Projeto Automatizado de Instalações Elétricas de Baixa Tensão

Tradicionalmente, projetar sistemas elétricos de baixa tensão era um processo árduo e demorado que consistia em semanas e mais semanas de esquemas de engenharia, verificação de circuitos e encomenda de hardware a partir de listas meticulosas feitas em planilhas. O advento de ferramentas automatizadas para projetar sistemas de baixa tensão mudou consideravelmente essa situação. O software automatizado agora permite a criação automática de diagramas, seleção de equipamentos, cálculo de cabos e elaboração de layouts de painéis elétricos com possíveis economias de tempo na ordem de 30-70%. Por isso, o advento dessa tecnologia representa um grande avanço no desenvolvimento da engenharia para a geração de engenheiros recém-formados, fabricantes de painéis e produtores.

Este texto tenta fornecer informações mais completas sobre a tecnologia de projeto automatizado de baixa tensão.

Em resumo: O projeto automatizado de instalações elétricas de baixa tensão consiste no uso de plataformas elétricas CAD/CAE (como EPLAN Electric P8, AutoCAD Electrical, SEE Electrical, etc.) juntamente com o uso de uma biblioteca de dispositivos e dados de especificação para automatizar o processo de geração de projetos elétricos.

O Que É Projeto Elétrico Automatizado de Baixa Tensão?

O projeto automatizado de sistemas elétricos de baixa tensão é o uso de software de engenharia elétrica (CAD ou CAE elétrico) para projetar, verificar e implementar projetos elétricos de forma automatizada, em vez de criar diagramas e conexões manualmente. Ao falar de sistemas de baixa tensão, referimo-nos à definição da IEC, que significa instalações elétricas de até 1.000V AC (ou 1.500V DC) — estes podem ser painéis de distribuição elétrica, centros de controle de motores (MCCs), controles de máquinas, quadros de comando, etc.

Aspectos que podem ser automatizados:

• Criação de esquemas — a criação de diagramas por meio da inserção de símbolos e sua conexão, bem como a numeração dos fios, é feita automaticamente.
• Verificação das regras de projeto — o software verifica a possibilidade de conexão dos dispositivos e se eles cumprem as normas.
• Seleção e dimensionamento de dispositivos — é possível escolher dispositivos a partir de bancos de dados dos fabricantes com o uso de dimensionamento baseado em regras (por exemplo, os cálculos para coordenação de proteções).
• Posicionamento dos dispositivos em um painel ou caixa — isso se refere ao estabelecimento do layout dos dispositivos em painéis 2D ou 3D considerando distâncias e características térmicas.
• Produção de documentos — o processo de diagramas de terminais, descrições de circuitos, trajetos de cabos, listas de materiais, etc., é realizado automaticamente.

O resultado dessa abordagem ao projeto é que o pessoal de engenharia como um todo toma as decisões enquanto o software executa a função de contabilização, onde a maioria dos erros era cometida anteriormente.

Por Que Isso Importa: O Problema do Projeto Manual

O projeto manual de baixa tensão tem três problemas crônicos que a automação ataca diretamente:

O custo dos erros cometidos por empresas que fabricam painéis ou equipamentos é duplamente alto — uma vez devido à reengenharia do design e outra pela falha do equipamento no chão de fábrica — ressaltando a necessidade de que o design automatizado seja integrado com a qualidade da fabricação automatizada.

O Fluxo de Trabalho de Design Automatizado, Passo a Passo

O cronograma de um projeto comum de automação de design de baixa tensão consiste nas seguintes etapas.

• A fase de inicialização do projeto envolve definir padrões e selecionar um modelo de empresa e biblioteca de equipamentos.
• Durante a fase de eletrificação, são definidos a energia de entrada, o nível de distribuição, bem como o consumo (cargas: motores, dispositivos de iluminação, aquecedores, equipamentos de controle).
• As etapas de posicionamento de equipamentos e símbolos consistem em lidar com disjuntores, relés de controle e componentes de automação, bem como equipamentos eletrônicos, de acordo com as informações da biblioteca de dados.
• O procedimento de cabeamento automático inclui o uso de software para conectar dispositivos automaticamente – a ligação de cada fio é realizada por macros que permitem completar todo o processo de uma só vez.
• As verificações das regras de design devem ser seguidas para validar as conexões do ponto de vista das regras de design, verificando terminais abertos, bem como confirmando a correspondência dos dispositivos de proteção.
• Condutores e dispositivos de proteção são dimensionados usando ferramentas baseadas em regras – tipos de fios e classificações dos dispositivos de proteção são estimados com base nas cargas (normas IEC 60204-1, tabelas NEC ou informações dos fabricantes).
• Durante o processo de geração do layout do painel, ocorre o posicionamento dos dispositivos em uma instalação bidimensional ou tridimensional, levando em consideração tanto os espaçamentos quanto as cargas térmicas.
• A documentação é gerada automaticamente e inclui planos de terminais, tabelas de cabos, listas de fios, documentos de lista de materiais (BOM) e etiquetas.
• Espera-se que o equipamento fabricado seja exportado com sucesso do computador de acordo com os padrões utilizados.

Durante cada etapa do desenvolvimento do projeto, é possível monitorar as alterações feitas em um dos dois dispositivos para garantir que todo o sistema de diagramas e documentos seja atualizado simultaneamente para evitar lacunas na documentação.

As Principais Plataformas de Software

O campo é dominado por algumas plataformas estabelecidas de CAD/CAE elétrico:

Atualmente, o EPLAN é o padrão para engenharia elétrica, enquanto o AutoCAD Electrical é preferido em várias empresas de engenharia que já utilizam software Autodesk. As escolhas feitas pelas empresas geralmente dependem de seus próprios sistemas e da natureza do trabalho que realizam.

Recursos principais que realizam o trabalho

O poder da automação deve-se aos seguintes recursos:

• Um banco de dados de dispositivos com informações reais que inclui dados de peças do fabricante (como catálogos de fornecedores) e informações sobre símbolos, dimensões, classificações e números de peça.
• Macros são circuitos padrão pré-montados que podem ser inseridos como uma única unidade, economizando muito tempo nos processos de design mecânico ou elétrico.
• Numeração automática de fios significa que cada conexão tem seu próprio número de acordo com seu esquema de numeração.
• Verificação de regras de design (DRC) permite que você insira verificações personalizadas para peças faltantes e pinos desconectados.
• O gerenciamento de referências cruzadas também previne erros na referência cruzada de conexões que contêm fios de bobina para contato.
• O gerenciamento baseado em RW permite gerar automaticamente informações de terminais diretamente a partir do esquema.
• Uma lista de materiais pode ser obtida com a ajuda de um relatório BOM que contém nomes e preços das peças.
  O RW permite gerar etiquetas e números de fios que podem ser impressos no departamento de produção.

Normas que tornam a automação possível

É devido ao uso de normas que regem o design de baixa tensão que a automação é possível:

Estas são as normas que convertem designs elétricos de representações gráficas livres em dados estruturados.

Dados de dispositivos: a base da automação

A qualidade do resultado de um projeto automático é determinada exclusivamente pela qualidade dos dados do dispositivo por trás dele. É por isso que devemos prestar atenção aos ecossistemas dos fabricantes:

• Os portais de dados de dispositivos, como o EPLAN Data Portal ou bibliotecas CAD dos fornecedores, fornecem dados atualizados e validados sobre peças (símbolos, classificações, dimensões, números de peça).
• Um dispositivo selecionado no software traz para o projeto seus dados elétricos reais (em termos de dimensionamento e lista de materiais) com base nas especificações do respectivo fabricante.
• Quando a biblioteca de dispositivos de um fabricante não está disponível, os engenheiros constroem dados personalizados — por isso trabalhar com fornecedores de componentes que publicam dados elétricos completos (como automação de fabricantes de disjuntores práticas) torna a integração do projeto mais suave.
• A manutenção dos dados é importante: dados de dispositivos desatualizados resultam em erros na medição do projeto, sendo uma das poucas situações em que a automação falha devido a erros relacionados a dados.

Projetando para Equipamentos de Baixa Tensão: De MCCs a Painéis

O projeto automatizado cobre todos os dispositivos de baixa tensão:

• Caixas de distribuição e painéis de distribuição conforme a norma IEC 61439: conexão à rede elétrica, sistemas de barramento, distribuição de eletricidade para os usuários de energia elétrica e coordenação de proteção – tudo feito automaticamente.
• Centros de controle de motores: incluindo unidades de partida, como DOL, partidas estrela-triângulo, soft starters e VSDs, todos feitos de macros padrão com dimensionamento automático dos dispositivos de proteção.
• Painéis de controle de máquinas conforme a norma IEC 60204-1: circuitos de controle, E/S de PLC, interruptores, atuadores, circuitos de segurança – fiação feita automaticamente.
• Instalação elétrica em grandes construções: distribuição final, iluminação elétrica e tomadas também são feitas automaticamente.

Do Projeto à Fabricação: A Transferência para a Fábrica

Para os fabricantes, a vantagem do uso do projeto automatizado é maximizada porque a informação é alimentada diretamente na produção.

• Processamento de fios: listas de fios prontas controlam as máquinas usadas para cortar, descascar e crimpar fios.
• Impressão de etiquetas: os números dos fios são impressos a partir do mesmo banco de dados fonte das etiquetas, portanto não há diferença entre o que é impresso e o que é mostrado nos desenhos.
• Montagem de terminais: layouts de trilhos de terminais e informações de marcação são desenvolvidos para a bancada de montagem de terminais.
• Testes: devido à automação dos testes, as informações de conexão são alimentadas diretamente do projeto para as máquinas de teste e, assim, os resultados são relatados com base nos projetos e não nas anotações.
• Precisão conforme construído: uma vez que o modelo serve como base para toda a produção, o painel que é enviado é produzido de acordo com o modelo e, portanto, não há discrepâncias de campo ou problemas de garantia.

Benefícios Medidos: Tempo, Erros, Custo

Resultados reportados pela indústria do projeto automatizado de baixa tensão (faixas típicas):

Quando se trata deste cálculo, o resultado geralmente é óbvio: qualquer empresa que produza pelo menos alguns painéis por ano recuperará seus gastos com o software e treinamento em apenas alguns projetos, além de continuar economizando dinheiro devido à redução de erros.

Desafios e o que a automação não resolve

Abaixo estão as limitações a considerar ao implementar automação no projeto de engenharia:

• O investimento inicial na automação do ciclo de engenharia pode ser substancial, incluindo licenças de software, treinamento e configuração da biblioteca (os usuários precisam de algumas semanas ou meses para se acostumar com as novas ferramentas).
• A qualidade dos resultados é limitada pela qualidade dos dados; se as bibliotecas forem antigas ou inexistentes, os resultados produzidos pela automação serão falhos.
• A automação não substitui o raciocínio e a experiência humana; enquanto o software realiza verificações e produz documentação, os engenheiros são responsáveis pelo processo de tomada de decisão.
• Todos os modelos, fluxos de trabalho e processos da empresa devem ser padronizados para permitir que os benefícios da automação sejam alcançados; caso contrário, hábitos ruins de desenho levarão a resultados ruins.
• Gestão de legado: é necessário estar ciente de que os desenhos manuais existentes precisarão ser convertidos.

Como adotar o projeto automatizado de baixa tensão

Uma estratégia lógica de implementação:

• Escolha o programa que se adequa ao seu ecossistema (EPLAN para industrial/máquinas; AutoCAD Electrical para consultoria).
• Estabeleça uma estrutura de trabalho: modelos comerciais, normas (nomeação IEC 81346), biblioteca de símbolos e dispositivos dos fornecedores que você usa com frequência.
• Desenvolva macros para circuitos padrão — é aqui que a maior parte da economia de tempo ocorre.
• Treine uma equipe piloto com um tipo de projeto; analise o tempo e os erros antes e depois.
• Implemente os padrões de trabalho — modelos e listas de verificação podem ser obrigatórios para cada projeto.
• Vincule à produção: processamento de cabos, impressão de etiquetas e testes na fábrica.
• Controle de dados: atribua responsabilidade pelas bibliotecas e revise-as quando novos produtos aparecerem.

Perguntas frequentes

Qual software é usado para projeto elétrico automatizado?

As principais plataformas incluem EPLAN Electric P8 (o padrão industrial para projeto elétrico em painéis e máquinas), AutoCAD Electrical (preferido por consultores e pequenas empresas), SEE Electrical (um produto intermediário) e ferramentas integradas 3D como EPLAN Pro Panel e SolidWorks Electrical. Essas plataformas automatizam a numeração de fios, verificação de regras de projeto, dimensionamento de dispositivos, geração de lista de materiais (BOM) e documentação usando dados estruturados dos dispositivos.

Quais normas regem o projeto elétrico de baixa tensão?

As principais normas são IEC 60204-1 (equipamento elétrico de máquinas), IEC 61439 (conjuntos de manobra de baixa tensão), IEC 81346 (designações de referência), IEC 61082 (documentação) e IEC 60617 (símbolos gráficos) e normas de dispositivos como IEC 60947 e UL 489. Estas normas contêm todos os dados, que são usados e verificados pelo software de automação.

Quanto tempo o design elétrico automatizado economiza?

Relatórios comuns mostram uma melhoria no ciclo de design de qualquer lugar entre 30% a 70%, com os melhores resultados em circuitos industriais repetíveis desenvolvidos a partir dos blocos macro (como partidas de motor e circuitos de controle). Erros de conexão e documentação são reduzidos de 50% a 90%, pois as verificações das regras de design capturam erros durante o projeto, em vez de durante os testes do painel. Para qualquer estabelecimento que faça vários painéis por ano, o retorno do investimento geralmente ocorre nos primeiros projetos.

O design automatizado substitui os engenheiros elétricos?

De forma alguma; elimina o trabalho tedioso de papelada e desenho, mas não elimina a engenharia. O engenheiro ainda decide sobre a arquitetura, conceito de proteção, lógica de segurança e equipamentos; o software apenas automatiza a fiação, verificações, cálculos e documentação. Assim, o resultado é que os engenheiros passam mais tempo na solução de design e menos tempo criando desenhos — portanto, a fábrica obtém resultados mais precisos.

Referências

1. EPLAN — Plataforma de Engenharia Elétrica Electric P8 e Pro Panel
2. Autodesk — AutoCAD Electrical
3. IEC 60204-1 — Equipamento Elétrico de Máquinas; IEC 61439 Conjuntos de Baixa Tensão; IEC 81346 Designações
4. NFPA 70 (NEC) — Requisitos de Instalação de Baixa Tensão (contexto dos EUA)
5. UL — Normas UL 489 e UL 508A para Painéis de Controle Industriais
6. IGN (SEE Electrical) — Software CAD/CAE Elétrico

Conclusão

O design automático de instalações elétricas de baixa tensão não é mais uma questão de escolha, mas uma necessidade na corrida. Os engenheiros agora dispõem de meios avançados de design elétrico, bem como ferramentas de desenho assistido por computador elétrico, dados estruturados de equipamentos e normas como IEC 81346 e IEC 61439 que possibilitam desenhar esquemas automaticamente, selecionar equipamentos, verificar projetos e transmitir dados para o processo de fabricação tudo de uma vez. O investimento é real, mas também o resultado: o design automatizado é o elo entre a engenharia e a produção automatizada para fabricantes de painéis e máquinas, bem como outros produtores.