Capítulo3_Instalações_Eletricas_I

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Universidade Federal do Espírito Santo
Centro Tecnológico
Departamento de Engenharia Elétrica
Prof. Hélio Marcos André Antunes
UFES - Instalações Elétricas I 11
Unidade 3: Condutores Elétricos -
Dimensionamento e Instalação
Instalações Elétricas I
Engenharia Elétrica
UFES - Instalações Elétricas I 22
3.1- Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• Condutor Elétrico: é todo material que possui a propriedade de
conduzir ou transportar energia elétrica, ou ainda, transmitir
sinais elétricos.
• Devem ser analisados sobre os seguintes aspectos:
– Material utilizado como condutor;
– Forma geométrica;
– Isolação e isolamento;
– Seção Nominal.
• Material:
– Alta resistividade
• Transformação de energia elétrica em térmica. Exemplo: Chuveiro,
ferros elétricos;
• Transformação de energia elétrica em luminosa. Exemplo:
Filamento de tungstênio;
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• Material:
– Alta condutividade
• Destinam-se a aplicações em que a corrente elétrica deve circular com
as menores perdas possíveis;
• Os materiais mais utilizados como condutores nas instalações elétricas
são: Cobre e Alumínio.
• Comparação entre cobre e alumínio
– Considerando duas seções de ambos os materiais, com mesma
resistência e comprimento:
– Para o transporte de uma mesma corrente, o condutor de alumínio
deve ter um diâmetro 28% maior que o de cobre, porém com metade
da massa.
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• Quanto a forma geométrica, os condutores elétricos podem ser
classificados como:
– Fio (Redondo Sólido): Formado por um único fio de metal
sólido, sendo sua construção limitada até seções de 16 mm2;
– Cabo: É um condutor constituído por vários fios encordoados,
isolados uns dos outros ou não. Para seções de até 10 mm2 é
denominado condutor flexível.
– Os cabos podem ser:
• Unipolares: quando constituídos por um condutor de fios trançados
com cobertura protetora;
• Multipolares: quando constituídos de dois ou mais condutores
isolados protegidos por uma camada protetora de cobertura comum.
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Exemplos de Condutores Elétricos
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• Observações importantes segundo a NBR5410/2004:
– Nas Instalações Elétricas Residenciais: somente podem ser
empregados condutores de cobre, exceto condutores de
aterramento e proteção;
– Nas Instalações Elétricas Comerciais: é permitido o uso de
condutores de alumínio, desde que a seção seja maior ou igual a
50mm2.
– Nas Instalações Elétricas Industriais: é permitido o uso de
condutores de alumínio, desde que sejam atendidas as seguintes
condições:
• a seção seja maior ou igual a 16mm2;
• a carga instalada seja maior ou igual a 50kW;
• instalações com manutenção qualificada.
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• Isolação:
– Trata-se de um conjunto de materiais isolantes aplicados sobre o
condutor, cuja finalidade é isolá-lo eletricamente do meio
ambiente que o circunda. Além disso, protege o condutor contra
ações mecânicas.
– Os materiais utilizados como isolação devem possuir elevada
resistividade e alta rigidez dielétrica.
Isolantes termoplásticos
amolecem com o aumento
de temperatura, enquanto
os termofixos não.
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• Não se deve confundir isolação com isolamento!
– Isolação define o aspecto qualitativo, como por exemplo isolação
de PVC, polivinil antiflam, etc.
– Isolamento se refere ao aspecto quantitativo, ou seja, condutor
com tensão de isolamento para 750 V, resistência de isolamento
12MΩ.
• A isolação dos condutores é sempre para uma determinada
“classe de isolamento”, relacionada a espessura da isolação e
características da instalação.
Vo: refere-se a 
tensão fase-terra 
V: tensão fase-fase
Valor mais comum em 
fios e cabos
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• Características quanto a variação de temperatura dos diversos
materiais usados na isolação de condutores.
• A temperatura máxima para serviço contínuo é a máxima
temperatura admitida para operação normal.
• A temperatura limite de sobrecarga não deve atingir 100 horas
durante 12 meses consecutivos, nem 500 horas durante a vida
do cabo.
• A temperatura limite de curto-circuito é a temperatura máxima
que a isolação pode atingir durante um curto-circuito que não
ultrapasse 5 segundos.
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
Curvas A e B: vida útil do condutor.
Curvas C e D: tempo máximo que o
condutor pode ficar sujeito a uma
temperatura maior que a de regime
contínuo.
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Conceitos Básicos sobre Condutores Elétricos
• As seções nominais de fios e cabos são dados em milímetros
quadrado (mm2), de acordo com uma série definida pela IEC,
aceita internacionalmente.
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3.2- Seções Mínimas dos Condutores Elétricos
• A NBR 5410:2004 estabelece os seguintes critérios com
relação as seções mínimas para os condutores:
– Fase;
– Neutro;
– Condutor de proteção (PE).
• A seguir serão apresentadas as seções mínimas de cada
condutor.
• Tais seções referem-se aos condutores dos circuitos terminais.
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3.2.1- Seção Mínima dos Condutores Fase
• A seção dos condutores fase, em circuitos CA, e dos
condutores vivos, em circuitos CC, não devem ser inferiores a:
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3.2.2- Seção do Condutor Neutro
• O condutor neutro, em um sistema elétrico de BT (Baixa
Tensão) tem por finalidade o equilíbrio e a proteção do sistema
elétrico.
• A NBR 5410/2004 define que:
– O condutor neutro não pode ser comum a mais de um circuito e
deve ter a mesma seção do condutor fase (circuito monofásico);
– Em circuitos trifásicos com neutro, caso os condutores fase sejam
superiores a 25 mm2, a seção do condutor neutro pode ser inferior à
dos condutores de fase, quando observada as seguintes condições:
• O circuito for presumidamente equilibrado em serviço normal;
• A corrente das fases não deve ter uma taxa de terceira harmônica e
múltiplos superior a 15%;
• O condutor neutro for protegido contra sobrecorrentes.
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Seção do Condutor Neutro
• Respeitando os três critérios citados anteriormente, a seção do
condutor neutro em um circuito trifásico pode ser
dimensionado da seguinte forma:
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3.2.3- Seção do Condutor de Proteção
• O condutor de proteção deve ser dimensionado a partir da
seguinte tabela:
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3.2.4- Identificação dos Condutores
• A NBR 5410/2004 define que as linhas elétricas devem ser
dispostas ou marcadas de modo a permitir a sua identificação
quando da realização de verificações, ensaios, reparos na
instalação.
– Condutor neutro: Deve ser identificado pela cor azul-claro;
– Condutor de proteção (PE): Deve ser identificado com dupla
coloração, verde-amarelo ou a cor verde;
– Condutor com a função PEN: Deve ser identificado com a cor
azul-claro, com anilhas verde-amarelo nos pontos visíveis e
acessíveis;
– Condutor Fase e Retorno: Pode ser identificado com qualquer
cor, observadas as restrições das cores dos condutores neutro, PE
e PEN.
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3.3- Dimensionamento de Condutores Elétricos
• É um procedimento para definir a seção mais adequada que
seja capaz de permitir a corrente elétrica, sem aquecimento
excessivo e que a queda de tensão seja mantida dentro dos
valores normalizados.
• A seção dos condutores deve ser determinada de forma que
sejam atendidos, no mínimo, todos os seguintes critérios:
– A capacidade de condução de corrente dos condutores deve ser
igual ou superior a corrente de projeto do circuito;
– Proteção de sobrecarga, curto-circuitoe solicitação térmica;
– Proteção contra choques elétricos por seccionamento automático
da alimentação em esquemas TN, TT e IT;
– Os limites de queda de tensão;
– As seções mínimas indicadas.
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3.3- Dimensionamento de Condutores Elétricos
• Neste capítulo os condutores elétricos serão dimensionados
pelos seguintes critérios:
– Seção Mínima ( NBR 5410/2004, só para circuitos terminais);
– Capacidade de Condução de Corrente (Ampacidade);
– Queda de Tensão (Método da queda de tensão unitária).
• Na etapa de dimensionamento dos dispositivos de proteção (
Unidade 4), será verificada a capacidade dos condutores com
relação a sobrecarga e curto-circuito.
• A proteção contra choque elétrico, por seccionamento
automático, será analisada na Unidade 7.
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3.3.1- Critério da Capacidade de Condução de Corrente
• Um condutor ao ser submetido a uma tensão, faz surgir em
suas extremidades uma corrente elétrica. Essa corrente, ao
passar pelo condutor, produz uma determinada quantidade de
calor, que segundo a Lei de Joule (P=Ri2) tende a elevar a
temperatura do condutor.
• A dissipação térmica do calor produzido pelo condutor
depende da natureza dos materiais constituintes e do meio
(maneira de instalar o condutor).
• Deve ser tomado cuidado para evitar que o calor eleve a
temperatura a níveis que possam danificar a isolação e outras
partes próximas.
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Tipo de Isolação
• A isolação determina a máxima temperatura a que os
condutores poderão estar submetidos em regime contínuo, em
sobrecarga ou em condições de curto-circuito, conforme a
tabela a seguir.
• Os condutores com isolação de PVC são os mais comuns em
instalações elétricas prediais.
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Maneira de Instalar- Seleção e Instalação de Linhas 
Elétricas
• Em uma instalação elétrica é necessário definir a maneira
como os condutores elétricos serão instalados, como exemplo:
– Eletrodutos embutidos ou aparentes;
– Canaletas, bandejas e eletrocalhas;
– Leito;
– Diretamente enterrados ou ao ar livre;
– Outras formas.
• A maneira de instalar exerce certa influência no que se refere a
capacidade de troca térmica entre os condutores e o ambiente,
e em consequência, na sua capacidade de corrente elétrica.
• Dessa forma a NBR 5410/2004 prevê inúmeras possibilidades
(mais de 75) para a instalação de condutores elétricos. A seguir
serão ilustradas algumas formas de instalação.
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Maneira de Instalar- Seleção e Instalação de Linhas 
Elétricas
Eletroduto flexível Eletroduto de PVC rígido Canaleta
Bandeja Eletrocalha Leito
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Maneira de Instalar- Seleção e Instalação de Linhas 
Elétricas
Para outros métodos de referência de instalação, 
definidos pela NBR 5410, consultar o livro texto.
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Corrente Nominal ou Corrente de Projeto (Ip)
• É a corrente que os condutores de um circuito de distribuição
ou circuito terminal devem suportar, levando-se em
consideração as suas características nominais
• Revisão de Circuitos Elétricos:
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Número de Condutores Carregados
• Entende-se por condutor carregado aquele que efetivamente é
percorrido pela corrente elétrica no funcionamento normal do
circuito.
• O número de condutores carregados a ser considerado é
indicado na Tabela a seguir.
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Definindo a Seção do Condutor
• Sendo conhecido os seguintes itens anteriores:
– Tipo de isolação;
– Maneira de instalar o circuito;
– Corrente de projeto (Ip);
– Numero de condutores carregados.
• Consultar as Tabelas 36 a 39 da NBR 5410/2004 (ou o livro
texto Instalações Elétricas Prediais - Geraldo Cavalin).
• Na coluna correspondente com os dados obtidos
anteriormente, encontraremos a seção do condutor, que deve
ser aquela que, por excesso, atenda ao valor de corrente, em
função das características de instalação do circuito.
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Dimensionamento de Condutores: Capacidade de Condução de 
Corrente
•Condutores de cobre com Isolação em PVC, Temperatura no condutor de 70°C.
•Temperaturas de referência do ambiente: 30°C (ar), 20°C (solo)
Exemplo: 
• Circuito Fase-Neutro -PE(127V),
• Condutor de cobre
• Isolação de PVC
• Temperatura ambiente 30º C
• Condutor isolado em seção 
circular embutido em parede 
termicamente isolante
•S=2000VA, Ip=15,75 A
Logo, o condutor para o 
circuito em análise terá 
seção de 2,5mm2, pelo 
critério da Ampacidade.
Ic
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Fatores de Correção para Dimensionamento de 
Condutores
• As tabelas para definição da seção dos condutores referem-se
apenas a determinadas situações, o que faz com que ajustes
precisem ser feitos em função de determinadas condições de
instalação.
• São dividas em três grupos:
– Fator de Correção de Temperatura (FCT): Se a temperatura
ambiente, ou do solo, for diferente da qual as tabelas foram
estabelecidas (solo 20oC e ambiente 30oC), aplica-se este fator,
sendo FCT <1 se a temperatura for maior e FCT >1 se menor;
– Fator de Correção da Resistividade Térmica do Solo (FCR): Os
valores de capacidade de corrente somente são válidos para
linhas subterrâneas (20oC), com uma resistividade térmica do
solo de 2,5K.m/W. Para diferentes tipos de solos deve-se aplicar
um fator FCR;
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Fatores de Correção para Dimensionamento de 
Condutores
– Fator de Correção de Agrupamento (FCA): Aplicável quando
existem mais de 3 condutores carregados, aplicados aos métodos
de referência de instalação definidos pela NBR 5410.
• Deste modo:
Z CI I FCT FCR FCA   
• IZ - Capacidade de condução de corrente dos condutores
corrigida, aplicando-se os fatores de correção.
•IC- Capacidade de condução de corrente dos condutores,
conforme Tabela da NBR 5410/2004.
• FCT – Fator de Correção de Temperatura.
• FCR – Fator de Correção de Resistência Térmica do solo.
• FCA – Fator de Correção de Agrupamento.
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Fator de Correção de Temperatura (FCT)
UFES - Instalações Elétricas I 32
Fatores de Correção
Resistividade Térmica do Solo (FCR)
Fator de Correção de Agrupamento (FCA)
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3.3.2- Critério do Limite de Queda de Tensão
• Os condutores apresentam, mesmo que pequena, uma
resistência à passagem da corrente elétrica.
• A corrente ao passar por essa impedância provoca uma queda
de tensão, que deve respeitar certos limites admissíveis.
• Estes limites não devem ser superiores aos valores
estabelecidos pela NBR 5410, a fim de não prejudicar o
funcionamento dos equipamentos conectados aos circuitos
terminais.
• A queda de tensão causa aos equipamentos elétricos a redução
de desempenho e vida útil de equipamentos, podendo causar a
queima de equipamentos a curto prazo.
UFES - Instalações Elétricas I 34
Critério do Limite de Queda de Tensão
• A queda de tensão em uma instalação elétrica, desde a origem
até o ponto mais afastado de qualquer circuito terminal, não
deve ser superior aos valores apresentados a seguir.
• Limites estabelecidos pela NBR 5410/2004:
UFES - Instalações Elétricas I 35
Critério do Limite de Queda de Tensão
CCM
UFES - Instalações Elétricas I 36
3.3.2.1- Método da Queda de Tensão Unitária
• Constitui um método mais preciso para o cálculo da queda de
tensão.
• Tanto a reatância indutiva quanto a resistência do cabo são
considerados para o cálculo da queda de tensão, além do fator
de potência da carga.
• Como desvantagem desse método, podemos destacar a
necessidade do uso de uma tabela fornecida pelo fabricante de
condutores.
• A tabela relaciona a queda de tensão unitária (V/A.km) para
cada seção do condutor, com a respectiva queda de tensão,
método de instalação e tipo de circuito.• A seguir será apresentado um roteiro para o desenvolvimento
deste método.
UFES - Instalações Elétricas I 37
Método da Queda de Tensão Unitária
• Roteiro para dimensionamento
– Tipo de isolação do condutor;
– Método de instalação;
– Material do eletroduto (magnético ou não-magnético);
– Tensão do circuito;
– Corrente de projeto (IP);
– Fator de potência (cos θ) do circuito;
– Comprimento (l) do circuito em km;
– Queda de tensão admissível e(%);
– Cálculo da queda de tensão unitária;
– Escolha do condutor: ΔVunit obtido pela fórmula deve ser comparado
com um valor tabelado. Este valor deve ser igual ou inferior ao valor
calculado
(%)
unit
p
e V
V
I l

 
 




KmA
V
.
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Método da Queda de Tensão Unitária
Tabela para o Método da Queda de Tensão Unitária ( Tabela 10.22)
UFES - Instalações Elétricas I 39
Exemplo
Exemplo 3.1) Dimensionar os condutores (cobre) para um chuveiro,
tendo como dados: Pn= 5400W, V=220V, cos θ=1, isolação de PVC,
eletroduto de PVC embutido em alvenaria, temperatura ambiente
30ºC, comprimento do circuito 15m.
UFES - Instalações Elétricas I 40
Tabelas
UFES - Instalações Elétricas I 41
Tabelas
Tabela para o Método da Queda de Tensão Unitária ( Tabela 10.22)
UFES - Instalações Elétricas I 42
Exemplo
Exemplo 3.2) A figura abaixo ilustra um trecho de uma instalação
elétrica residencial. Dimensione os condutores para o circuito 2,
considerando os condutores de cobre com isolação de PVC, tensão
V=127V e fator de potência igual a 0,8 atrasado. Considere que o
eletroduto de PVC (embutido em alvenaria) localiza-se em um
ambiente com temperatura de 35ºC.
UFES - Instalações Elétricas I 43
Tabelas
UFES - Instalações Elétricas I 44
Tabelas
UFES - Instalações Elétricas I 45
Tabelas
Tabela para o Método da Queda de Tensão Unitária ( Tabela 10.22)
UFES - Instalações Elétricas I 46
Exemplo
Exemplo 3.3) A figura abaixo ilustra o trecho de um circuito
alimentador, entre o medidor e o QDC. O circuito alimentador é
trifásico a cinco fios ( 3 fases + neutro + PE), com comprimento de
30 metros e alimenta uma carga total de 40 kW ( fp= 0,8 atrasado).
Dimensione os condutores para o circuito alimentador, considerando
os condutores de cobre com isolação de PVC, tensão de fase 127 V
e tensão de linha de 220 V. Considere que a carga elétrica do
circuito alimentador é equilibrada ( sem harmônicos de corrente), e
o mesmo está alocado em um eletroduto de PVC enterrado no solo
(método de instalação 61 A e método de referência D), com
temperatura de 20ºC. Adote FCR=1.
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Exemplo
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3.4- Eletrodutos para Instalações Elétricas
• Os eletrodutos podem ser tubos de metal ( magnéticos ou não
magnéticos) ou de PVC (rígidos ou flexíveis).
• Tem como principal função:
– Proteção dos condutores contra ações mecânicas e contra
corrosão;
– Proteção do meio contra perigos de incêndio, resultantes do
superaquecimento dos condutores ou arcos.
• É vedado o uso como eletroduto de produtos que não sejam
expressamente apresentados e comercializados como tal (como
mangueiras e tubos para água);
• Só são admitidos eletrodutos não-propagadores de chama,
quando não envolvidos por materiais não-combustíveis.
UFES - Instalações Elétricas I 49
Tipos de Eletrodutos
Eletroduto flexível (corrugado)
•Aplicações: Instalações elétricas embutidas
executadas na alvenaria com recobrimento
de argamassa;
• Fabricado em PVC Antichama;
• Cor amarela (leve esforço mecânico de até
320N/5cm de compressão);
• Cor azul, cinza e laranja (médio esforço
mecânico, de até 750N/5cm).
Eletroduto rígido
•Aplicações: Entradas de padrões residenciais
e instalações embutidas em obras prediais,
comerciais e industriais, onde a solicitação
dos esforços mecânicos durante a
concretagem é elevado;
• Fabricados em PVC Antichama e na cor
preta.
Especificações dos Eletrodutos
UFES - Instalações Elétricas I 50
Eletroduto flexível 
Eletroduto rígido
UFES - Instalações Elétricas I 51
Instalação de Eletrodutos e Acessórios
UFES - Instalações Elétricas I 52
Instalação de Condutores em Eletrodutos
• A NBR 5410/2004 define os seguintes critérios quanto a
instalação de condutores nos eletrodutos:
– Em condutos fechados, admite-se a possibilidade de condutores
de mais de um circuito, nos seguintes casos:
1. Desde que sejam atendidas simultaneamente as três condições:
• Os circuitos devem pertencer a mesma instalação, isto é, originarem do mesmo
dispositivo geral de proteção;
• As seções nominais dos condutores de fase devem pertencer a um
intervalo de três valores normalizados;
• Todos os condutores devem ser isolados para a mais alta tensão nominal
presente.
2. No caso dos circuitos de força, de comando e/ou sinalização de
um mesmo equipamento;
Obs: Nos eletrodutos só devem ser instalados condutores isolados,
salvo quando o eletroduto for utilizado exclusivamente para o
sistema de aterramento elétrico.
UFES - Instalações Elétricas I 53
Taxa Máxima de Ocupação
• A área útil dos eletrodutos deve possibilitar a instalação e
retirada com facilidade dos condutores, bem com deixar uma
área livre para permitir a dissipação de calor.
• A NBR 5410/2004 define as seguintes prescrições com relação
a taxa máxima de ocupação:
– A taxa máxima de ocupação do eletroduto, dado pelo quociente
entre a soma das áreas da seções transversais dos condutores
previstos e a área útil da seção transversal do eletroduto, não
deve ser superior a :
• 53% no caso de um condutor ( fio ou cabo);
• 31% no caso de dois condutores;
• 40% no caso de três ou mais condutores.
UFES - Instalações Elétricas I 54
Instalação de Eletrodutos
• A NBR 5410/2004 determina as condições para instalação de caixas
de derivação ou de passagem, para interligar trechos de eletrodutos.
• Trechos contínuos de eletrodutos:
– Os trechos contínuos de tubulação, não devem exceder 15m de
comprimento para linhas internas a edificação e 30m para linhas
externas a edificação;
– Se os trechos incluírem curvas, o limite de 15m e 30m deve ser
reduzido em 3m para cada curva de 90º;
– Quando o eletroduto passar por um local que não seja possível a
instalação de caixa de passagem, o comprimento do trecho pode
ser aumentado, desde que seja utilizado um eletroduto de
tamanho nominal imediatamente superior para cada 6m, ou
fração, de aumento da distância calculada.
• Em cada trecho da tubulação, entre duas caixas de passagem, podem
ser previstas no máximo três curvas de 90º. Não pode haver curva
com deflexão superior a 90º.
UFES - Instalações Elétricas I 55
Roteiro para Dimensionamento de Eletrodutos
• Para o dimensionamento de eletrodutos, deve-se proceder da
seguinte forma:
a) Para condutores de seções diferentes, determinar a seção total
ocupada pelos condutores conforme a tabela abaixo, utilizando a
seguinte equação:









 

N
n
n
T
D
S
1
2
4

UFES - Instalações Elétricas I 56
Di – Diâmetro interno do eletroduto (mm).
ST – Área ocupada pelos condutores elétricos
Tx – Taxa de ocupação (0,53 ; 0,31 ; 0,4);
Se= Área interna do eletroduto;
Roteiro para Dimensionamento de Eletrodutos
b) Determinar o diâmetro externo do eletroduto (mm), com o valor
de ST obtido no item a, por meio da tabela abaixo.
T
x
e
S
T
S
 2
4
T
x
i
S
T
D


2 Ti
X
S
D
T


2
4 x
T
i
T
S
D



e
Di
De
UFES - Instalações Elétricas I 57
Roteiro para Dimensionamento de Eletrodutos
c) Para determinar o comprimento máximo dos eletrodutos para
interligação de caixa de passagem, utiliza-se a equação:
Lmax- Comprimento máximo entre duas caixas (m).
N- Número máximo de curvas de 90º no trecho (0-3).
d) Quando não for possível a utilização de caixa de passagem
dentro dos limites definidos por norma, utiliza-se um eletroduto
de seção nominal imediatamente superior para cada 6m, ou
fração, de aumento dessa distância. Deve-se utilizaresta
equação:
A- Aumento do eletroduto
Lreal- Comprimento real do trecho (m)
Lrmax- Comprimento máximo por Norma (m)
N3-15Lmax 
6
maxLLA real


maxL 30-3 N 
Externo a 
edificaçãoDentro da 
edificação
UFES - Instalações Elétricas I 58
Exemplo
Exemplo 3.4) Dimensione o trecho do eletroduto de PVC rígido,
conforme desenho apresentado a seguir. Considere os condutores
como fios e o trecho da instalação como sendo interno a residência.
UFES - Instalações Elétricas I 59
Tabelas
UFES - Instalações Elétricas I 60
Exemplo
Exemplo 3.5) Dimensione o trecho do eletroduto de PVC rígido,
conforme desenho apresentado a seguir. Considere os condutores
como fios e o trecho da instalação como sendo interno a residência.