Prévia do material em texto
1 Prof. Gilberto Figueiredo UNIDADE V – LINHAS ELÉTRICAS 5.1. INTRODUÇÃO Em um sistema predial, a eletricidade é transmitida, desde o ponto de entrega da instalação até o uso final nos circuitos terminais, através de uma infraestrutura composta, principalmente, dos condutores elétricos, para conduzir a eletricidade, e dos condutos elétricos, destinados a abrigar os condutores. Essa parte da instalação é denominada linha elétrica: conjunto de condutores, isoladores e acessórios, destinado a transportar energia elétrica entre dois pontos de um sistema elétrico. Esses elementos são extremamente importantes para a funcionalidade da instalação elétrica e um dimensionamento adequado permite que a especificação técnica do projeto preveja a segurança do empreendimento a ser executado. Isso tanto em termos operacionais de condução de eletricidade em regime permanente, e com níveis de tensão adequados, quanto em situações de falhas por sobrecarga, curto circuito ou descargas elétricas. O projeto adequado de garantir que os condutores suportem as correntes demandadas, até a atuação das proteções, sem afetar a integridade do cabeamento da instalação elétrica. Além disso os condutores devem estar bem acomodados em meios físicos adequados ao ambiente e ao método de instalação. 5.2. CONDUTOR ELÉTRICO Condutor elétrico é um meio físico constituído de material de elevada condutividade elétrica e que se destina à transmissão da eletricidade. Um condutor sólido, maciço, com ou sem isolação, constitui um fio elétrico. O conjunto de fios encordoados, não isolados entre si, constitui um cabo, podendo o conjunto ser isolado ou não. A Figura 5.1 mostra alguns exemplos de cabos elétricos disponíveis no mercado para aplicações de potência e sinal. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 2 Prof. Gilberto Figueiredo Figura 5.1 - Exemplos de cabos elétricos. Os cabos podem ser: • Unipolares: quando são constituídos por um condutor de fios trançados, com cobertura isolante. • Multipolares: quando são constituídos por dois ou mais condutores isolados, envolvidos por uma camada de proteção ou cobertura comum. Os cabos multipolares constituídos por dois, três ou quatro condutores isolados entre si são denominados de cabos bipolares, tripolares ou tetrapolares, respectivamente. Os condutores internos são chamados de veias. Em termos construtivos, os condutores elétricos utilizados internamente nas instalações elétricas prediais são isolados, ou seja, são dotados de camadas externas ao elemento condutor, com finalidade de proteção elétrica e mecânica. Na Figura 5.2 são indicados os elementos construtivos dos cabos elétricos, a saber: • Isolação: conjunto de materiais isolantes aplicados sobre o condutor com o objetivo de mantê-lo isolado eletricamente do ambiente que o circunda. Exemplos de materiais empregados na isolação de condutores: cloreto de polivinila (PVC), polietileno (PE), polietileno reticulado (XLPE), borracha etileno - propileno (EPR). • Isolamento: é o termo empregado para definir a isolação quantitativamente. Por exemplo: Tensão de isolamento de 750 V (isolamento mais usual em baixa tensão), 1 kV, 1,5 kV, etc. • Cobertura: invólucro externo, não metálico e contínuo, sem função de isolação, destinado a proteger o condutor contra influências mecânicas externas. Exemplos de materiais utilizados na cobertura dos condutores: neoprene, polietileno, borracha de silicone, PVC. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 3 Prof. Gilberto Figueiredo Figura 5.2 - Elementos constituintes dos cabos elétricos. (a) condutor, (b) isolação e c) cobertura. (Adaptado de Conduspar, 2018) 5.3. TIPOS DE CONDUTORES Os condutores elétricos de baixa tensão podem ser classificados de acordo com o seu comportamento quando submetidos a ação do fogo e em função dos materiais empregados na cobertura e na isolação. Os condutores podem ser: • Propagadores da chama: são aqueles que entram em combustão sob presença direta da chama e a mantém, mesmo após a retirada da chama. O Polietileno Reticulado (XLPE) e o Etileno Propileno (EPR) são materiais propagadores da chama. • Não-propagadores da chama: são aqueles nos quais a chama se auto-extingue quando a causa ativadora da mesma é removida. Essa propriedade, no entanto, depende da intensidade e do tempo de exposição do condutor à chama e da quantidade de cabos agrupados. Considera-se o Cloreto de Polivinila (PVC) e o neoprene como materiais não propagadores da chama. • Resistentes à chama: são aqueles nos quais a chama não se propaga ao longo do material isolante, mesmo em casos de exposição prolongada. O PVC aditivado é empregado nesses tipos de condutores. • Resistentes ao fogo: são aqueles revestidos de materiais incombustíveis, capazes de manter o funcionamento do circuito mesmo na presença de um incêndio. São utilizados em circuitos de segurança e sinalizações de emergência. • Termofixos: isolação constituída de material plástico que possui uma estrutura rígida mesmo a altas temperaturas. Entretanto, após sujeitada a condições limítrofes, não (a) (b) (c) Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 4 Prof. Gilberto Figueiredo retorna às características de seu estado original. O XLPE é considerado um composto termofixo. • Termoplásticos: isolação constituída de material plástico que não cura ou amolece quando sujeito a altas temperaturas. O PVC é considerado um material termoplástico. A seguir são mostradas, como exemplo de aplicações comerciais, alguns produtos, da fabricante Pirelli, de soluções de fios e cabos para instalações elétricas de baixa tensão. A linha de produtos para uso em baixa tensão (até 1000 Volts) da Prysmian Group é composta por fios e cabos isolados em PVC, em EPR e em XLPE, com ou sem cobertura. São ideais para utilização em todos os tipos de instalações previstas na norma NBR 5410 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão. As aplicações típicas desses produtos incluem as instalações internas fixas de luz e força em prédios residenciais, comerciais e industriais, em circuitos de distribuição e terminais, em redes aéreas internas e também em redes subterrâneas de distribuição. A maioria dos produtos de baixa tensão faz parte da antiga “Linha Ecológica de cabos Pirelli” (absorvida pela Prysmian), que se caracteriza pela ausência de chumbo (um grande agressor da natureza) nos compostos de isolação e cobertura dos cabos. • CABOS SlNTENAX FLEX Os compostos de PVC isentos de chumbo, utilizados na isolação e cobertura, conferem aos CABOS SlNTENAX FLEX características especiais quanto a não propagação e auto-extinção do fogo, constatadas através dos ensaios de índice de oxigênio e queima vertical (fogueira). São recomendados para instalações fixas de luz e força em prédios residenciais, comerciais, industriais, etc., em circuitos de distribuição e circuitos terminais e para linhas subterrâneas de energia em baixa tensão. Possuem excelente flexibilidade, garantida pelo condutor com classe de encordoamento 5, o que facilita o manuseio, reduzindo o tempo e o custo de instalação. A Figura 5.3 mostra os detalhes do cabo. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 5 Prof. Gilberto Figueiredo 1) CONDUTOR: Metal: fio de cobre nu, têmpera mole. Encordoamento: classe 5. 2) ISOLAÇÃO: Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO anti - chama. 3) ENCHIMENTO: Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO. 4) COBERTURA: Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO anti - chama. • CABOS EPROTENAX FLEX Os compostos de PVC isentos de chumbo, utilizados na cobertura, conferem aos CABOS EPROTENAX FLEX características especiais quanto à resistência à chama e auto-extinção da chama na cobertura, constatadas através do ensaio de bico de“Bunsen” (NBR 6244). Também são recomendados para instalações fixas de luz e força em prédios residenciais, comerciais, industriais, etc, em circuitos de distribuição e circuitos terminais e para linhas subterrâneas de energia em baixa tensão. Da mesma forma, possuem excelente flexibilidade, garantida pelo condutor com classe de encordoamento 5, o que facilita o manuseio, reduzindo o tempo e o custo de instalação. A Figura 5.4 mostra os detalhes do cabo. (1) CONDUTOR: Metal: fio de cobre nu, têmpera mole. Encordoamento: classe 5. (2) ISOLAÇÃO: Composto termofixo de borracha HEPR (EPR/B - Alto módulo). (3) ENCHIMENTO: Figura 5.3 - Detalhes do cabo Sintenax. (Adaptado de Conduspar, 2019) Figura 5.4 - Detalhes do cabo Eprotenax. (Adaptado Conduspar, 2018). Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 6 Prof. Gilberto Figueiredo Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO. (4) COBERTURA: Composto termoplástico de PVC SEM CHUMBO resistente à chama. Além dos cabos isolados de cobre, como os mostrados anteriormente, também são utilizados cabos isolados de alumínio. As aplicações nas quais esses cabos são empregados dizem respeito, principalmente, às redes aéreas de distribuição e transmissão de energia elétrica. Os cabos multiplexados são aqueles formados por dois ou mais condutores isolados ou cabos unipolares, dispostos helicoidalmente, sem cobertura, como pode ser visto na Figura 5.5. Construtivamente, os condutores isolados concêntricos são reunidos ao redor de um condutor neutro de sustentação, nu ou isolado. Podem ter uma, duas ou três fases mais um neutro e a isolação/cobertura normalmente é feita nas cores preta, cinza ou vermelha. Figura 5.5 - Cabos multiplexados de alumínio. (Adaptado de Alubar, 2015) 5.4. CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBRE OS CONDUTORES DE INSTALAÇÕES PREDIAIS Seção nominal é a área aproximada da seção transversal do fio, ou a soma das seções dos fios componentes de um cabo, sem incluir a isolação e a cobertura, se houver. A seção Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 7 Prof. Gilberto Figueiredo nominal de um cabo multipolar é igual ao produto da seção do condutor de cada veia pelo número de veias que constituem o cabo. Os condutores elétricos devem ser especificados pela sua seção em mm2. O cobre e o alumínio são os metais mais utilizados na fabricação de condutores elétricos uma vez que ambos o materiais possuem boas propriedades elétricas, há abundância na oferta de matéria-prima na natureza e apresentam relativo baixo custo em comparação a outros metais bons condutores, como é o caso do ouro e da prata. Em instalações elétricas prediais e residenciais, só é permitido empregar condutores de cobre, com exceção dos condutores de aterramento e proteção. No caso de instalações comerciais, é permitido o uso de condutores de alumínio desde que a instalação atenda, simultaneamente, as três condições apresentadas abaixo: • Condutores com seção nominal igual ou superior a 50 mm2; • A instalação seja de baixa densidade de ocupação e altura inferior a 28 m; • Instalação e manutenção realizadas por profissionais qualificados. Em instalações industriais podem ser utilizados condutores de alumínio desde que a instalação atenda, simultaneamente, as três condições apresentadas abaixo: • Condutores com seção nominal igual ou superior a 16 mm2; • A instalação seja alimentada diretamente por uma subestação de transformação ou um transformador, o qual é energizado a partir da rede elétrica de média/alta tensão ou fonte própria; • Instalação e manutenção realizadas por pessoas qualificadas. A seção mínima dos condutores fase de uma instalação não deve ser inferior ao que é especificado na Figura 5.6, a qual define a seção mínima a ser utilizada nos condutores de instalações que estejam no escopo da ABNT NBR 5410:2004, seja cobre ou alumínio, dependendo da aplicação do circuito. Em relação ao condutor neutro, dentro da instalação, este não pode ser comum a mais de um circuito, devendo, para cada circuito, partir de um barramento neutro único do quadro geral de entrada. Em instalações monofásicas e bifásicas, o condutor neutro deve ter a mesma seção do condutor fase. Em circuitos trifásicos equilibrados, com baixa taxa de terceira harmônica e com o neutro protegido contra sobrecorrentes, a seção do condutor neutro pode ser inferior à do condutor fase de acordo com a Figura 5.7, desde que os condutores sejam feitos do mesmo metal. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 8 Prof. Gilberto Figueiredo Figura 5.6 -Seção mínima de condutores em instalações elétricas. (Adaptado de ABNT NBR 5410) Figura 5.7 - Seção do condutor neutro para circuitos trifásicos com proteção no neutro. (Adaptado de ABNT NBR 5410) 5.5. DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES: CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE Corrente Nominal ou corrente de projeto • Circuitos monofásicos: alimentados por fase e neutro, com ou sem o condutor terra. Por exemplo: circuitos para iluminação e tomadas comuns) 𝐼𝑛 = 𝑃𝑛 𝑉𝑓 . cos(𝜃) Equação 5.1 Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 9 Prof. Gilberto Figueiredo Onde In é a corrente nominal ou de projeto, Pn é a potência ativa nominal do circuito, em W, Vf é a tensão de fase, em V, e cos(θ) o fator de potência. • Circuitos bifásicos: a alimentação é feita encaminhando no circuito duas fases e o condutor terra. Exemplo: alimentação para alguns modelos de ar condicionado, chuveiros elétricos e outras cargas de potência mais elevada. 𝐼𝑛 = 𝑃𝑛 𝑉𝑙 . cos(𝜃) Equação 5.2 Onde In é a corrente de projeto, Pn é a potência ativa nominal do circuito, em W, VL é a tensão de linha, em V, e cos(θ) o fator de potência. • Circuitos trifásicos: recebem como alimentação três fases, com ou sem o condutor neutro e o condutor terra. Exemplo: circuito de um motor trifásico, alimentação de bombas, etc. ✓ Três fases e neutro. 𝐼𝑛 = 𝑃𝑛 3. 𝑉𝑓 . cos(𝜃) Equação 5.3 ✓ Três fases (equilibrado em Y ou Δ). 𝐼𝑛 = 𝑃𝑛 √3. 𝑉𝑙 . cos(𝜃) Equação 5.4 Fatores para determinar a seção transversal mínima do condutor • Tipo de isolação e de cobertura Determina a temperatura máxima a qual os condutores poderão ser submetidos em regime permanente, em curto-circuito ou em condição de sobrecarga, que são mostradas na Tabela 5.1. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 10 Prof. Gilberto Figueiredo Tabela 5.1 - Temperaturas características dos condutores. (Adaptado de ABNT NBR 5410). Tipo de isolação Temperatura máxima para serviço contínuo (oC) Temperatura limite de sobrecarga (oC) Temperatura limite de curto- circuito (oC) PVC até 300mm2 70 100 160 PVC maior que 300mm2 70 100 140 XLPE 90 130 250 EPR 90 130 250 • Número de condutores carregados: depende do tipo de ligação utilizada no circuito da instalação. ✓ Nas ligações monofásicas a dois condutores (F-N) a corrente elétrica percorre o condutor fase e retorna pelo condutor neutro, por isso, essas ligações são consideradas com dois condutores carregados (também chamados condutores “vivos”). ✓ Nas ligações monofásicas a três condutores (F-F-N) são considerados dois condutores carregados. ✓ Nas ligações bifásicas a três condutores (F-F-N) são considerados três condutores carregados. ✓ Nas ligações bifásicas a dois condutores (F-F) são considerados dois condutores carregados. ✓ Nas ligações trifásicas a três condutores (F-F-F) são considerados três condutores carregados. ✓ Nas ligações trifásicas a quatro condutores (F-F-F-N) existem três ou quatro condutores carregados. Quando a corrente nos condutores fase contém componentes harmônicos de ordem três e múltiplos numa taxa superior a 15%, o circuito trifásico com neutro deve ser consideradocomo constituído de quatro condutores carregados. Se o circuito for equilibrado, são considerados apenas três condutores carregados. • Maneira de instalar A capacidade de condução de corrente dos condutores, determinada por ensaio ou por cálculo, é definida em função do método de instalação adotado. Os métodos de instalação de Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 11 Prof. Gilberto Figueiredo referência são: ✓ A1: condutores isolados em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante; ✓ A2: cabo multipolar em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante; ✓ B1: condutores isolados em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira; ✓ B2: cabo multipolar em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira; ✓ C: cabos unipolares ou cabo multipolar sobre parede de madeira; ✓ D: Cabo multipolar em eletroduto enterrado no solo; ✓ E: cabo multipolar ao ar livre; ✓ F: cabos unipolares justapostos (na horizontal, na vertical ou em trifólio) ao ar livre; ✓ G: cabos unipolares espaçados ao ar livre; Se um determinado circuito apresentar, ao longo de seus diversos trechos, mais de uma maneira de instalar, deve-se considerar, para efeito de dimensionamento, aquela que apresentar a condição mais desfavorável de troca térmica com o meio ambiente. As tabelas 36 a 39 da ABNT NBR 5410:2004 contém as capacidades de condução de corrente para as seções transversais de cabos de cobre e alumínio de acordo com o método de instalação e o número de condutores carregados. • Temperatura ambiente ou do solo O Fator de Correção de Temperatura – (K1) é aplicável para temperaturas ambientes diferentes de 30 °C para linhas não subterrâneas e de 20 °C (temperatura do solo) para linhas subterrâneas. A Tabela 5.2 indica os fatores K1, de acordo com a isolação do cabo, para diversas temperaturas ambiente e do solo, este com resistividade térmica de 2,5 K.m/W. Algumas vezes a instalação da linha elétrica subterrânea é realizada em solo com resistividade térmica diferente de 2,5 K.m/W, que é o caso de solos muito secos que possuem resistividade mais elevada. Nesses casos se deve aplicar, adicionalmente, os fatores de correção previstos na Tabela 5.3 a não ser que o solo das imediações dos condutores seja substituído por terra ou material equivalente com dissipação térmica mais favorável. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 12 Prof. Gilberto Figueiredo Tabela 5.2 - Fatores de correção para temperaturas (K1) ambientes diferentes de 30 °C para linhas não-subterrâneas e de 20 °C para linhas subterrâneas. (Adaptado de ABNT NBR 5410) Temperatura (°C) Isolação PVC EPR ou XLPE Ambiente 10 1,22 1,15 15 1,17 1,12 20 1,12 1,08 25 1,06 1,04 35 0,94 0,96 40 0,87 0,91 45 0,79 0,87 50 0,71 0,82 55 0,61 0,76 60 0,5 0,71 65 – 0,65 70 – 0,58 75 – 0,5 80 – 0,41 Solo (°C) 10 1,1 1,07 15 1,05 1,04 25 0,95 0,96 30 0,89 0,93 35 0,84 0,89 40 0,77 0,85 45 0,71 0,8 50 0,63 0,76 55 0,55 0,71 60 0,45 0,65 65 – 0,6 70 – 0,53 75 – 0,46 80 – 0,38 Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 13 Prof. Gilberto Figueiredo Tabela 5.3 - Fatores de correção para linhas subterrâneas em solo com resistividade térmica diferente de 2,5 K.m/W. (Adaptado de ABNT NBR 5410) Resistividade Térmica (𝐾. 𝑚 𝑊⁄ ) 1 1,5 2 3 Fator de Correção 1,18 1,1 1,05 0,96 • Proximidade com outros condutores: O Fator de Correção de Agrupamento de Condutores – (K2) é aplicável a condutores agrupados em feixe (em linhas abertas ou fechadas) e a condutores agrupados em um mesmo plano, em camada única é mostrado na Tabela 5.4. Ela está adaptada da tabela 42 da ABNT NBR 5410:2004 e se sugere consultar a mesma e atentar para as notas contidas. Tabela 5.4 - Fatores de correção aplicáveis a condutores agrupados em feixe (em linhas abertas ou fechadas) e a condutores agrupados num mesmo plano, em camada única (K2). (Adaptado de ABNT NBR 5410:2008) Ref. Forma de agrupamento dos condutores Número de circuitos ou de cabos multipolares Métod os de referên cia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 11 12 a 15 16 a 19 20 1 Em feixe: ao ar livre ou sobre superfície; embutidos; em conduto fechado 1,00 0,80 0,70 0,65 0,60 0,57 0,54 0,52 0,50 0,45 0,41 0,38 A a F 2 Camada única sobre parede, piso ou em bandeja não perfurada ou prateleira 1,00 0,85 0,79 0,75 0,73 0,72 0,72 0,71 0,70 C 3 Camada unida no teto 0,95 0,81 0,72 0,68 0,66 0,64 0,63 0,62 0,61 4 Camada unida em bandeja perfurada 1,00 0,88 0,82 0,77 0,75 0,73 0,73 0,72 0,72 E e F 5 Camada única sobre leito, suporte, etc. 1,00 0,87 0,82 0,80 0,80 0,79 0,79 0,78 0,78 O Fator de Correção de Agrupamento de Circuitos – K3 é aplicável a agrupamentos consistindo em mais de uma camada de condutores (métodos de referência C, E e F), Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 14 Prof. Gilberto Figueiredo independentemente da disposição da camada, se horizontal ou vertical. A Tabela 5.5, adaptada da tabela 43 da ABNT NBR 5410:2004, mostra os valores aplicáveis de acordo com a quantidade de camadas de cabos e a quantidade de circuitos trifásicos/cabos multipolares utilizados. A ABNT 5410:2004 também prevê, no mesmo apartado, fatores de correção de agrupamento para linhas elétricas com cabos diretamente enterrados e para linhas com eletrodutos enterrados. Sugere- se consultar a mesma para mais informações. Tabela 5.5 - Fatores de correção para mais de uma camada de condutores (K3). (Adaptado de ABNT NBR 5410:2004) Quantidade de circuitos trifásicos ou de cabos multipolares por camada 2 3 4 ou 5 6 a 8 9 e mais Quantidade de camadas 2 0,68 0,62 0,60 0,58 0,56 3 0,62 0,57 0,55 0,53 0,51 4 ou 5 0,60 0,55 0,52 0,51 0,49 6 a 8 0,58 0,53 0,51 0,49 0,48 9 e mais 0,56 0,51 0,49 0,48 0,46 Ressalta-se que caso o circuito a ser projetado seja referente a uma linha elétrica subterrânea, com cabos diretamente enterrados ou com eletrodutos enterrados, deve-se consultar as tabelas 44 e 45 da ABNT NBR 5410:2004 a fim se obter os fatores de agrupamento aplicáveis aos casos em questão. Determinação da corrente de projeto corrigida Após determinar os fatores de correção aplicáveis à instalação, deve calcular a corrente de projeto corrigida com a Equação 5.5. 𝐼𝑝 ′ = 𝐼𝑛 𝐾1. 𝐾2. 𝐾3 Equação 5.5 De posse do valor calculado com a Equação 5.5, deve-se consultar as tabelas 36 a 39 da ABNT NBR 5410:2004, a qual contém as capacidades de condução de corrente dependendo do tipo de condutor, do número de condutores carregados e a maneira de instalar escolhida. A partir daí se avalia a escolha de um condutor cuja corrente nominal seja maior do que Ip. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 15 Prof. Gilberto Figueiredo 5.6. DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES: CRITÉRIO DA QUEDA DE TENSÃO ADMISSÍVEL Ao longo de um circuito, desde o ponto de alimentação até a carga, ocorre uma queda na tensão. É necessário, então, dimensionar os condutores para que essa redução de tensão não ultrapasse os limites estabelecidos pelas normas, que garantem o funcionamento normal dos aparelhos, equipamentos e motores. Esses limites, determinados em valores percentuais da tensão nominal, são os seguintes: • Em instalações alimentadas a partir da rede de baixa-tensão (Figura 5.8): 5%. • Em instalações alimentadas por uma subestação de transformação, a partir da rede de alta-tensão ou que possuam fonte própria (Figura 5.9Figura 5.10): 7%. Figura 5.8- Queda de tensão máxima admissível para circuitos alimentados a partir da rede de baixa tensão. (Adaptado de Carvalho, 2008) Figura 5.9 - Queda de tensão máxima admissível para circuitos alimentados a partir da rede de alta tensão. (Adaptado de Carvalho, 2008) Define-se queda de tensão, em relação à tensão nominal de alimentação, como sendo: Δ𝑉(%) = 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 × 100% Quadro Terminal Quadro Geral ~ 5% 4% Quadro Terminal Alimentação em BT Circuitos de distribuição Iluminação Circuitos Terminais Outras utilizações 5% 7% Circuitos de distribuição 4% Subestação Quadro Terminal Quadro Geral Quadro Terminal ~ 5% Alimentação em AT Iluminação Circuitos Terminais Outras utilizações Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 16 Prof. Gilberto Figueiredo Em qualquer dos casos, a queda de tensão parcial nos circuitos terminais deverá ser de, no máximo, 4%. Para o cálculo da queda de tensão num circuito deve ser utilizada a corrente de projeto do circuito (Ip.). Para o dimensionamento do condutor pelo critério da queda de tensão deve-se conhecer: • O material do eletroduto (magnético ou não magnético); • O tipo de circuito (monofásico ou trifásico); • A corrente de projeto; • O tipo de isolação do condutor; • A tensão de alimentação do circuito; • A queda de tensão admissível; • O fator de potência médio considerado; • O comprimento do circuito. As Tabela 5.6 e Tabela 5.7 fornecem as quedas de tensão percentuais para os alimentadores de circuitos terminais em função das distâncias e das potências transmitidas para circuitos monofásicos e bifásicos com fator de potência unitário. As tabelas foram obtidas de acordo com a Equação 5.6. S = 2𝜌 1 ∆𝑉 × 𝑉2 × (𝑃1𝑙1 + 𝑃2𝑙2 + ⋯ + 𝑃𝑛𝑙𝑛) Equação 5.6 Onde: S: seção transversal do condutor em mm². P: potência ativa da carga [W]. ρ: resistividade do cobre em [Ω.mm²/m] = 0,017 Ω.mm²/m l: comprimento do circuito em metros. ΔV: queda de tensão em %. V: 127 V (monofásico) e 220 V (bifásico) Para circuitos trifásicos, deve-se substituir, na Equação 5.6, o 2 por √3 e V pelo valor da tensão de linha do circuito. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 17 Prof. Gilberto Figueiredo Tabela 5.6 - Soma dos produtos W x m para V = 127 Volts (circuitos a dois condutores). Condutor (mm2) Queda de tensão – ΔV(%) 1% 2% 3% 4% P (Watts) x L (m) 1,5 7016 14032 21048 28064 2,5 11694 23387 35081 46774 4,0 18710 37419 56129 74839 6,0 28064 56129 84193 112258 10,0 46774 93548 140322 187096 16,0 74839 149677 224516 299354 25,0 116935 233871 350806 467741 Tabela 5.7 - Soma dos produtos W x m para V = 220 Volts (circuitos a dois condutores). Condutor (mm²) Queda de tensão – ΔV(%) 1% 2% 3% 4% P (Watts) x L (m) 1,5 21054 42108 63163 84216 2,5 35090 70180 105270 140360 4,0 56144 112288 168432 224576 6,0 84216 168432 253648 336864 10,0 140360 280720 421080 561440 16,0 224576 449152 673728 898304 25,0 350900 701800 1052700 1403600 A Equação 5.6 tem boa relação entre praticidade e exatidão para condutores com seção nominal de até 25 mm². Nesse caso a reatância dos condutores é desprezada e o fator de potência da carga é considerado unitário. Para estimar de forma mais precisa a queda de tensão em condutores de seções maiores de circuitos trifásicos, deve-se utilizar a Equação 5.7. A Tabela 5.8 contém os dados de resistência e reatância para cabos isolados de baixa tensão. ∆𝑉(%) = √3 × 𝐼 × 𝑙 × (𝑅. 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋. 𝑠𝑒𝑛𝜃) 10 × 𝑁𝑐𝑝 × 𝑉𝐿 Equação 5.7 Onde: ΔV: queda de tensão [%]. I: corrente do circuito (A). R: Resistência do condutor [mΩ/m]. X: Reatância do condutor[mΩ/m] Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 18 Prof. Gilberto Figueiredo Np: número de condutores em paralelo por fase. VL: Tensão de linha do sistema [V]. 𝜃: ângulo do fator de potência a carga. Tabela 5.8 - Dados para cabos isolados. Adaptado de Mamede, 2017. Seção (mm²) Sequência Positiva (mΩ/m) Resistência Reatância Impedância X/R Ângulo 1,5 14,8137 0,1378 14,8143 0,0 0,5 2,5 8,8882 0,1345 8,8892 0,0 0,9 4 5,5518 0,1279 5,5533 0,0 1,3 6 3,7035 0,1225 3,7055 0,0 1,9 10 2,2221 0,1207 2,2254 0,1 3,1 16 1,3899 0,1173 1,3948 0,1 4,8 25 0,8891 0,1164 0,8967 0,1 7,5 35 0,6353 0,1128 0,6452 0,2 10,1 50 0,4450 0,1127 0,4590 0,3 14,2 70 0,3184 0,1096 0,3367 0,3 19,0 95 0,2352 0,1090 0,2592 0,5 24,9 5.7. SEÇÃO DOS CONDUTORES EM CIRCUTOS COM HAMÔNICOS No caso do circuito a ser alimentado possuir cargas com elevada taxa de harmônicos, a corrente de projeto é calculada de acordo com a Equação 5.8. 𝐼𝑝 = √𝐼1 2 + 𝐼2 2 + 𝐼3 2 + ⋯ + 𝐼𝑛 2 Equação 5.8 Onde Ip é o valor eficaz total da corrente de projeto do circuito, em ampères, I1 é o valor eficaz total da componente fundamental (60Hz) da do circuito, em ampères, e I2, I3, ..., In são os valores eficazes das componentes harmônicas presentes na corrente de fase, em ampères. Esse é o valor de Ip que deve ser utilizado para o dimensionamento dos condutores pelos critérios de capacidade de condução de corrente e queda de tensão. A fim de estabelecer quanto uma forma de onda se apresenta deformada em relação a uma onda perfeitamente senoidal é calculada a Taxa de Distorção Harmônica (THD), de acordo com a Equação 5.9. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 19 Prof. Gilberto Figueiredo 𝑇𝐷𝐻 = √∑ 𝐼𝑛 2∞ 𝑛=2 𝐼1 Equação 5.9 Logo: 𝐼1 2 × 𝑇𝐷𝐻2 = 𝐼2 2 + 𝐼3 2 + ⋯ + 𝐼𝑛 2 Dessa forma, pode-se calcular IP de acordo com a Equação 5.10 𝐼𝑝 = 𝐼1√1 + 𝑇𝐷𝐻2 Equação 5.10 5.8. DETERMINAÇÃO DA SEÇÃO DO CONDUTOR NEUTRO A seção do condutor neutro deve ser a mesma que o condutor fase: • Em circuitos monofásicos a 2 ou 3 condutores e bifásicos a 3 condutores, qualquer que seja a seção; • Em circuitos trifásicos, quando a seção do condutor fase for inferior ou igual a 25 mm²; • Em circuitos trifásicos, quando for prevista a presença de harmônicos, qualquer que seja a seção. Quando, em um circuito trifásico com neutro ou em um circuito com duas fases e neutro, a taxa de 3ª harmônica e seus múltiplos for superior a 15 %, no cálculo da corrente de projeto pelo critério da capacidade de condução de corrente se deve utilizar um “fator de correção devido ao carregamento do neutro”. Esse fator, em geral igual a 0,86, é aplicável independentemente do método de instalação e vale para o caso de três condutores carregados. Alternativamente, em circuitos trifásicos com neutro, pode-se considerar quatro condutores carregados, assumindo-se que os mesmos correspondem a dois circuitos com dois condutores carregados cada um. Nesse caso, o fator de correção devido ao carregamento do neutro corresponde ao fator de agrupamento válido para dois circuitos, de acordo com o método de instalação considerado 5.8.1. Seção do condutor neutro quando o conteúdo de terceira harmônica das correntes de fase for superior a 33%. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 20 Prof. Gilberto Figueiredo Nesse caso, a corrente que circula pelo neutro é superior à corrente das fases, podendo ser determinada de acordo com a Equação 5.11: 𝐼𝑁 = 𝑓ℎ × 𝐼𝑝 Equação 5.11 Onde fh é o fator de harmônicas dado na Tabela 5.9. Tabela 5.9 - Fator de hamônicas (fh) para o dimensionamento do condutor neutro. (Adaptado de ABNT NBR 5410) Taxa de terceira harmônica fh Circuito trifásico com neutro Circuito com duas fases e neutro 33% 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 1,30 56% a 60% 1,55 1,34 61% a 65% 1,64 1,38 66% 1,73 1,41 Na falta de uma estimativa mais precisa da taxa de terceiraharmônica, recomenda-se adotar fh = 1,73 para os circuitos trifásicos com neutro e fh = 1,41 no caso de circuitos com duas fases e neutro. 5.9. DETERMINAÇÃO DA SEÇÃO DO CONDUTOR DE PROTEÇÃO A ANBT NBR 5410:2004 define um procedimento de cálculo para a determinação do condutor de proteção em função da energia liberada e transformada em energia térmica (aquecimento do cabo) em condições de curto-circuito. Como alternativa, pode-se utilizar a Tabela 5.10 que contém a seção mínima indicada para o condutor de proteção em função da seção do condutor fase. Quando a aplicação da tabela conduzir a seções não padronizadas, devem ser escolhidos condutores com a seção padronizada mais próxima. A Tabela 5.10 é válida apenas se o condutor de proteção for constituído do mesmo metal que os condutores de fase. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 21 Prof. Gilberto Figueiredo Tabela 5.10 - Seção mínima do condutor de proteção. (Adaptado de ABNT NBR 5410:2004) Seção (S) dos condutores fase (mm²) Seção mínima do condutor de proteção (mm²) 𝑆 ≤ 16 𝑆 16 ≤ 𝑆 ≤ 35 16 𝑆 > 35 𝑆 2⁄ 5.10. CONDUTOS ELÉTRICOS Conduto Elétrico é a canalização destinada a conter os condutores elétricos. Nos condutos das instalações prediais devem ser instalados os cabos uni e multipolares isolados. Os condutos podem ser do tipo eletrocalhas (lisas ou perfuradas), bandejas/leitos, canaletas ou eletrodutos. A Figura 5.10 mostra exemplos de duas instalações: uma na qual são utilizadas eletrocalhas e bandejas para acomodação dos condutores isolados e outra onde são utilizados eletrodutos. (a) (b) Figura 5.10 - Exemplo de instalação com (a) eletrocalhas e bandejas e (b) eletrodutos. (Adaptado de Stock Perfil, 2019 e Catálogo Tigre, 2016). • Eletrodutos: são canalizações metálicas (aço, alumínio) ou de mateiral isolante (PVC, polietileno, fibro-cimento e outros) utilizadas em instalações elétricas embutidas ou aparentes. Os eletrodutos podem ainda ser magnéticos ou não-magnéticos (em função do material utilizado na sua confecção); rígidos ou flexíveis; roscáveis ou soldáveis; leves, semipesados ou pesados. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 22 Prof. Gilberto Figueiredo • Calhas: são condutos fechados utilizados em instalações aparentes. Podem ser de material metálico (aço, alumínio) ou isolante (plástico), com paredes maciças ou perfuradas. As tampas são desmontáveis, podendo ser simplesmente encaixadas ou fixadas com auxílio de ferramentas. • Canaletas: condutos com tampas removíveis, ventiladas ou maciças, instalados ao nível do solo. Os condutores podem ser instalados diretamente ou em eletrodutos. • Bandejas/Leitos: suporte de cabos sem cobertura, podendo ser perfuradas ou não. São constituídas, geralmente, de material metálico. Recomenda-se que todos os condutores pertencentes a um mesmo circuito sejam agrupados em um mesmo conduto. Eletrodutos e calhas devem conter somente condutores de um único circuito, com exceção para: 1. Os casos em que as quatro condições abaixo forem atendidas: • Todos os condutores sejam isolados para a mesma tensão. • Cada circuito possua sua própria proteção de sobrecorrente. • Todos os circuitos se originem do mesmo dispositivo geral de comando e proteção, sem a interposição de equipamentos que transformem a corrente elétrica (transformadores, conversores, retificadores ou outros). • As seções dos condutores fase estejam dentro de um intervalo de três valores normalizados sucessivos de seção nominal (Ex: 4 mm2, 6 mm² e 10 mm2). 2. Diferentes circuitos alimentando um mesmo equipamento e as duas primeiras condições da regra anterior atendidas. Os eletrodutos flexíveis, comumente empregados nas instalações prediais, são comercializados em rolos de 50 m e diâmetros tabelados em mm de acordo com a ABNT NBR 15465:2020. Os mais empregados são corrugados e flexíveis, feitos principalmente de PVC, para instalações internas, e Polietileno de Alta Densidade (PEAD), para instalações externas, e devem obrigatoriamente ser não propagadores de chama. Os eletrodutos rígidos, também empregados nas instalações elétricas, estão comercialmente em peças com comprimento de 3 m de comprimento e diâmetros tabelados, dados em polegadas ou milímetros. Normalmente são feitos de ferro esmaltado de preto, ferro galvanizado, PVC ou alumínio Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 23 Prof. Gilberto Figueiredo 5.11. DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTOS: TAXA MÁXIMA DE OCUPAÇÃO A taxa máxima de ocupação dos eletrodutos é definida em relação a área da seção transversal dos mesmos, não devendo ser superior a: • 53% no caso de um condutor ou cabo; • 31% no caso de dois condutores ou cabos; • 40% no caso de três ou mais condutores ou cabos. Para dimensionar os eletrodutos determina-se a seção total ocupada pelos condutores utilizando as dimensões fornecidas pelos fabricantes e entrando com o valor total nas tabelas fornecidas pelos fabricantes de eletrodutos. Caso os condutores instalados em um eletroduto sejam do mesmo tipo e tenham a mesma seção nominal, pode-se determinar o diâmetro externo nominal dos eletrodutos diretamente em tabelas específicas, em função da quantidade e seção dos condutores, como pode ser visto nas Tabela 5.11 e Tabela 5.12. Tabela 5.11 - Número máximo de condutores isolados com PVC em eletrodutos de PVC. Seção Nominal (mm2) Número de Condutores no Eletroduto 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tamanho Nominal do Eletroduto 1,5 16 16 16 16 16 16 20 20 20 2,5 16 16 16 20 20 20 20 25 25 4 16 16 20 20 20 25 25 25 25 6 16 20 20 25 25 25 25 32 32 10 20 20 25 25 32 32 32 40 40 16 20 25 25 32 32 40 40 40 40 25 25 32 32 40 40 40 50 50 50 35 25 32 40 40 50 50 50 50 60 50 32 40 40 50 50 60 60 60 75 70 40 40 50 50 60 60 75 75 75 95 40 50 60 60 75 75 75 85 85 120 40 50 60 75 75 75 85 85 - 150 50 60 75 75 85 85 - - - 185 50 75 75 85 85 - - - - Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 24 Prof. Gilberto Figueiredo Tabela 5.12 - Número máximo de condutores isolados com PVC em eletrodutos de Aço. Seção Nominal (mm2) Número de Condutores no Eletroduto 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tamanho Nominal do Eletroduto 1,5 15 15 15 15 15 15 20 20 20 2,5 15 15 15 20 20 20 20 25 25 4,0 15 15 20 20 20 25 25 25 25 6,0 15 20 20 25 25 25 25 31 31 10,0 20 20 25 25 31 31 31 31 41 16,0 20 25 25 31 31 41 41 41 41 25,0 25 31 31 41 41 41 47 47 47 35,0 25 31 41 41 41 47 59 59 59 50,0 31 41 41 47 59 59 59 75 75 70,0 41 41 47 59 59 59 75 75 75 95,0 41 47 59 59 75 75 75 88 88 120,0 41 59 59 75 75 75 88 88 88 150,0 47 59 75 75 88 88 100 100 100 185,0 59 75 75 88 88 100 100 113 113 Se os condutores instalados em um eletroduto possuírem seções transversais diferentes, pode-se utilizar a Equação 5.12 para calcular a seção ocupada pelos condutores: 𝐴𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝑁𝑐𝑓𝜋𝐷𝑐𝑓 2 4 + 𝑁𝑐𝑛𝜋𝐷𝑐𝑛 2 4 + 𝑁𝑐𝑝𝜋𝐷𝑐𝑝 2 4 Equação 5.12 Onde: Acondutores: seção ocupada pelos condutores em mm². Ncf, Ncn e Ncp: número de condutores fase, neutro e de proteção. Dcf, Dcn e Dcp: diâmetro nominal dos condutores fase, neutro e de proteção. Determina-se, então, o tamanho do eletroduto a ser utilizado entrando-se com o valor de Acondutores na Tabela 5.13, (para efeitos práticos, foram consideradas iguais as áreas úteis dos eletrodutos rígidos metálicos e de PVC), para o número de condutores pretendidos. Deve-se frisar, no entanto, que quando a área ocupada pelos condutores for igual ou inferior a 33% da área útil do eletroduto não é necessário aplicar nenhum fator de correção de agrupamento. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 25 Prof. Gilberto Figueiredo Tabela 5.13 - Seção nominal dos eletrodutos em função da área ocupada pelos condutores.Dimensão do Eletroduto Cabos sem Cobertura de Chumbo (mm²) Tamanho Nominal Área Útil mm2 1 cabo 53% 2 cabos 31% 3 cabos ou mais 40% mm Pol. 16 3/8” 126,6 67 39 50 20 1/2” 203,6 107 63 81 25 3/4” 346,3 183 107 138 32 1” 564,1 298 175 225 40 1 1/4” 962,1 510 298 385 50 1 1/2” 1244,1 659 385 497 60 2” 1979,2 1.049 613 791 75 2 1/2” 3327,0 1.763 1.031 1.330 85 3” 4488,8 2.379 1.391 1.795 100 3 1/2” 7043,5 2.183 2.183 2.817 5.12. CAIXAS DE DERIVAÇÃO Objetivos: • Abrigar equipamentos. • Abrigar emendas de condutores. • Limitar o comprimento de trechos da tubulação. • Limitar o comprimento de curvas entre os trechos da tubulação. Recomendações estabelecidas pela NBR-5410: • Os trechos contínuos retilíneos de tubulação (sem interposição de caixas ou equipamentos) não devem exceder 15 metros. Nos trechos com curvas, a distância deve ser reduzida de 3 metros para cada curva de 900. Obs: Caso o ramal de eletrodutos seja obrigado a passar por locais onde não é possível o emprego de caixas de derivação, a distância prescrita no item anterior pode ser aumentada desde que: ✓ Seja calculada a distância máxima permissível (levando-se em conta o número de curvas de 900 necessárias); ✓ Para cada 6 metros ou fração de aumento da distância seja utilizado um Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 26 Prof. Gilberto Figueiredo eletroduto de tamanho nominal imediatamente superior ao do eletroduto que seria empregado normalmente. • Em cada trecho de tubulação, entre duas caixas, entre extremidades ou entre extremidade e caixa, podem ser previstas, no máximo, três curvas de 900 ou equivalente até, no máximo, 2700. Em nenhuma hipótese podem ser previstas curvas com deflexão superior a 900. • Devem se previstas caixas de derivação: ✓ Em todos os pontos de entrada ou de saída da tubulação, com exceção para os pontos de transição ou de passagem de linhas abertas para linhas em eletrodutos, que devem ser arrematados com buchas. ✓ Em todos os pontos de emenda ou de derivação de condutores. ✓ Para dividir a tubulação em trechos não maiores que os especificados anteriormente. Sistemas Prediais I – Unidade V: Linhas Elétricas 27 Prof. Gilberto Figueiredo REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT NBR 5410: 2008 – Instalações Elétricas Em Baixa Tensão. ABNT NBR 5460:1992 – Sistemas Elétricos de Potência: Terminologia. ABNT NBR 15465:2020 – Sistema de Eletrodutos Plásticos para Instalações Elétricas de Baixa Tensão – Requisitos de Desempenho. CREDER, H. Instalações Elétricas. Editora LTC, 16a edição, 2018. Catálogo Técnico Prysmian Group – Condutores elétricos de baixa e média tensão, 2005. Catálogo de produtos Conduspar – Condutores elétricos, 2018. Catálogo Alubar CooperTech – Cabos de cobre de baixa tensão, 2018. Catálogo Alubar CooperTech – Condutores Elétricos de Alumínio, 2015. Catálogo Técnico Stock Perfil – Eletrocalhas, pefilados, leito para cabos, acessórios, abraçadeiras e fixadores, 2019. Catálogo Técnico Tigre - Eletricidade, 2016. CARVALHO, C. C. M. M. Notas de Aula de Instalações Elétricas em Baixa Tensão. Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará. 2008. MAMEDE FILHO, J. Instalações Elétricas Industriais. Editora LTC, 9a edição, 2017. NISKIER, J. Manual de Instalações Elétricas. Editora LTC, 2a edição, 2015.