esses equipamentos sofram tempos de

inatividade causados por falhas em componentes.

Uma carga térmica consta de dois componentes independentes: calor sensível e

calor latente. O calor latente se relaciona com o aumento ou a diminuição da umidade

contida no ar. A capacidade total de refrigeração de um condicionado de ar é a soma do

calor sensível extraído e o calor latente extraído.

Capacidade total de refrigeração = Refrigeração sensível + Refrigeração latente (1)

O fator de calor sensível é a fração sensível da refrigeração total.

Fator de calor sensível (SHR) =Refrigeração sensível

Refrigeração total (2)

Em um eletrocentro o calor gerado é basicamente o calor dissipado pelas

luminárias e equipamento internos, sendo assim, é composto praticamente por calor

sensível, enquanto que o calor latente é mínimo, pois não há circulação de pessoas, ou a

circulação é muito baixa. Por esse motivo o SHR requerido deve estar entre 0,80 a 0,95.

Dessa forma, pode-se realizar o cálculo de carga total necessário para refrigerar a sala

elétrica. Nesse projeto, temos da tabela 7 temos que a dissipação térmica dos

51


equipamentos da sala é igual a 45876 W, esse valor é equivalente ao calor sensível.

Como o fator de calor sensível deve ser no mínimo 0,80 pode-se considerar que a

dissipação térmica dos equipamentos da sala é igual a 80% do calor total, sendo assim

da equação 1 podemos concluir que a capacidade total de refrigeração da sala deve ser

de 57345 W.

Os equipamentos de refrigeração industriais são distinguidos pela quantidade de

toneladas de refrigeração (TR), onde 1 TR é igual a potência que fornece a quantidade

de calor necessária para derreter uma tonelada de gelo em 24 horas. 1 TR = 12.000

BTU/h = 3516,9 W. Dessa forma temos que a capacidade total de refrigeração deve ser

de 16,3 TR. Sendo assim, para o projeto foi dimensionsionado a utilização de 4

máquinas de 4 TR com a característica de refrigeração por ar conforme figura 36.

Figura 36 - Sistema de refrigeração por ar

52


3.3.8. Layout

Com o levantamento dos equipamentos internos ao eletrocentro pode-se por fim

elaborar o layout da sala elétrica de forma que se otimize a utilização dos espaços e

respeite-se sempre as normas de segurança e versatilidade das rotas de fuga e

transportes de equipamentos. A dimensão final do módulo foi de 12 x 4,1 m conforme

figura 37.

Figura 37 - Layout - E-House MCR

Para elaboração do layout foi previsto uma distância mínima de 1500 mm para a

parte frontal dos equipamentos, além de ter sido considerado a distancia mínima de 700

mm para circulação de operadores.

Os equipamentos que operam em baixa tensão foram dispostos separadamente

daqueles que operam em média tensão, facilitando assim no momento da instalação a

passagem e conexão de cabos.

53


4. Análise final

4.1. Vantagens

As principais vantagens da utilização de eletrocentros ao invés de subestações

elétricas feitas em alvenaria podem ser simplificadas em quatro tópicos: custo,

qualidade, mão de obra e mobilidade.

• Custo: Custo final tende a ser menor do que quando comparado a subestação em

alvenaria, considerando o custos de materiais e tempo gasto para implementação.

• Qualidade: A construção do eletrocentro é realizada em fábrica, portanto,

independe de qualquer fator externo.

• Mão de obra: Em subestações em alvenaria é necessário que um grande número de

trabalhadores seja deslocado para as obras, tornando-se depois mão de obra ociosa com

alto custo social.

• Mobilidade: Reaproveitamento total de todo conjunto no caso de expansão,

mudança e novas plantas.

4.2. Futuro

Os eletrocentros se apresentam como uma nova tendência de solução de sistemas

elétricos e estão sendo cada vez mais cotados para áreas de aeroportos, arenas de

eventos, grandes construções metálicas, mega shoppings, sistema de estações

metroviárias, rodo-ferrovias, hangares, indústria naval, entre outros.

Adicionalmente os eletrocentros vêm ganhando espaço em projetos relacionados a

indústria naval, a exemplo de sua utilização em barcos de médio e grande porte

construídos na Europa e Estados Unidos.

54


5. Conclusão

A realização desse trabalho possibilitou um maior entendimento de subestações

elétricas e plantas de mineração, bem como aprendizado e conhecimento técnico no que

se refere a especificações técnicas e dimensionamentos elétricos para elaboração de

projetos de grande porte. A inspiração desse trabalho surgiu a partir das atividades

profissionais realizadas atuando como estagiário na parte de elaboração de proposta

técnica para sistemas elétricos na ABB.

Para realização das especificações técnicas, dimensionamentos, cálculos de

dissipação térmica, entre outros, foram utilizados métodos e aprendizados teórico

obtidos durante o curso de engenharia de controle e automação na UNESP – Sorocaba,

bem como à experiência e conhecimento de outros colegas profissionais atuantes no

projeto, o que foi de essencial contribuição para realização deste trabalho e da minha

formação.

Por fim o projeto apresentou uma potência instalada de 2712,51 kW, a qual irá

acionar as diversas cargas e motores para efetuar a extração e britagem do minério de

ferro. As subestações do tipo eletrocentro desse projeto já estão em fase de produção e

montagem e a previsão é que os mesmos comecem a operar no segundo semestre de

2015.

55


6. Referências Bibliográficas

[1] Eletrocentro – Novas tendências no fornecimento de sistemas elétricos pré-

moduloados. Disponível em: <http://www.osetoreletrico.com.br/web/colunistas/233-

eletrocentrosnovas-tendencias-no-fornecimento-de-sistemas-eletricos-pre-

montados.html>. Acessado em 28/05/14.

[2] Eletrocentros – Metta soluções elétricas. Disponível em: <

http://www.metta.ind.br/index.php/produtos/cubiculos-media>. Acessado em 28/05/14.

[3] Catalogo eletrocentro – WEG eletrocentro. Disponível em: <

http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-eletrocentro-10535380-catalogo-portugues-

br.pdf>. Acesso em 28/05/14.

[4] VALE – VALE no mundo. Disponível em:

<http://www.vale.com/brasil/PT/aboutvale/Paginas/default.aspx> . Acessado em

06/06/14

[5] Subestações pré-fabricadas – Design de subestações pré-fabricadas de acordo

com padrões do governo Russo. Disponível em:

<http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=1045009&queryText%

3Dprefabricated+substation+buildings> . Acessado em 28/05/14

[6] Construção de uma subestação pré-fabricada – Design e construção de uma

subestação pré-fabricada de 11kV para o “Millenium Dome”. Disponível em:

<http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?tp=&arnumber=773261&queryText%3

Dprefabricated+substation+buildings> . Acessado em 28/05/14

[7] Sistemas de eletrificação e automação – Sistemas de eletrificação e automação

para mina de cobre em alta altitude Disponível em:

<http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/078a0214a9535b22c12576f0002ec

21a/$file/10_08_Peru_mining.pdf>. Acessado em 28/05/14

http://www.osetoreletrico.com.br/web/colunistas/233-eletrocentrosnovas-tendencias-no-fornecimento-de-sistemas-eletricos-pre-montados.html



56


[8] Proteção de estruturas contra descarga atmoféricas . Disponível em:

<http://disciplinas.stoa.usp.br/pluginfile.php/31701/mod_resource/content/1/Nbr_5419_

-_Abnt_-_Protecao_De_Estrutu_ras_Contra_Descargas_Atmosfericas.pdf> . Acessado

em 13/10/14

[9] Controle de acesso ao pátio da subestação da eletronorte. Disponível em:

<http://www3.iesam-pa.edu.br/ojs/index.php/controle_auto/article/viewFile/1012/696 >.

Acessado em 14/10/14

[10] Avaliação dos sistemas de combate à incendio em uma insituição de ensino

superior localizada em Mossoró. Disponível em:

<http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/270/TCC%20-

%20BCT/TCC%20Marcelo%20Silva.pdf >. Acessado em 20/10/14

[11] Projeto de subestação de médio porte. Disponível em:

<https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/65604/000864971.pdf?sequence=1

>. Acessado em 06/11/14

[12] CAMACHO, Carlos. Substações (SEs). Disponível em:

<http://www.camacho.eng.br>. Acessado em 06/11/14

[13] Estudo e projeto básico de uma subestação. Disponível em: <

http://www2.ele.ufes.br/~projgrad/documentos/PG2007_2/fabianosousa.pdf> .


[14] NR 10 – Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Disponível em: <

http://portal.mte.gov.br/data/files/8A7C812D308E216601310641F67629F4/nr_10.pdf>.


[15] Definição de conceitos relacionados com energia elétrica. Disponível em: <

https://www.aessul.com.br/site/sobreenergia/EnergiaAZ.aspx?letra=AS>. Acessado em

10/11/14

[16] Corrente de curto circuito. Disponível em:<

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/fergutz/materiais/corrente_de_curto_m

etodo_simplificado_v4_14.pdf> . Acessado em 10/11/14

http://disciplinas.stoa.usp.br/pluginfile.php/31701/mod_resource/content/1/Nbr_5419_-_Abnt_-_Protecao_De_Estrutu_ras_Contra_Descargas_Atmosfericas.pdf

http://disciplinas.stoa.usp.br/pluginfile.php/31701/mod_resource/content/1/Nbr_5419_-_Abnt_-_Protecao_De_Estrutu_ras_Contra_Descargas_Atmosfericas.pdf

http://www3.iesam-pa.edu.br/ojs/index.php/controle_auto/article/viewFile/1012/696%20%3e.%20%20%20%20%20%20%20%20Acessado

http://www3.iesam-pa.edu.br/ojs/index.php/controle_auto/article/viewFile/1012/696%20%3e.%20%20%20%20%20%20%20%20Acessado

http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/270/TCC%20-%20BCT/TCC%20Marcelo%20Silva.pdf

http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/270/TCC%20-%20BCT/TCC%20Marcelo%20Silva.pdf

https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/65604/000864971.pdf?sequence=1

https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/65604/000864971.pdf?sequence=1

http://www2.ele.ufes.br/~projgrad/documentos/PG2007_2/fabianosousa.pdf

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/fergutz/materiais/corrente_de_curto_metodo_simplificado_v4_14.pdf

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/fergutz/materiais/corrente_de_curto_metodo_simplificado_v4_14.pdf

57


[17] Cálculo para dimensionamento e autonomia em Nobreaks. Disponível em: <

http://www.homexpert.com.br/areareservada/wp-content/uploads/2011/06/CALCULO-

PARA-AUTONOMIA-EM-N-O-BREAKS1.pdf>. Acessado em 10/11/14

http://www.homexpert.com.br/areareservada/wp-content/uploads/2011/06/CALCULO-PARA-AUTONOMIA-EM-N-O-BREAKS1.pdf

http://www.homexpert.com.br/areareservada/wp-content/uploads/2011/06/CALCULO-PARA-AUTONOMIA-EM-N-O-BREAKS1.pdf

58


APÊNDICE A – LAYOUT SALA ELÉTRICA MCR

59


ANEXO I – DIAGRAMA UNIFILAR 1 PROJETO MCR

60


ANEXO II – DIAGRAMA UNIFILAR 2 PROJETO MCR

61


ANEXO III – DIAGRAMA UNIFILAR 3 PROJETO MCR

Projeto de substações elétricas do tipo Eletrocentro...2 Campus Experimental de Sorocaba Murilo...

Documents

Transcript of Projeto de substações elétricas do tipo Eletrocentro...2 Campus Experimental de Sorocaba Murilo...