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Dimensionamento de condutores elétricos Apresentação Em uma indústria, pode haver equipamentos com baixa potência e, portanto, baixo consumo, mas também outros com potência mais elevada. Os equipamentos de baixa potência apresentam, em geral, menor consumo. No entanto, ambos necessitam que a rede elétrica e seus circuitos estejam corretamente dimensionados. As instalações elétricas industriais são compostas por vários componentes essenciais para que o sistema e os circuitos funcionem de forma correta. Todas as instalações elétricas industriais devem ser desenvolvidas seguindo as regulamentações e normas estabelecidas. Desse modo, são muito importantes os projetos de instalações elétricas industriais que permitam um fornecimento de energia adequado e seguro para todos. Nesta Unidade de Aprendizagem, você estudará os diferentes tipos de sistemas de distribuição e saberá como reconhecê-los. Além disso, verá como definir os critérios para o dimensionamento da seção mínima de diversos tipos de condutores, como o de proteção, além de compreender as características e a forma de dimensionar os barramentos e condutos. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Reconhecer diferentes sistemas de distribuição.• Definir os critérios para dimensionamento da seção mínima de condutores.• Descrever as características e o dimensionamento de barramentos e condutos.• Infográfico O aterramento elétrico tem a finalidade de proteger a instalação elétrica e as pessoas que a utilizam através da ligação intencional com a terra. Os critérios de aterramento de instalações de baixa tensão estão bem estabelecidos na norma NBR 5410-2004. Neste Infográfico, você vai saber como identificar os diversos tipos de aterramento. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/36a7814e-3ff2-4484-b0bf-ca755fc4874d/5bcd7238-d6a1-4ef7-b568-d116fcffdd67.jpg Conteúdo do livro Um projeto de instalação elétrica industrial, para ser eficiente e seguro, deve cumprir as normas técnicas específicas da ABNT e da concessionária local fornecedora de energia, bem como trabalhar com materiais e dispositivos de qualidade. Para maior facilidade de compreensão desse tópico, é necessário que você esteja familiarizado com o uso de tabelas e com circuitos elétricos. No capítulo Dimensionamento de condutores elétricos, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, você irá conhecer os diferentes tipos de sistemas de distribuição. Você também aprenderá como definir os critérios para o dimensionamento da seção mínima de diversos tipos de condutores e saberá as características e como dimensionar os barramentos e condutos. Boa leitura. INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM > Reconhecer diferentes sistemas de distribuição. > Definir os critérios para dimensionamento da seção mínima de condutores. > Descrever as características e o dimensionamento de barramentos e con- dutos. Introdução As instalações elétricas industriais devem ser planejadas e executadas por pro- fissionais qualificados e competentes. Compreender a produção, a transmissão, a distribuição e a utilização de energia elétrica é fundamental no projeto de instalação elétrica de todo tipo de segmento industrial. Fazer um projeto de instalação industrial eficiente permite o uso da energia na indústria com o intuito de reduzir as falhas e os desperdícios. Neste capítulo, você vai aprender sobre os diferentes sistemas de distribuição. Você também vai estudar os critérios para o dimensionamento da seção mínima de condutores e compreender as características e o dimensionamento de bar- ramentos e condutos. Dimensionamento de condutores elétricos Andrea Acunha Martin Sistemas de distribuição O sistema elétrico compreende três fases: geração, transmissão — com as subestações elevadora e abaixadora — e distribuição (CREDER, 2016). A geração de energia elétrica abrange a transformação de fontes primárias em eletri- cidade. No Brasil, a geração é realizada principalmente por meio da energia potencial da água pelas hidrelétricas. Já na transmissão, ocorre o transporte da energia elétrica gerada até os centros consumidores. Ela é realizada pelos condutores elétricos, que possuem diferentes diâmetros. A distribuição da energia elétrica está incluída nas cidades, nos bairros e nas indústrias e começa na subestação abaixadora de tensão, onde a tensão da linha de transmissão é baixada, por exemplo, na rede de distribuição primária, para 13,8 KV e 34,5 KV (valores padrões). Das redes de distribuição primária partem as redes de distribuição secundária, ou redes de baixa tensão. A parte final do sistema de distribuição acontece na subestação abaixadora para baixa tensão, com valores para o sistema trifásico de 380/220 V ou 220/127 V e, para o sistema monofásico, de 220/110 V. No Brasil, temos cidades onde a tensão fase-neutro é de 220 V, como Recife e Brasília, 127 V, como Porto Alegre e Rio de Janeiro, e 115 V, como São Paulo. Nos centros urbanos, as tape 220/110 V podem ser aéreas ou subterrâneas. O processo de elevação ou redução de tensão no sistema elétrico é feito por transformadores trifásicos. Nas redes subterrâneas, os transformadores são montados em câmaras subterrâneas, e nas redes aéreas, nos postes ou em subestações abrigadas. As redes de distribuição primária e secundária são normalmente trifásicas; já as ligações com os consumidores podem ser mo- nofásicas, bifásicas ou trifásicas. Essa classificação é de acordo com a carga: � até 4 KW, monofásica, com dois condutores; � entre 4 e 8 KW, bifásica, com três condutores; � maior do que 8 KW, trifásica, com três ou quatro condutores. Em algumas concessionárias, existe uma tolerância entre 8 e 15 KW de ligação bifásica, porém, acima de 15 KW, somente são permitidas ligações trifásicas (CREDER, 2016). Existem vários modelos de sistemas de distribuição, e o seu uso vai depender do tipo e da grandeza da carga da instalação. Dimensionamento de condutores elétricos2 Sistemas de condutores vivos Com relação aos sistemas de corrente alternada, existem os sistemas mono- fásico a dois ou três condutores e trifásico a três, quatro ou cinco condutores, descritos a seguir. � Sistema monofásico a dois condutores (F–N): é normalmente usado em instalações residenciais isoladas e também nos prédios comerciais e residenciais com menor número de unidades de consumo e de pequena carga (Figura 1). Figura 1. Sistema monofásico a dois condutores. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 135). Se cu nd ár io do tr an sf or m ad or Aterramento F N 127 V ou 220 V � Sistema monofásico a três condutores: é utilizado em instalações residenciais e comerciais pequenas, em que existe carga de iluminação e motores (Figura 2). Sua utilização é limitada. Figura 2. Sistema monofásico a três condutores. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 135). Se cu nd ár io do tr an sf or m ad or Aterramento 110 V ou 220 V 110 V ou 220 V 220 V ou 440 V F N Dimensionamento de condutores elétricos 3 � Sistema trifásico a três condutores (3F): é o sistema secundário em que há duas possibilidades para conexão: triângulo (Δ) ou estrela (Y) com o ponto neutro isolado. Seu uso se faz normalmente em instalações in- dustriais em que os motores são a carga principal do sistema (Figura 3). Figura 3. Sistema trifásico a três condutores: (a) em triângulo; (b) em estrela. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 136). a b � Sistema trifásico a quatro condutores (3F–N): é um tipo de sistema secundário que é mais utilizado nas instalações elétricas industriais e comerciais de menor escala. O mais comum é a utilização da con- figuração estrela com o ponto neutro aterrado (Figura 4). Na prática, temos os sistemas: ■ a quatro condutores: 220 Y/127 V; 380 Y/220 V; 440 Y/254 V; 208 Y/120 V. ■ a três condutores:440 V; 380 V; 220 V. ■ a dois condutores: 127 V; 220 V. Dimensionamento de condutores elétricos4 Figura 4. Sistema trifásico a quatro condutores em estrela. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 137). Se cu nd ár io d o tr an sf or m ad or Aterramento da alimentação Massa PE A B C PEN 440 V 440 V 440 V 220 V 380 V 220 V 380 V 220 V 380 V � Sistema trifásico a cinco condutores (3F–N–T): esse tipo de sistema secundário de distribuição é mais utilizado nas instalações elétricas industriais de médio e grande portes. A configuração mais usada é a estrela com o ponto neutro aterrado (Figura 5). Figura 5. Sistema trifásico a cinco condutores. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 137). Se cu nd ár io d o tr an sf or m ad or N PE Aterramento da alimentação Massa A B C N PE Dimensionamento de condutores elétricos 5 Sistemas de aterramento A Norma Brasileira (NBR) 5410:2004 utiliza uma simbologia que classifica os sistemas de aterramento das instalações por meio de letras, conforme apresentado a seguir. � A primeira letra está relacionada à situação da alimentação em relação à terra, sendo: ■ T — um ponto diretamente aterrado; ■ I — isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterra- mento de um ponto por meio de uma impedância. � A segunda letra está relacionada à situação das massas em relação à terra, sendo: ■ T — massas diretamente aterradas, independentemente do aterra- mento eventual de um ponto de alimentação; ■ N — massas ligadas diretamente ao ponto de alimentação aterrado, sendo o ponto de aterramento, em corrente alternada, normalmente o ponto neutro. � Eventuais letras relacionadas à disposição do condutor neutro e do condutor de proteção: ■ S — funções de neutro e de proteção garantidas por condutores diferentes; ■ C — funções de neutro e de proteção combinadas em um só condutor. De acordo com a norma NBR 5410:2004, as instalações devem ser executadas seguindo os sistemas descritos a seguir. � TN: possui um ponto diretamente aterrado, e as massas são ligadas a esse ponto por meio de condutores de proteção. Existem três tipos de sistemas TN: TN–S, TN–C e TN–C–S, de acordo com a disposição do condutor neutro e do condutor de proteção. � TT: possui o ponto de alimentação da instalação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a eletrodos de aterramento independentes do eletrodo da alimentação. � IT: nesse sistema, o ponto de alimentação não está diretamente aterrado. Dimensionamento de condutores elétricos6 Nesta seção, foram apresentados os vários tipos de sistemas de distri- buição e a forma de identificá-los. Na próxima seção, você vai verificar como dimensionar os diversos tipos de condutores. Dimensionamento de condutores A corrente elétrica flui através dos condutores, que, por essa razão, são constituídos de materiais de boa condutibilidade elétrica, como cobre e alumínio. Um fio é um condutor maciço cuja seção é circular e pode ter ou não isolamento. O cabo é um conjunto de fios encordoados não isolado. Podemos classificar os cabos basicamente em dois tipos (SILVA, 2015): � unipolares — são formados por um condutor com fios trançados com cobertura isolante (Figura 6a); � multipolares — são formados por dois ou mais condutores isolados e protegidos por uma camada protetora comum (Figura 6b). Figura 6 Cabos (a) unipolares e (b) multipolares. Fonte: Adaptada de Silva (2015). Dimensionamento de condutores elétricos 7 Os materiais que compõem os fios devem ser próprios para o uso. Nas instalações residenciais, usamos condutores de cobre, exceto nos condutores de proteção e aterramento. Nas instalações comerciais, é permitido o uso de condutores de alumínio com seção ≥ 50 mm². Nas instalações industriais, o uso de condutores de alumínio só é permitido quando são obedecidas três condições simultaneamente: � seção nominal ≥ 16 mm²; � instalações alimentadas por transformador ou estação transformadora; � instalações e manutenção altamente qualificadas. As conexões que utilizam condutores de alumínio são o ponto vulnerável de uma instalação elétrica, precisando de mão de obra de boa qualidade e técnicas apropriadas. Os condutores utilizados em instalação elétrica são de quatro tipos — fase, neutro, retorno e proteção (terra) — e estão dispostos em eletrodutos. Os condutores, além de possuírem uma simbologia estabelecida pela norma NBR 5444:1989, também possuem algumas cores padronizadas, que estão previstas na norma NBR 5410:2004 e no código internacional de cores. Para o neutro, a cor estabelecida é o azul-claro, e, para o terra, verde ou verde- -amarelo. A Figura 7 mostra a simbologia e a representação física, em corte, de um eletroduto embutido em alvenaria, pelo qual passam os condutores elétricos (GOZZI; PAREDE, 2011). Figura 7. Condutores elétricos de um eletroduto embutido em alvenaria: (a) simbologia e (b) representação gráfica, em corte. Fonte: Gozzi e Parede (2011, p. 172). Dimensionamento de condutores elétricos8 Para se dimensionar um condutor previamente, deve ser realizada uma análise detalhada das condições de instalação e da carga que deve ser suprida. Caso um condutor seja mal dimensionado, vai implicar uma operação inade- quada da carga e vai representar um alto risco de incêndio. Para dimensionar um condutor, devemos levar em consideração: � a tensão e a frequência nominal; � a potência ou corrente da carga a ser suprida; � o fator de potência da carga; � se o sistema é monofásico, bifásico ou trifásico; � o método de instalação dos condutores; � o tipo de carga — iluminação, motor, capacitor etc.; � a distância da carga ao ponto de suprimento; e � a corrente de curto-circuito. A norma NBR 5410 se aplica às instalações elétricas de edificações, como residencial, comercial, pública, industrial, agropecuária etc., incluindo as pré- -fabricadas, e estabelece as condições que devem satisfazer as instalações elétricas de baixa tensão, para que seja garantida a segurança de pessoas e animais e também o funcionamento adequado da instalação e a conservação dos bens. O correto dimensionamento das instalações elétricas é fundamental para garantir a segurança, evitando o subdimensionamento dos condutores, o que evita riscos de incêndios e curtos, bem como para garantir economia, pois os condutores de maior seção são mais caros (MAMEDE FILHO, 2017). Dimensionamento da seção mínima dos condutores de fase Para se obter a seção mínima dos condutores elétricos, três critérios devem ser obedecidos de forma simultânea: � capacidade de condução de corrente ou ampacidade; � limites de queda de tensão; � capacidade de condução de corrente de curto-circuito por tempo limitado. Dimensionamento de condutores elétricos 9 Na elaboração do projeto de instalações elétricas, os dois primeiros cri- térios são utilizados para dimensionar os condutores. Para dimensionar as proteções, por exemplo, na intensidade, devemos comparar os valores destas e os tempos de duração com os valores máximos que são permitidos pelo isolamento dos condutores que serão usados. Para o dimensionamento da seção mínima do condutor neutro, a NBR 5410 estabelece as regras descritas a seguir. � O condutor não deve ser comum a mais de um circuito. � Nos circuitos monofásicos, a seção do condutor neutro deve ser igual à do condutor fase. � A seção do condutor neutro em circuito com duas fases e neutro não pode ser menor do que a dos condutores de fase, porém, pode ser igual à dos condutores fase caso a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos seja acima de 33%. Esses níveis de correntes harmônicas são obtidos por meio dos circuitos que alimentam equipamentos de tecnologia da informação, como os computadores. � A seção do condutor neutro de um circuito trifásico não deve ser menor do que a dos condutores fase quando a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos for acima de 15 %, mas pode ser igual à seção dos condutores fase quando ataxa de harmônica não for acima de 33 %. Esses níveis de corrente harmônica podem ser conseguidos nos cir- cuitos de iluminação por meio de lâmpadas de descarga, como vapor de mercúrio, vapor de sódio, vapor metálico e fluorescente. � Caso a seção dos condutores fase de um circuito trifásico com neutro seja acima de 25 mm², a seção do condutor neutro pode ficar abaixo da seção dos condutores fase, limitada à seção indicada no Quadro 1, desde que três condições sejam simultaneamente satisfeitas (MAMEDE FILHO, 2017): ■ o circuito deve ser equilibrado, em serviço normal; ■ a corrente das fases não pode conter uma taxa de terceira harmônica e seus múltiplos acima de 15 %; e ■ o condutor neutro deve ser protegido contra sobrecorrente. Dimensionamento de condutores elétricos10 Quadro 1. Seção mínima do condutor neutro, de acordo com a NBR 5410 Seção dos condutores fase (mm2) — S ≤ 25 Seção mínima do condutor neutro (mm2) — S 35 25 50 25 70 35 95 50 120 70 150 70 185 95 240 120 300 150 500 185 Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004). Em um circuito trifásico com neutro ou em um circuito com duas fases e um neutro com taxa de componentes harmônicas acima de 33 %, a seção do condutor neutro pode ser superior à seção dos condutores fase. Isso porque o valor da corrente que circula no condutor neutro é maior do que as correntes que circulam nos condutores fases. A determinação do condutor neutro é um tanto quanto complicada para o projetista, pois é preciso estimar com a máxima segurança as harmônicas de corrente de terceira ordem nos condutores fase e a circulação de corrente resultante no condutor neutro, correspondente ao desequilíbrio de corrente nas fases. A seção do condutor neutro (In) pode ser calculada por meio da equação 1. In = Fcn × Ic (1) Dimensionamento de condutores elétricos 11 onde Fcn é o fator de correção de corrente de neutro, encontrado no Quadro 2, e Ic é a corrente de projeto, em valor eficaz, calculado de acordo com a equa- ção 2. (2) onde If é a corrente de carga ou de projeto na frequência fundamental e Ih é a corrente harmônica. Por exemplo: I2h + I3h + I4h + ... + IN correntes harmônicas de segunda, terceira e quarta ordem e de ordem N (MAMEDE FILHO, 2017). Quadro 2. Fator de correção para determinação da corrente de neutro, de acordo com a NBR 5410 Taxa de terceira harmônica Fator de correção Fator de correção Circuito trifásico com neutro Circuito com duas fases e neutro 35% a 35% 1,15 1,15 36% a 40% 1,19 1,19 41% a 45% 1,24 1,23 46% a 50% 1,35 1,27 51% a 55% 1,45 1,3 56% a 60% 1,55 1,34 61% a 65% 1,64 1,38 Superior a 66% 1,63 1,41 Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004). A seção de um condutor neutro não precisa ser superior à dos condutores fase, se a taxa de terceira harmônica estiver superior a 15% e inferior a 33%, como acontece nos circuitos de iluminação com o uso de reatores eletrônicos. A corrente do condutor neutro de um circuito polifásico desequilibrado pode ser encontrada por meio da equação 3. (3) Dimensionamento de condutores elétricos12 onde Ia, Ib e Ic são as correntes que circulam nas fases A, B e C, respectiva- mente, em A, e In é a corrente que circula no condutor neutro, em A. Caso um circuito seja totalmente equilibrado, ou seja, as correntes de fase sejam iguais, o valor de In é igual a zero. Vamos calcular o valor da corrente que circula no condutor neutro de um sistema trifásico a quatro fios que alimenta somente cargas monofásicas e que possui os seguintes valores de correntes: Ia = 30 A, Ib = 50 A e Ic = 65 A. Para o cálculo de In, vamos substituir os valores das correntes na equação: Para os circuitos polifásicos e circuitos monofásicos a três condutores, para dimensionar o neutro, deve-se considerar a carga da fase mais carregada, a partir da seção de fase de 25mm². O valor da corrente que determina o valor da seção do neutro é calculado por meio da equação 4. = × (A) cos (4) onde Dcn é a demanda de carga monofásica correspondente à fase mais car- regada, em W, e Vfn é a tensão entre fase e neutro, em V (MAMEDE FILHO, 2017). Dimensionamento de condutores elétricos 13 Dimensionamento da seção mínima do condutor de proteção As partes metálicas não condutoras de uma instalação obrigatoriamente devem ser aterradas com finalidade funcional ou de proteção. O sistema de aterramento é o responsável pelo escoamento à terra de todas as correntes resultantes de defeito na instalação. Quando o tempo de atuação do elemento de proteção for inferior a 5 s, a seção transversal do condutor de proteção, Sp, poderá ser calculada por meio da equação 5. (5) onde: � Ift é o valor eficaz da corrente de falta fase e terra que pode atravessar o dispositivo de proteção para uma falta de impedância desprezível, dado em A; � Tc é o tempo de eliminação do defeito pelo dispositivo de proteção, dado em s; e � k é o fator que depende da natureza do metal do condutor de proteção, das isolações e de outras coberturas e das temperaturas inicial e final. Assim, podemos dizer que o valor de k para o condutor de cobre tem os valores descritos a seguir. � Para condutores de proteção providos de isolação não incorporados em cabos multipolares e não enfeixados com outros cabos: ■ com isolação de PVC, o valor de k é igual a 143 para condutores até 300mm² e 133 para condutores superiores a 300mm²; ■ com isolação de EPR ou XLPE, o valor de k é de 176. � Para condutores de proteção constituídos por veia de cabo multipolar ou enfeixados com outros cabos ou condutores isolados: ■ com isolação de PVC, o valor de k é igual a 115 para condutores até 300 mm² e 103 para condutores superiores a 300 mm²; ■ com isolação de EPR ou XLPE, o valor de k é de 143. Dimensionamento de condutores elétricos14 � Para condutores de proteção nus, em que não haja risco de que as temperaturas indicadas possam danificar qualquer material adjacente: ■ visíveis, em áreas restritas e com temperaturas com valor máximo de 500°C, o valor de k é de 228; ■ em condições normais e temperatura máxima de 200°C, o valor de k é de 159; ■ risco de incêndio e temperatura máxima de 150°C, o valor de k é de 138. A seção mínima do condutor de proteção pode ser dada em função da seção dos condutores fase do circuito, de acordo com o Quadro 3 (MAMEDE FILHO, 2017). Quadro 3. Seção mínima dos condutores de proteção, de acordo com a NBR 5410 Seção mínima dos condutores de fase (mm2) Seção mínima dos condutores de proteção (mm2) S ≤ 16 S 16 35 0,5 X S Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004). O valor da temperatura inicial considerada é de 30°C. Os condutores de proteção nunca devem ser seccionados, e somente fios ou cabos condutores devem ser utilizados para as funções combinadas de condutor de proteção e neutro. A Figura 8 apresenta a utilização do condutor de proteção, do condutor de aterramento e da malha de terra (MAMEDE FILHO, 2017). Dimensionamento de condutores elétricos 15 Figura 8. Sistema de aterramento industrial. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 187). Ba rr a de p ro te çã o de te rr a Cabo da malha de terra Malha de terra Condutor de aterramento QGF Condutor de proteção principal CCM Haste de terra QDL M2 (motor) M1 (motor) Condutor de proteção Condutor de proteção Quando um condutor de proteção estiver junto em um mesmo conduto dos condutores fase, e sua seção for dimensionada para a mais crítica corrente de curto-circuito estimada e o mais longo tempo de atuação do dispositivo de seccionamento automático, ou ainda determinada de acordo com o Quadro 3, ele pode ser mais comum a vários circuitos de distribuição ou terminais. Se o condutor de proteção não fizer parte do mesmo cabo ou do mesmo invólucro dos condutores fase, a sua seção não deverá ser inferior a 2,5 mm2, se for protegido mecanicamente, e 4 mm², se não for protegidomecanicamente. Alguns elementos podem ser usados como condutor de proteção, como: veias de cabos multipolares, condutores isolados ou cabos unipolares em um invólucro comum ao dos condutores vivos, armações, coberturas metálicas ou blindagens de cabos, bem como eletrodutos metálicos e outros condutos metálicos, desde que a sua continuidade elétrica seja assegurada dentro das condições normativas e que a sua condutância seja pelo menos igual àquela prevista na referida norma. As armações de ferro do concreto armado podem ser utilizadas como condutor de proteção, desde que obedeçam a algumas condições, mas nunca devem ser aplicadas na função combinada de neutro e de condutor de proteção. Não podem ser usadas como condutor de proteção: as canalizações me- tálicas de água e gás, as tubulações de água, gases ou líquidos combustíveis ou inflamáveis, os elementos de construção sujeitos a esforços mecânicos em serviço normal, os eletrodutos flexíveis — exceto quando concebidos para esse fim —, as armaduras de concreto e as estruturas e os elementos metálicos da edificação. Os condutores de equipotencialidade da ligação equipotencial Dimensionamento de condutores elétricos16 principal devem possuir seções que não sejam menores à metade da seção do condutor de proteção da maior seção da instalação e com um mínimo de 6 mm². Porém, a seção do condutor neutro pode ficar limitada a 25mm² para condutores de cobre ou seção equivalente, se esta for de outro tipo de material (MAMEDE FILHO, 2017). Condutores de média tensão Nas instalações industriais de pequeno e médio porte, a utilização de conduto- res primários, com tensão acima de um 1 kV, é realizada no ramal subterrâneo que interliga a rede de distribuição aérea da concessionária com a subestação consumidora da instalação. Nas indústrias de maior porte, é maior a aplicação de condutores primários, em cabo unipolar, alimentando as várias subestações de potência existentes em diferentes pontos da planta industrial. Para o dimensionamento dos condutores de média tensão, é preciso conhecer os tipos de linhas elétricas, conforme a NBR 14039 (Quadro 4). A partir deles, podem ser conhecidos os métodos de referência da instalação dos condutores para os quais a capacidade de condução de corrente foi determinada por cálculo. O Quadro 5 mostra os métodos de referência que são estabelecidos pela NBR 14039:2003 (MAMEDE FILHO, 2017). Quadro 4. Tipos de linhas elétricas, segundo a NBR 14039 Método de instalação Descrição Método de referência a se utilizar para a capacidade de condução de corrente 1 Três cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e um cabo tripolar ao ar livre A 2 Três cabos unipolares espaçados ao ar livre B 3 Três cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e um cabo tripolar em canaleta fechada no solo C 4 Três cabos unipolares espaçados em canaleta fechada no solo D (Continua) Dimensionamento de condutores elétricos 17 Método de instalação Descrição Método de referência a se utilizar para a capacidade de condução de corrente 5 Três cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e um cabo tripolar em eletroduto ao ar livre E 6 Três cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e um cabo tripolar em banco de dutos ou eletroduto enterrado no solo F 7 Três cabos unipolares em banco de dutos ou eletrodutos enterrados e espaçados — um cabo por duto ou eletroduto não condutor G 8 Três cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e um cabo tripolar diretamente enterrados H 9 Três cabos unipolares espaçados diretamente enterrados I Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). Quadro 5. Métodos de referência, de acordo com a NBR 14039 Descrição Método de referência a utilizar para a capacidade de condução de corrente Cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares ao ar livre A Cabos unipolares espaçados ao ar livre B Cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares em canaleta fechada no solo C (Continuação) (Continua) Dimensionamento de condutores elétricos18 Descrição Método de referência a utilizar para a capacidade de condução de corrente Cabos unipolares espaçados em canaleta fechada no solo D Cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares em eletroduto ao ar livre E Cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares em banco de dutos ou eletrodutos enterrado no solo F Cabos unipolares em banco de dutos ou eletrodutos enterrados e espaçados — um cabo por duto ou eletroduto não condutor G Cabos unipolares justapostos (na horizontal ou em trifólio) e cabos tripolares diretamente enterrados H Cabos unipolares espaçados diretamente enterrados I Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). A seguir, são apresentadas algumas condições previstas na NBR 14039:2003 (MAMEDE FILHO, 2017). � Nos métodos A e B, o cabo é instalado com convecção livre, sendo a distância a qualquer superfície adjacente no mínimo 0,5 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo unipolar, ou no mínimo 0,3 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo tripolar. � Nos métodos C e D, o cabo é instalado em canaleta fechada com 50 cm de largura e 50 cm de profundidade, sendo a distância a qualquer superfície adjacente no mínimo 0,5 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo unipolar, ou no mínimo 0,3 vez o diâmetro externo do cabo, para cabo tripolar. � No método E, o cabo é instalado em um eletroduto não condutor, e a distância a qualquer superfície adjacente deve ser de no mínimo 0,3 vez o diâmetro externo do eletroduto, sem levar em consideração o efeito da radiação solar direta. (Continuação) Dimensionamento de condutores elétricos 19 � No método F, os cabos unipolares são instalados em um eletroduto não condutor, e os cabos tripolares, em eletrodutos não condutores metálicos no solo de resistividade térmica de 2,5 K·m/W, a uma pro- fundidade de 0,9 m. Foram consideradas, no caso de banco de duto, uma largura de 0,3 m e uma altura de 0,3 m, com resistividade térmica de 1,2 K·m/W. � No método G, os cabos unipolares são instalados em eletrodutos não condutores espaçados do duto adjacente o equivalente a uma vez o diâmetro externo do duto no solo de resistividade térmica de 25 K·m/W, a uma profundidade de 0,90 m. Foram consideradas, no caso de banco de duto, uma largura de 0,5 m e uma altura de 0,5 m, com quatro dutos e com resistividade térmica de 1,2 K·m/W. � No método H, o cabo é instalado diretamente no solo de resistividade térmica de 2,5 K·m/W, a uma profundidade de 0,90 m. � No método I, o cabo é instalado diretamente no solo de resistividade térmica de 2,5 K·m/W, a uma profundidade de 0,90 m, e o espaçamento entre os cabos unipolares deve ser, no mínimo, igual ao diâmetro externo do cabo. Nesta seção, você estudou o que é e como dimensionar os condutores de fase e de proteção. Na próxima seção, você vai estudar o que são barramentos e condutos e como dimensioná-los. Barramentos e condutos Os barramentos são elementos de seção transversal que podem ser construí- dos em cobre ou alumínio. Na maioria das vezes, possuem formato retangular ou circular. São instalados no interior de quadros de comando ou em subesta- ções abrigadas, blindadas e ao tempo. A finalidade dos barramentos é coletar as correntes que chegam da fonte e distribuí-las aos diversos alimentadores a eles conectados. Há dois tipos de barramentos, descritos a seguir. � Barramentos de fabricação específica: são fabricados a partir de barras chatas, circulares ou tubos de segmento contínuo, de cobre ou alumínio, não isolados, cortados nas dimensões justas. São utilizados em painéis elétricos, subestações blindadas, abrigadas e ao tempo. � Barramentos pré-fabricados ou dutos de barra: são construídosde vários segmentos pré-fabricados e conectáveis. Na maioria das vezes, são protegidos por uma capa metálica ou de material plástico rígido. Dimensionamento de condutores elétricos20 São utilizados em circuitos de elevadas correntes de carga conectando o quadro geral de força da subestação aos centros de controle de motores. A norma 43.671 do Instituto Alemão para Normatização (DIN — Deutsches Institut für Normung) contém as tabelas com as características das barras de cobre retangulares, redondas ou tubulares. Já as características das barras de alumínio retangulares e tubulares estão na norma DIN 43.670. Dimensionamento de dutos Os condutos são dispositivos que têm como finalidade acondicionar os con- dutores. Os condutos podem ser classificados como: � eletrodutos; � dutos; � canaletas e calhas (conduto aberto ou fechado); � bandejas ou leito (conduto aberto); � molduras, alizares e rodapés. De acordo com a NBR 5410, todos os condutores de um mesmo circuito devem ser colocados em um mesmo conduto. Para dimensionar e aplicar os condutos, alguns pontos devem ser seguidos, conforme descrito a seguir. � Nos condutos fechados, todos os condutores vivos (fase e neutro) que estão em um mesmo circuito devem ser agrupados em um mesmo conduto. � Não se pode instalar cada fase de um mesmo circuito em diferentes eletrodutos de ferro galvanizado (dutos magnéticos). Se isso acontecer, os eletrodutos terão um alto aquecimento, devido ao efeito magnético, o que poderá danificar a isolação dos condutores. � Os condutos fechados só devem conter mais de um circuito caso todas as condições a seguir sejam respeitadas (MAMEDE FILHO, 2017): ■ todos os circuitos devem se originar de um mesmo dispositivo geral de manobra e proteção; ■ as seções dos condutores devem estar dentro de um intervalo de três valores normalizados sucessivos — por exemplo, os cabos nos quais os circuitos podem ficar juntos em um mesmo eletroduto: 16, 25 e 35 mm²; Dimensionamento de condutores elétricos 21 ■ os condutores isolados ou os cabos isolados devem todos possuir a mesma temperatura máxima para serviço contínuo; ■ todos os condutores devem ser isolados para a mais alta tensão nominal que esteja no conduto. Eletrodutos O material utilizado nos eletrodutos são o PVC, normalmente aplicado embu- tido em paredes, pisos ou tetos, e o ferro galvanizado, normalmente utilizado em instalações aparentes ou embutido, quando se necessita de uma proteção mecânica adequada para o circuito. Para se utilizar eletrodutos, alguns cri- térios devem ser seguidos, conforme descrito a seguir (MAMEDE FILHO, 2017). � Dentro de eletrodutos, só devem ser instalados condutores isolados, cabos unipolares ou cabos multipolares, admitindo-se a utilização de condutor nu em eletroduto isolante exclusivo, quando tal condutor se destinar a aterramento. � O diâmetro externo do eletroduto deve ser igual ou superior a 16 mm. � Os eletrodutos de PVC devem ser enterrados a uma profundidade não inferior a 0,25 m em instalações internas onde não haja trânsito de veículos pesados. � Os eletrodutos de PVC devem ser enterrados a uma profundidade não inferior a 0,45 m em instalações externas sujeitas a tráfego de veículos leves. Para profundidades inferiores, é necessário envelopar o eletroduto em concreto. � Costuma-se utilizar eletrodutos de ferro galvanizado nas instalações externas onde é possível passar trânsito de veículos pesados. Nesses casos, se forem utilizados eletrodutos de PVC, eles devem ser enter- rados a uma profundidade não inferior a 0,45 m, protegidos por placa de concreto ou envelopados. � Os eletrodutos aparentes devem ser firmemente fixados a uma dis- tância máxima de acordo com os Quadros 6 e 7. � Somente devem ser utilizados eletrodutos não propagantes de chama e produtos que sejam expressamente apresentados comercialmente como tal. Dimensionamento de condutores elétricos22 Quadro 6. Distância máxima entre elementos de fixação de eletrodutos rígidos metálicos Tamanho do eletroduto em polegadas Distância máxima entre elementos de fixação 1/2 - 3/4 3 1 3,70 11/4 – 11/2 4,30 2 – 21/2 4,80 Maior ou igual a 3 6,00 Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). Quadro 7. Distância máxima entre elementos de fixação de eletrodutos rígidos isolantes Diâmetro nominal do eletroduto (mm) Distância máxima entre elementos de fixação 16 - 32 0,90 40 - 60 1,50 75 – 85 1,80 Fonte: Adaptado de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003). � Nos eletrodutos, só podemos instalar condutores isolados, os cabos unipolares ou os cabos multipolares. Pode-se utilizar condutores nus em eletroduto isolante exclusivo, quando esse condutor for para aterramento. � O valor máximo de ocupação em relação à área da seção transversal dos eletrodutos não pode ultrapassar: ■ 53%, no caso de um único condutor ou cabo; ■ 31%, no caso de dois condutores ou cabos; ■ 40%, no caso de três ou mais condutores ou cabos. Dimensionamento de condutores elétricos 23 � Os eletrodutos devem ter diâmetros iguais ou maiores que 16 mm. � Não devem existir trechos sem interposição de caixas de derivação ou aparelhos retilíneos de tubulação maiores do que 15 m para linhas internas e 30 m para áreas externas às edificações. � Nos trechos em que há curvas, os espaçamentos anteriores devem ser reduzidos 3 m para cada curva de 90°. � A distância do ramal de eletrodutos pode ser aumentada quando ele passar obrigatoriamente por áreas inacessíveis, sendo impedido o emprego de caixas de derivação. Assim, deve-se proceder do seguinte modo: ■ para cada 6 m ou fração de aumento dessa distância, utiliza-se um eletroduto de diâmetro ou tamanho nominal imediatamente acima ao do eletroduto que seria utilizado para o número e o tipo de condutores; ■ em cada pedaço de tubulação que está entre duas caixas, entre extremidades ou entre extremidade e caixa, podem ser utilizadas, no máximo, três curvas de 90° ou seu equivalente até, no máximo, 270°. Não é possível prever curvas com deflexão maior do que 90°. � Em cada pedaço de tubulação demarcado, de ambos os lados, por caixa ou extremidade, podem no máximo ser instaladas três curvas de 90° ou seu equivalente até, no máximo, 270°. Não é possível instalar curvas com deflexão acima de 90°. As caixas de derivação podem ser empregadas em alguns casos, como: � nos condutores da tubulação, nos pontos de entrada e saída; � nos pontos de transição ou passagem de linhas abertas para linhas em eletrodutos, devendo ser atados com buchas; � em todos os pontos de emenda ou derivação de condutores. Dentro dos eletrodutos, não é permitido o uso de emendas nos condutores. Todas as emendas e derivações devem ficar dentro das caixas. Guias de pu- xamento e/ou talco e lubrificantes podem ser usados dentro dos eletrodutos, desde que não danifiquem a capa de proteção e/ou a isolação dos condutores. A área da seção transversal interna dos eletrodutos que é ocupada por cabos deve obedecer às tabelas da Figura 9 (MAMEDE FILHO, 2017). Dimensionamento de condutores elétricos24 Figura 9. Áreas dos eletrodutos rígidos ocupáveis pelos cabos. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 197). Eletrodutos rígidos de PVC do tipo rosqueado (DAISA) - NBR 6150 Dimensões do eletroduto Área ocupável pelos cabos Tamanho Rosca Diâmetro externo Espessura da parede Área útil 2 cabos: 31 % > 3 cabos: 40 % Classe A Classe B Classe A Classe B Classe A Classe B Classe A Classe B pol mm mm mm mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 16 1/2 21,1 ± 0,3 2,50 1,80 196 232 60 71 79 93 20 3/4 26,2 ± 0,3 2,60 2,30 336 356 104 110 135 143 25 1 33,2 ± 0,3 3,20 2,70 551 593 170 183 221 238 32 1 1/4 42,2 ± 0,3 3,60 2,90 945 1.023 282 317 378 410 40 1 1/2 47,8 ± 0,4 4,00 3,00 1.219 1.346 377 417 488 539 50 2 59,4 ± 0,4 4,60 3,10 1.947 2.189 603 678 779 876 65 2 1/2 75,1 ± 0,4 5,50 3,80 3.186 3.536 987 1.096 1.275 1.415 80 3 88,0 ± 0,4 6,20 4,00 4.441 4.976 1.3961.542 1.777 1.990 100 4 114,3 ± 0,4 - 5,00 - 8.478 - 2.628 - 3.391 Eletrodutos rígidos de aço-carbono - NBR 5597 Dimensões do eletroduto Área ocupável pelos cabos Tamanho Rosca Diâmetro externo Espessura da parede Área útil 2 cabos: 31 % > 3 cabos: 40 % Extra Pesada Extra Pesada Extra Pesada Extra Pesada pol mm mm mm mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 10 3/8 17,1 ± 0,38 2,25 2,00 118 127 36 40 47 51 15 1/2 21,3 ± 0,38 2,65 2,25 192 212 60 65 77 85 20 3/4 26,7 ± 0,38 2,65 2,25 347 374 107 115 139 150 25 1 33,4 ± 0,38 3,00 2,65 573 604 177 187 230 242 32 1 1/4 42,2 ± 0,38 3,35 3,00 969 1.008 300 312 388 403 40 1 1/2 48,3 ± 0,38 3,35 3,00 1.334 1.380 413 427 534 552 50 2 60,3 ± 0,38 3,75 3,35 2.158 2.225 668 689 983 890 65 2 1/2 73,0 ± 0,64 4,50 3,75 3.153 3.304 977 1.024 1.261 1.321 80 3 88,9 ± 0,64 4,75 3,75 4.871 5.122 1.510 1.584 1.948 2.044 90 3 1/2 101,6 ± 0,64 5,00 4,25 6.498 6.714 2.014 2.081 2.600 2.686 100 4 114,3 ± 0,64 5,30 4,25 8.341 8.685 2.585 2.692 3.336 3.474 125 5 141,3 ±1 6,00 5,00 12.608 13.334 3.908 4.133 5.043 5.333 150 6 168,3 ± 1 6,30 5,30 18.797 19.286 5.827 5.978 7.519 7.714 Dimensionamento de condutores elétricos 25 A área útil que os condutores ocupam pode ser calculada por meio da equação 6. = 4 × ( − Δ ) − 2 × 2 [ ] (6) onde De é o diâmetro externo do eletroduto, em mm, ΔDe é a variação do diâmetro externo, em mm, e Ep é a espessura da parede do eletroduto, em mm. A área ocupada pelos condutores e o tamanho nominal do eletroduto são determinados por meio da equação 7. = × × 2 4 + × × 2 4 + × × 2 4 (7) onde: � Scond é a seção ocupada pelos condutores, em mm²; � Ncf é o número de condutores fase; � Ncn é o úmero de condutores neutro; � Ncp é o número de condutores de proteção; � Dcf é o diâmetro externo dos condutores fase, em mm; � Dcn é o diâmetro externo dos condutores neutro, em mm; e � Dcp é o diâmetro externo dos condutores de proteção, em mm. A Figura 10 traz uma tabela com os diâmetros estabelecidos para o sistema de aterramento industrial. Dimensionamento de condutores elétricos26 Figura 10. Sistema de aterramento industrial. Fonte: Mamede Filho (2017, p. 198). Seção nominal (mm3) N° de �os Diâmetro nominal (mm) Espessura da isolação (mm) Diâmetro externo (mm) Espessura da isolação (mm) Diâmetro externo (mm) Condutor Cabos isolados Cabos unipolares 1,50 2,50 4 6 10 16 25 7 7 7 7 7 7 7 1,56 2,01 2,55 3,00 3,12 4,71 5,87 0,7 0,8 0,8 0,8 1,0 1,0 1,2 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,2 3,0 3,7 4,3 4,9 5,9 6,9 8,5 5,50 6,00 6,80 7,30 8,00 9,00 10,30 35 50 70 95 120 150 135 240 300 400 500 630 7 19 19 19 37 37 37 61 61 61 61 61 6,95 8,27 9,75 11,42 12,23 14,33 16,05 18,27 20,46 23,65 26,71 29,26 1,2 1,4 1,4 1,6 1,6 1,3 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 9,6 11,3 12,9 15,1 16,5 18,5 20,7 23,4 26,0 29,7 33,3 36,2 1,2 1,4 1,4 1,6 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 12,00 13,90 15,50 17,70 19,20 21,40 23,80 26,70 29,50 33,50 37,30 40,25 Nesta seção, você estudou a diferença entre dutos, condutos e barramen- tos e verificou como dimensioná-los, tendo como base as orientações das normas DIN 43.670 e 43.671, no caso dos barramentos, e da NBR 5410, para os condutos, que abrangem os dutos e eletrodutos. Lembre-se de que os barramentos são necessários para coletar as correntes da fonte e distribuí- -las para os alimentadores, enquanto os condutos são os responsáveis por acondicionar os condutores, pelos quais a corrente elétrica flui. As orientações presentes nas normas são de grande importância para garantir a segurança Dimensionamento de condutores elétricos 27 dos sistemas elétricos, bem como proporcionar a condução da energia de forma eficaz, reduzindo falhas e desperdícios. Referências ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 5410:2004: instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro: ABNT, 2004. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 14039:2003: Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV. Rio de Janeiro: ABNT, 2003. Cancelada. Substituída por: ABNT NBR 14039:2005. CREDER, H. Instalações elétricas. 16. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016. GOZZI, G. G. M.; PAREDE, T. M. S. Eletrônica: máquinas e instalações elétricas. São Paulo: Centro Paulo Souza, 2011. v. 3. MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017. SILVA, B. W. Manual de instalações elétricas. [S. l.]: BWS Consultoria, 2015. Leitura recomendada CAVALIN, G.; CERVELIN, S. Instalações elétricas prediais. 14, ed. São Paulo: Érica, 2006. Dimensionamento de condutores elétricos28 Dica do professor Os condutores utilizados nas instalações residenciais, comerciais e industriais de baixa tensão são de cobre ou alumínio. Eles têm isolamento de PVC ou de outros materiais como EPR ou XLPE, todos previstos por normas. Nesta Dica do Professor, você vai entender como dimensionar os condutores elétricos. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/65fe8e2c251075f4393cb892637f77a8 Na prática Os materiais utilizados nos eletrodutos são: PVC, normalmente embutido em pisos, tetos e paredes; ou ferro galvanizado, utilizado, na maioria das vezes, em instalações aparentes (ou embutidos, quando é necessária maior proteção mecânica). Saiba, em Na Prática, como calcular o diâmetro mínimo de um eletroduto por meio de uma tabela. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/a119a2f3-58f7-4715-a8c0-7f2a031b758f/7fa4c2cf-41f0-473e-89fe-5bfed339bee1.jpg Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: De onde surge o neutro? Neste vídeo, do canal Mundo da Elétrica, você verá uma explicação sobre a função e a definição do neutro e, então, poderá entender os problemas em uma instalação quando o neutro é interrompido ou não há o devido aterramento. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Dimensionamento de condutores e eletrodutos Neste vídeo, do canal Guia da Engenharia, você verá como é feito o dimensionamento dos condutores e também dos eletrodutos de uma instalação elétrica. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Instalações elétricas: construção de uma rede elétrica dimensionada Leia, neste artigo, sobre a importância de uma instalação elétrica dimensionada na construção civil. O autor, Leandro Francisco Pereira Borges, demonstra o risco de uma instalação antiga e sem dimensionamento correto. https://www.youtube.com/embed/3E5ZsnrYjrY https://www.youtube.com/embed/BxL_d6fqWdA Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Instalações elétricas prediais [Série Tekne] O capítulo 5 desta obra é dedicado aos condutores. Os chamados condutores são feitos de cobre ou alumínio, mas também podem ser de outros materiais metálicos como ouro, prata e ligas metálicas. O que limita o material com que são fabricados os condutores são a sua condutibilidade, a resistência mecânica, a resistência elétrica, o peso e, principalmente, o preço do material. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! http://repositorio.unis.edu.br/handle/prefix/1263