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Elaboração de projeto de entrada de energia em média tensão - ND 5.3 CEMIG

Neste post vamos conhecer um pouco sobre os critérios e definições para elaboração de projeto de subestação N°1 em poste, segundo norma especifica da concessionaria de distribuição de energia – CEMIG ND 5.3 (Fornecimento de Energia Elétrica em Média Tensão Rede de Distribuição Aérea ou Subterrânea).

   ·        Conhecer a estrutura da ND 5.3.
   ·        Compreender os métodos de cálculos de demandas.
   ·        Elaborar os componentes que devem contar em projeto.
   ·        Aplicar o check list do projeto.
   ·        Apresentar um modelo de projeto.

2.3 Estrutura da ND-5.3

A ND-5.3 é constituída de itens definitivos, condições, faixas de operações e modelos de montagens dos tipos de subestação. Ela traz informação que possibilitam ao projetista elaborar um projeto de entrada de energia do tipo subestação de acordo com as normas vigentes no país e suas próprias medidas de segurança e condições de fornecimento.

A Norma ND-5.3 estabelece os objetivos e diretrizes técnicas para o fornecimento de energia elétrica em média tensão para edificações urbanas ou rurais, comerciais ou industriais, cuja carga instalada seja maior que 75 kW. (ND-5.3 CEMIG, 2013, pag.1-3)

A norma de distribuição e fornecimento de energia em média tensão tem como objeto determinar as condições técnicas para o fornecimento de energia para os consumidores. Esta norma é estruturada em oito capítulos que falam desde uma introdução até os desenhos e métodos construtivos aplicados as subestações.

A ND-5.3 traz os aspectos gerais que introduzem a respeito da definição de fornecimento de energia em media tensão estabelecendo os limites mínimos de carga instalada e tensão de fornecimento bem como a indicação das normas que contribuem para a complementação das diretrizes técnicas estabelecidas, com citação da NBR 5410, NBR 14039, NBR 5419 e resolução da ANEEL e CREA-MG.

Indicação do campo de aplicação que trata de fornecimento de energia elétrica trifásica em média tensão com tensões nominais de 13,8kV, 22kV e 34,5kV para unidades consumidoras com carga instalada superior a 75kW.

E por último no capítulo primeiro encontra se as definições sobre os termos técnicos utilizados na norma de distribuição 5.3.

A norma define subestação como:

É a estação com uma ou mais das funções de gerar, medir, controlar a energia elétrica ou transformar suas características, quando fazendo parte das instalações de utilização (instalações de propriedade do consumidor). Detalhadamente, é a instalação compreendendo o ramal de entrada, poste ou pontalete particular, caixas, dispositivo de proteção, aterramento e ferragens, de responsabilidade do consumidor, preparada de forma a permitir a ligação da unidade consumidora à rede da Cemig. (ND-5.3 CEMIG, 2013, pag.1-8)

Segunda parte da norma indicam as condições gerais para o fornecimento de energia estabelecendo os critérios mínimos que devem ser atendidos para o fornecimento correto e seguro de energia para o consumidor.

Estabelece os níveis de tensão de fornecimento disponíveis para o consumidor conforme alíneas abaixo:

a)    Tensão fase-fase 13,8kV, sistema trifásico, em delta, frequência 60Hz

b)    Tensão fase-fase 22kV, sistema trifásico, em delta, frequência 60Hz

c)    Tensão fase-fase 34,5kV, sistema trifásico, em delta, frequência 60Hz

Sendo Definidos também, os critérios para atendimento aos consumidores com as classificações abaixo:

·        Unidades consumidoras com demanda até 300kW

Tensão secundária de 220/127V – 380/220V – 440/254V

Sendo atendido com um transformador instalado em poste e medição de energia e proteção em baixa tensão.

·        Unidades consumidoras com demanda até 300kW

Tensão secundária de 220/127V – 380/220V – 440/254V

Neste caso a medição de energia e proteção será na média tensão.

·        Unidades consumidoras com demanda acima de 300kW

Nível de Tensão secundária a critério do consumidor

Neste caso a medição de energia e proteção será na média tensão.

 Abaixo a tabela indica os valores dos transformadores e demanda para aplicação na subestação n°1, que é o foco deste trabalho.

Quadro 1 – Valores de transformador e demanda a ser contratada.

Transformador (kVA)	Demanda mínima a ser contratada (kW)	Demanda máxima a ser contratada (kW)
75	30	75
112,5	56	112,5
150	75	150
225	112	225
300	150	300

Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 2-3)

Conforme orientação da ND-5.3, antes de adquirir qualquer material ou iniciar os trabalhos de construção da subestação o projetista deve verificar alguns itens citado abaixo:

Verificação da posição e do tipo de rede de distribuição existente no local próximo à edificação.

O projetista deve verificar no local da construção da subestação a configuração da rede de energia elétrica que está mais próximo ao local e seu posicionamento para representação em projeto.

Definição do tipo de atendimento e assinatura de contrato.

O projetista e o cliente deve definir o melhor tipo de fornecimento de energia para atendimento a edificação, tais como nível de tensão de fornecimento e tensão de entrega e o tipo de subestação a ser adotada.

Apresentação do projeto elétrico, necessário a todos os tipos de fornecimento incluídos nessa Norma, com assinatura do Responsável Técnico (RT) pelo projeto e do proprietário.

O projetista deve elaborar o projeto elétrico com a assinatura do responsável técnico pelo projeto e pelo cliente a ser atendido.

Verificação da posição da rede de média tensão em relação ao imóvel.

Verificar pelo projetista o local da rede com indicação do ponto de derivação suposto.

Com base no projeto elétrico e levantamento de cargas elétricas feitas pelo projetista tem se o calculo total com a indicação da carga instalada em kW na edificação.

Localização e escolha do tipo de subestação.

Deve ser escolhida a melhor opção de subestação para atendimento ao cliente sendo as opções abaixo:

·        Subestação n°1 – em poste demanda máxima de 300kW.

·        Subestação n°2 – Abrigada com fornecimento de tensão em baixa ou média tensão.

·        Subestação n°3 – Cubículo de média tensão.

·        Subestação n°4 – Subestação Blindada.

·        Subestação n°5 – Abrigada com demanda máxima 300kW e tensão secundária 220/127V – 380/220V – 440/254V.

Verificação do desnível da edificação em relação ao posteamento da rede com induicação em projeto pelo projetista.

Identificação clara da numeração da edificação; a numeração predial deve ser legível, indelével e sequencial.

Perfeita demarcação da propriedade, tanto de unidades consumidoras localizadas em áreas urbanas quanto de unidades consumidoras localizadas em áreas rurais. (ND-5.3 CEMIG, 2013, pag.2-4)

Em alguns casos, após a definição do tipo de atendimento, deve ser gerado um pedido de estudo de rede. 

O consumidor deve aguardar os resultados, para somente após solicitar a vistoria do padrão e a ligação da unidade consumidora.

Após a observância dos itens acimas citados deve ser atendido alguns requisitos mínimos constantes em projetos para submete lo a analise junto a concessionária.

            O projeto para ser apresentado deve conter alguns itens abaixo:

·        3 vias impressas do projeto;

·        ART junto ao projeto devidamente assinada;

·        Dados da edificação e do proprietário

·        Finalidade da edificação com especificação do uso;

·        Deve conter na planta a localização da edificação com indicação do endereço, rua adjacente distancia até a rede elétrica mais próxima;

·        Lista de cargas elétricas instaladas com suas respectiva potência em kW e kVA;

·        Apresentar a planta baixa com indicação do local da subestação e local do aterramento;

·        Elaborar um diagrama unifilar do sistema de entrada de energia até a saída para o consumidor;

·        Memorial do cálculo de demanda;

·        Detalhamento de cargas especiais de grande potência;

·        Planta de aterramento com indicação dos condutores e hastes.

2.4 MÉTODO DE ELABORAÇÃO DOS CÁLCULOS

O sistema para levantamento de cargas e estimativa de potência a ser utilizada na edificação e servir de base para a definição da entrada de energia é simples e segue algumas definições de fatores a serem aplicados e cálculos que serão mostrados neste trabalho.

Em posse do memorial de cargas constante na edificação conforme modelo abaixo inicia se os cálculos para definição da demanda, carga instalada e definir o tipo de subestação a ser instalada.

Tabela 1 – Relação de cargas elétricas na edificação

Os tipos de componentes elétricos instalados na edificação devem ser separados por grupos específicos de cargas. Na relação os itens da tabela 02 têm se as seguintes cargas: 

• 1 - Iluminação e tomadas; com potencia total de 55,82 kVA.

Para iluminação e tomadas após a soma total das cargas, considerou se o fator de potência de 0,92 e após aplicou se o fator de multiplicação indicado na tabela 12 da ND-5.1, que para este caso o fator é 1.

Valor de potência demandada: 55,82 x 1 = 55,82 kVA.

• 2 – Aquecimento (Chuveiro)

Para os equipamentos de aquecimento, mais especificamente neste caso os chuveiros têm se uma carga instalada de 45,4 kVA para um total de 7 equipamentos. Neste caso o fator de multiplicação para chuveiro é em função do numero de aparelhos. 

Neste caso foi suprimido o fator de potência devido ao seu valor unitário para carga puramente resistiva.

Para 07 chuveiros o fator é igual a 0,6. Tabela 14 da ND-5.1

Valor de potência demandada: 45,4 x 0,6 = 27,3 kVA.

• 3 - Refrigeração (Ar condicionado)

Os aparelhos de refrigeração, neste caso ar condicionado, têm se uma carga instalada de 152,36 kVA para um total de 44 equipamentos instalados. Neste caso o fator de multiplicação também é em função do numero de aparelhos. 

Neste caso considerou se o fator de potência de 0,92.

Para 44 aparelhos de ar condicionado o fator é igual a 0,35. Tabela 14 da ND-5.1

Valor de potência demandada: 152,36 x 0,35 = 53,32 kVA.

• 4 – Motores

O método de cálculo da demanda de motor é diferente dos itens anteriores, pois a própria tabela da ND-5.1 fornece o valor de demanda em função do tipo e números de motores.

Na tabela 15 da ND-5.1 tem se os valores de potência absorvida da rede para motores monofásicos e na tabela 16 da ND-5.1 mostra a potência absorvida da rede para motores trifásicos.

Com o valor total de 15 motores, conforme a tabela 02 utiliza se a coluna 4 da tabela 15 e 16 da ND-5.1, para saber os valores de demanda individuais de potência que cada motor absorve da  rede. 

Exemplo: 01 motor de 1CV monofásico absorve da rede 1,1 KW.

Somado a potência de mais 14 motores, sua demanda individual de potencia absorvida reduz para 0,89 kW.

Após encontrar o valor de demanda individual de cada motor, multiplica se cada demanda individual pelo número de motores de mesma potência e após soma se os valores para obter a demanda total.

Neste caso a própria tabela já indica e considera nos cálculos fator de potência, rendimentos e fatores de demanda.

Para os 15 motores a potência demandada é 31,37 kVA.

Quadro 2 – Cálculo de demanda

Fonte: Elaborado pelo autor (Maio, 2016)

Determina se a demanda da edificação considerando o método de funcionamento das cargas da edificação, podendo o cliente adotar o método de calculo indicado na ND-5.1. (ND-5.1 CEMIG, 2013, pag.5-1)

2.5 DEFINIÇÕES DO MODELO DE PROJETO A SER ADOTADO

O tipo de modelo de subestação a ser adotada depende muito da tensão de saída a ser utilizada pelo cliente e da potência instalada na unidade consumidora.

Em posse do valor da demanda total é dimensionado a subestação. Neste caso como a demanda foi de 241,74 KVA, conforme calculado no item anterior, será definido a subestação n°1 – em poste demanda máxima de 300kVA, que é o foco deste trabalho.

Outro fator importante após a definição da demanda total é o nível de tensão secundária que o consumidor deseja para alimentar seus equipamentos. Neste caso optou se por 380/220V.

A tabela 04, mostrada abaixo indica algumas definições que devem ser observadas para constar em projeto e na hora da construção da subestação, por exemplo:

Para a demanda de 241,74 kVA com tensão secundária de 380/220 kVA, é aplicado um transformador de 300 kVA com primário em 13,8 kVA e o secundário em 380/220V. A medição será em baixa tensão com medidor eletrônico e TC’s de 400/5 e disjuntor de proteção em baixa tensão de 500A (30 kA Mínimo).

O ramal de entrada de energia será constituído de 02 cabos de #240,0mm² de cobre com isolação em PVC, para cada fase e neutro. #240,0mm². O eletroduto pode ser 2x¢110mm em PVC ou 2x¢100mm em AÇO. O aterramento será constituído de uma malha com cabo de cobre nu de seção nominal de 50mm² embutido no solo com no mínimo 9 hastes de aterramento e um valor de no máximo 10 ohms para resistência do aterramento.

Figura 1 – Dimensionamento da subestação N° 1

 Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 5-2)

Observações que devem constar em projeto para execução da subestação N°01.

• Transformador instalado em poste de seção circular 10 x 600 ou 11 x 600.

• Para fornecimento de demanda de até 300 kW, com um único transformador, e cuja tensão secundária do transformador seja 440/254V ou inferior, de acordo com os desenhos do Capítulo 6 da ND-5.3.

• Nesse tipo de subestação a medição a três elementos será na baixa tensão, e a proteção (exclusiva na baixa tensão) será através de 1 (um) disjuntor em caixa moldada, dimensionados de acordo com a Tabela 1, página 5-2 da ND-5.3.

• Alternativamente, pode ser utilizado disjuntor com térmico e magnético ajustável cujo ajuste mínimo permitido seja superior a 400A.

• Esta subestação deve estar localizada numa área reservada exclusivamente para a sua construção conforme as distâncias de segurança citadas no item 1.2.5, página 4-1 da ND-5.3.

• Excepcionalmente, a critério do responsável técnico pelo projeto elétrico, para os atendimentos nos quais o disjuntor indicado na Tabela 1, página 5-2, esteja subdimensionado em relação à demanda contratada, o disjuntor da subestação pode ser dimensionado conforme a seguir:

• I máximo = Demanda Contratada (kW) x 1,1 / 0,92 x 1,73 x kV (*)

(*) Tensão fase-fase referente à baixa tensão do transformador da SE nº 1

O disjuntor a ser utilizado deve ser o de corrente nominal padronizada imediatamente superior à corrente calculada e deve ser de um dos fabricantes relacionados no Manual do Consumidor nº 11 da Cemig. 

• A seguir está a relação da corrente nominal dos disjuntores padronizados:

100 – 120 – 150 – 175 – 200 – 225 – 250 – 275 – 300 – 350 – 400 – 450 – 500 – 600 – 800 – 1000.

É responsabilidade do responsável técnico pelo projeto o dimensionamento do disjuntor conforme esse item bem como dos eletrodutos e condutores conforme a proteção definida.

Para escolha do barramento de baixa tensão utilizados na caixa de proteção verifica se a tabela abaixo que define a seção nominal do barramento em função da corrente, no exemplo acima para a demanda de 241,74 kVA e proteção por disjuntor de 500A, tem se a barra de 302mm² de opera na faixa de 501 a 600 amperes.

Figura 2 – Dimensionamento do barramento de baixa tensão 

Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 5-4)

Nota: S deve ser tal que (I/S <= 2).

Modelos que podem ser aplicados a subestação N°1 com a demanda de 241,74kVA, com tensão secundária de 380/220V e proteção de 500A.

2.5.1 Ramal de ligação convencional e saída aérea ramal de entrada embutido.

Figura 3 – Desenho 01 da subestação N°1

Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-2)

2.5.2 Ramal de ligação ou de entrada e saída subterrânea – ramal de entrada embutido.

Figura 4 – Desenho 02 da subestação N°1

Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-3)

2.5.3 Ramal de ligação aéreo com cabo isolado, ramal de entrada embutido e ramal de saída subterrâneo.

Figura 5 – Desenho 03 da subestação N°1

Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-4)

Figura 6 – Modelo conforme figura 03 

Fonte: Elaborado pelo autor (Maio, 2016)

Figura 7 – Modelo conforme figura 03 

 Fonte: Elaborado pelo autor (Maio, 2016)

2.5.4 Modelo de instalação e montagem da caixa cm-9 ou cm-18 – para utilização como caixa de proteção para disjuntor até 1000a e tc até 1000/5A.

Figura 8 – Detalhes de montagem da subestação N°1 

 Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-5)

Figura 9 – Detalhes de instalação da caixa CM-9 ou CM-18 

 Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-5)

Figura 10 – Vista da CM-09 ou CM-18 conforme figura 07

Fonte: Elaborado pelo autor (Maio, 2016)

2.5.5 Suporte para os eletrodutos

Figura 11 – Detalhe do suporte para eletrodutos do ramal de entrada

Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-7)

Figura 12 – Vista do suporte para eletrodutos conforme figura 9

 Fonte: Elaborado pelo autor (Maio, 2016)

2.5.6 Subestação Nº1 compartilhada - saída subterrânea.

Figura 13 – Detalhe da subestação N°1 compartilhada

 Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-8)

2.5.7 Indicação dos materiais utilizados na construção da subestação N°1

Quadro 3 – Lista de materiais.

Fonte: CEMIG ND-5.3 (2013, p. 6-9).

2.5.6 Notas que devem constar em projeto para subestação N°1.

• ·         Para todos os atendimentos deve ser utilizado o cabeçote de alumínio para evitar a entrada de água na caixa de proteção geral.
• ·         Para todo tipo de subestação 1 deve ser usado o suporte mostrado no Desenho 6, página 6-7 ND-5.3. Devem ser previstos, no mínimo, 3 (três) suportes.
• ·         Para a montagem da caixa CM-9 ou CM-18, ver Desenho 5, página 6-6 ND-5.3. A Cemig deve disponibilizar antecipadamente os TC que serão utilizados para que a montagem dos barramentos possa ser executada com as medidas corretas.
• ·         A instalação dos TC ( na caixa CM-9 ou CM-18 ) será executada pela Cemig na presença do responsável pela montagem, sempre que o instalador não fizer a instalação antecipada desses componentes. Dessa forma, eventuais alterações que se façam necessárias sejam analisadas e comunicadas no local.
• ·         Nas emendas de barramentos os pontos de contatos devem ser "prateados" para assegurar uma boa conexão.
• ·         Em algumas montagens será necessário o uso de bornes superiores especiais no disjuntor para a conexão dos cabos indicados na Tabela 1, página 5-2 ND-5.3; em hipótese alguma será permitida a conexão de mais de um condutor em cada orifício do borne do disjuntor.
• ·         Os bornes inferiores do disjuntor devem ser adequados para conexão a barramento.
• ·         Caso seja utilizado disjuntor com regulagem de atuação térmica e/ou magnética o acesso a esses ajustes não é permitido após a selagem do espelho da caixa.
• ·         Para a montagem mostrada no Desenho 4, detalhe 2, página 6-5 ND-5.3, a saída é subterrânea após a medição.
• ·         O Desenho 5, página 6-6 ND-5.3, está em escala de 1 : 10 e considera disjuntor de 1000 A e TC 1000 : 5 A; serão admitidas alterações desde que não alterem a funcionalidade da montagem proposta.
• ·         0 poste deve ser de concreto, seção circular, com resistência mecânica de, no mínimo, 600daN.
• ·         Para locais com trânsito exclusivo de pedestre o poste pode ser de 10 m (mínimo) e a distância dos condutores de baixa tensão ao solo deve ser 3,50 m.
• ·         Para locais com trânsito de veículos o poste deve ser de 11 m (mínimo) e a distância dos condutores de baixa tensão ao solo deve ser 5,00.
• ·         Essa subestação considera transformadores com peso máximo de 150 daN ou 1500 kgf.
• ·         Aterramento deve ser conforme item 7, página 4-9 ND-5.3.
• ·         O vão entre a última estrutura da rede e a subestação deve ter comprimento máximo de 30(trinta) metros correspondente ao ramal de ligação.
• ·         A potência do transformador deve ser, no máximo, duas vezes o valor da demanda contratada e o transformador de menor potência deve ser o de 75kVA.
• ·         Essa caixa de passagem deve ser provida de tampa e deve ter as mesmas dimensões da caixa CM-9 ou CM-18, exceto em relação à altura; a altura e a forma construtiva dessa caixa ficam a critério do consumidor.
• ·         Nos casos que o cabo definido na Tabela 1, página 5-2 ND-5.3 ou ainda algum cabo de bitola superior definido pelo projetista, não sejam compatíveis com o borne do disjuntor especificado, deve ser utilizado o terminal de redução para adequação de bitola, sendo proibido o corte total ou parcial de quaisquer coroas do cabo para ligação ao borne.
• ·         O barramento de neutro deve ser instalado na lateral interna da caixa CM-9 ou CM-18 que receber o acoplamento da CM-4, ou seja, no mesmo lado da CM-4.
• ·         O transformador a ser utilizado na subestação compartilhada deve ter potência mínima de 150kVA.
• ·         A Subestação nº1 compartilhada pode, ainda, ser construída da seguinte forma em alternativa à montagem do Desenho 7, página 6-8 ND-5.3: a) sem a caixa CM-10; neste caso fica limitada em 3 (três) a quantidade de eletroduto a ser utilizada para a descida dos condutores entre o transformador e as caixas CM-9 ou CM-18 conforme os eletrodutos especificados na Tabela 1, página 5-2 ND-5.3.
• ·         O transformador da Subestação nº 1 deve ser instalado conforme os Desenhos 2 e 3, páginas 6-3 e 6- 4 ND-5.3, não devendo ser instalado acima da mureta onde está a medição da Cemig.

(ND-5.3 CEMIG, 2013, pag.6-10).

Nesta postagem é possível verificar o processo de elaboração de um projeto de entrada de energia de acordo com a norma CEMIG ND-5.3, seguindo o processo estabelecido na norma, com as definições, condições e métodos de escolha dos componentes para aplicação ao projeto. Os itens que devem constar no projeto, detalhes de instalação e método de cálculo, foram abordados com exemplos de como é feito e um exemplo de uma situação cotidiana.

Com isso este post passa aos profissionais, estudantes e interessados ao setor elétrico os passos para conhecer, juntamente com a ND-5.3, o caminho para construir esse sistema de entrada de energia tipo subestação N°1 para atendimento aos clientes com a indicação dos itens da norma a serem seguido e apresentação do modelo de projeto e seus passos para montagem do sistema.

Anexo A - Pag.01-02 Subestação N°1.

Anexo B - Pag.02-02 Subestação N°1.
Check List.

Devido os formatos dos anexos serem em PDF e o Chek list em XLS, favor solicitar os arquivos via e-mail ou Zap.

No mais, qualquer duvida entrem em contato.

Valeu, um abraço!

Atenciosamente;

Raniel Wilkens F. Carvalho

Eng. Eletricista - Crea MG 208780

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