Cabos e fios

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Engenharia Civil
José, Cleiton, Pedro Victor, Francisco,
Diego, Cristiano e Camilla Barreto
TRABALHO DE FÍSICA:
Caracterização dos cabos para instalações elétricas
Gama-DF
2017
José de Arimatéia Figueiredo Júnior,
Cleiton Lucio da Silva,
Pedro Victor Garcia de Figueiredo,
Francisco Thiago de Brito Soares,
Diego Nunes Rodrigues,
Cristiano Benigno Machado
Camilla da Silva Lima Barreto
TRABALHO DE FÍSICA GERAL:
Caracterização dos cabos para instalações elétricas
Trabalho sobre a caracterização dos cabos para instalações elétricas apresentado ao curso de Física geral como parte dos requisitos da graduação de engenharia civil ministrada pelo professor
Gama-DF
2017
Introdução
Os fios e cabos serão apresentados aqui como condutores elétricos que são necessários em qualquer construção que possua um sistema elétrico e precise da utilização de eletricidade. Mas não é qualquer fio ou cabo que servem para tais funções e o importante é saber quais tipos são adequados para cada ambiente e/ou função.
Como não são visíveis, a diferença e funcionalidade não está clara, a todos e existe uma grande variedade, como milimetragem, tipo, resistência à corrente elétrica, cor etc. A escolha correta de acordo com o projeto, é extremamente importante para evitar problemas futuros, como curto-circuito, incêndios...
Dentre as várias opções comerciais para tipos de cabos, dois são os principais: alumínio e cobre.
O desenvolvimento desse trabalho tem como objetivo apresentar as principais variações e especificações de alguns deles, exemplificando todos para que haja melhor compreensão do uso, além da apresentação de algumas normas regulamentadoras da legislação brasileira, desses materiais.
 
Tipos de fios/cabos
A diferença fundamental entre fios e cabos, é que os cabos têm capacidade maior de suportar cargas, por isso comumente, são utilizados em linhas de transmissão, por exemplo. 
De maneira geral denomina-se fio ou cabo qualquer sistema estrutural flexível, ou seja, articulado em todos os seus pontos. Estes possuem seções nominais expressas em milímetros quadrados, que está diretamente relacionada à resistência elétrica do condutor. Quanto maior a corrente da instalação, maior deve ser a seção nominal.
Uma obra pode precisar de cabos rígidos ou flexíveis dependendo do projeto. Essa escolha é feita pelo projetista ou instalador.
Materiais mais comuns para cabos:
O Cobre é freqüentemente aplicado em projetos domésticos e residenciais urbanos, já o alumínio tem sua principal aplicação em obras de grandes redes de transmissão.
A determinação da escolha do tipo de condutor que melhor se aplica às condições impostas é o peso, custo, aquecimento e capacidade de condução elétrica que são alguns dos fatores físicos e químicos levados em consideração.
Quando há a necessidade de cabos mais flexíveis, o cobre é melhor que o alumínio.
O alumínio é bem mais barato em torno de US$ 1,80 por tonelada, mais leve com 2,703 g/cm³ e mais resistente a deformações, o que reduz o custo do seu uso.
Já a tonelada do cobre custa em torno de US$5,80, pesa 8,89g/cm³ e possui maior resistência a oxidação, corrosão e galvânica o que reduz o risco de super aquecimento das fiações, é mais maleável e as conexões entre cobre são mais confiáveis, que conexões alumínio-cobre.
2.1 Fio sólido
Esse tipo de fio é um material maciço feito de cobre e PVC e suporta a carga elétrica de até 750V. É mais utilizado em quadros elétricos, tomadas, chuveiros e em instalações residenciais e industriais mais simples, em que não é necessária a flexibilidade do fio.
Justamente por ser pouco flexível não deve ser dobrado, uma vez que se esse fio romper pode causar a interrupção da corrente elétrica. Por esse motivo também é que os fios sólidos normalmente não são a primeira opção de compra, apenas se recomendado.
A espessura desse fio varia de 1,5mm² a 10mm². Quanto maior a bitola, maior a capacidade de corrente elétrica, em amperes, que o fio ou cabo irá suportar.
Assim, independentemente do tipo de fios e cabos, é preciso escolher condutores que suportem essa corrente. Esse tipo de fio é indicado para instalações internas fixas, industriais, comerciais e residenciais de luz e força, embutidos em eletrodutos, bandejas ou canaletas
2.2 Cabo flexível e cabo rígido 
Assim como os fios sólidos, estes cabos também são feitos de fios de cobre e isolados em PVC. Os cabos rígidos e flexíveis são os mais habituais e usados em diversas instalações elétricas – internas e fixas de luz, em residências, industriais, comerciais, entre outras. Possuem a mesma capacidade de condução de energia e indicações de uso que o fio sólido, no entanto, eles se diferenciam em sua flexibilidade.
Os tipos mais comuns de espessura são até 750V e até 1000V. Para você comparar melhor: quanto maior a espessura do PCV, maior a capacidade de isolar a tensão elétrica. Cabos com 1KV (1000V), por exemplo, são mais usados em indústrias e entradas de rede predial.
Cabos de materiais como Afumex são alternativas também eficientes de materiais isolantes desses condutores, com a vantagem da baixa emissão de fumaça e gases tóxicos. 
Os cabos flexíveis, por exemplo, são mais fáceis de serem manuseados, uma vez que eles deslizam nos eletrodutos. O que pode ser uma facilidade no momento da instalação, dependendo do caso e necessidade. Eles são compostos por 
fios mais finos e podem ser dobrados. Os tamanhos da bitola mais utilizados variam entre 1mm² e 25mm², mas podem chegar até 300 mm². Já os cabos rígidos são feitos da junção de fios de cobre torcidos. Possuem uma seção nominal de até 35mm².
2.3 Cabos PP 
Esse modelo possui grande flexibilidade e é muito usado para ligações de eletrodomésticos, como aspirador, e outros aparelhos mais profissionais, como furadeiras e máquinas de solda. São utilizados também no mercado automotivo. Os Cabos PP são formados por condutores de fios de cobre.  Possui esse nome por ter duas capas de PVC, uma dentro da outra, podendo ter duas ou mais pontas internas para fazer a ligação. São bem resistentes e seguros.
Esse cabos também podem fazer parte da decoração da sua casa, através de luminárias pendentes – bem em alta nesse segmento de iluminação. As medidas da bitola variam de 1 a 10mm². Seu revestimento pode ter a cor preta ou branca, mas as capas internas levam as cores de acordo com a norma NBR5410 de 2004.
2.4 Cabos paralelos
 
Esses tipos de fios e cabos são recomendados para a instalação de aparelhos pequenos e portáteis e objetos de iluminação como abajures e lustres. Os cabos paralelos também são constituídos por fios de cobre e são considerados flexíveis. Sua espessura varia entre 2×0,5mm² a 2x4mm².
 2.5 Cabos de cobre nu
Os cabos sem revestimento são compostos apenas pelo material condutor, por isso, são instalados em locais que a falta de revestimento não representa perigo para os indivíduos e equipamentos. O cabo de cobre nu é constituído de cobre eletrolítico de têmpera dura ou meio dura, sem revestimento. É utilizado em instalações aéreas e sistemas elétricos de subsolo, também conhecidos como sistemas de aterramento, e também é utilizado por empresas de transmissão de energia, em instalações elétricas industriais e em pára-raios, pois o cabo de cobre nu é responsável por conduzir parte da energia para o solo, e é por este motivo que todo sistema de pára-raios tem antenas metálicas e cabos de cobre nu ligados ao chão.
2.6 Cabos para uso móvel
Esse tipo de cabo é mais utilizado no campo industrial em esteiras, braços mecânicos, entre outros equipamentos que se movimentam durante o uso. A alimentação elétrica é fundamental para garantir o funcionamento desses equipamentos, porém, os cabos elétricos comuns, como os citados anteriormente, racham quando são movimentados de forma frequente. Para atender as necessidades desse setor, foram criados os cabos para uso móvel, pois, os mesmos, são ótimos condutores de eletricidadepor ser fabricados com cobre estanhado, um material altamente flexível e perfeito para o uso em equipamentos industriais.
A fabricação de cabos para uso móvel precisa ser realizada de acordo com as normas técnicas. Diferente dos cabos comuns, esse tipo de cabo possui um número superior de fios condutores, enquanto o comum é constituído com aproximadamente 19 fios, os cabos para uso móvel possuem 74 até 216 fios. Além disso, eles são mais finos e, por isso, conseguem realizar os movimentos mecânicos sem que ocorra o rompimento.
2.7 Cabos de alumínio
Os cabos de alumínio são de um tipo de condutor dos mais utilizados, mesmo tendo algumas limitações.
Quando os condutores elétricos começaram a ser fabricados, os cabos de alumínio, juntamente com os de cobres, eram comumente utilizados em grande escala. Com o passar do tempo, esse conceito sofreu certa modificação e muitos locais que antes eles eram usados, hoje em dia, eles são proibidos. 
Isso ocorreu porque, assim como qualquer produto, os condutores elétricos, fiações e cabos possuem algumas regras que regem esse segmento. No meio dessas normas, há questões com que diz respeito aos cabos de alumínio, como:
O uso dos cabos de alumínios é, largamente, indicado para linhas áreas. Também usados para o processo de transmissão e fornecimento de energia. A vantagem do alumínio em comparação ao cobre, pode-se dizer que é a sua leveza e maior dimensionamento. No entanto, em residência, comércios, indústrias, hospitais, hospedarias e locais de concentração de pessoas o seu uso é proibido.
3 Algumas especificações sobre a utilização dos cabos para conduçãode energia elétrica:
 
São as seções (bitola) mínimas dos cabos elétricos:
Circuitos de controle – 0,5mm2
Circuitos de sinalização – 0,5mm2
Circuitos de iluminação – 1,5mm2
Circuitos 2,5mm2
São as seções (bitola) mínimas de ligações flexíveis:
As seções de condutores inferiores à 1,5mm² são permitidas* apenas nos casos de:
Cordões flexíveis para ligações internas de aparelhos eletrodomésticos e de iluminação, como lustres, por exemplo. Nesse caso pode chegar a no mínimo em 0,75mm².
Em circuitos de controle e sinalização pode chegar a no mínimo 0,5mm².
(*) De acordo com a tabela da NBR 5410.
Quais são as seções (bitola) mínimas dos condutores neutros?
Os condutores neutros devem ter a mesma seção, ou maior, que os condutores fases, nos seguintes casos:
Em circuitos monofásicos
Em circuitos bifásicos
Em circuitos trifásicos com seções dos condutores iguais ou inferiores à 25mm²
Existe uma padronização de cores para cabos, fios e condutores elétricos:
Conforme estabelecido pela NBR5410 de 2004, que destaca a seguinte norma:
Padrão de cor para condutores neutros: Qualquer condutor isolado ou cabo unipolar que será utilizado como condutor neutro, o mesmo deverá ser identificado pela cor Azul-Claro.
Padrão de cor para condutores de proteção: Qualquer condutor isolado ou cabo unipolar que será utilizado como condutor de proteção (PE), o mesmo deverá ser identificado pela coloração dupla Verde-Amarelo (popularmente conhecido como Brasileirinho). Se não houver essa coloração é possível usar provisoriamente a cor Verde. Importante: Não é admitido usar a cor Verde-Amarela para outra função que não seja a de proteção.
Padrão de cor para condutores PEN (de proteção + neutro): Qualquer condutor isolado ou cabo unipolar que será utilizado como condutor PEN, o mesmo deverá ser identificado com a cor Azul-Claro, com anilhas Verde-Amarela nos pontos acessíveis.
Padrão de cor para condutores FASE ou VIVO: Qualquer condutor isolado ou cabo unipolar que será utilizado como condutor fase poderá utilizar qualquer cor, com exceção das regras mencionadas anteriormente. Ou seja, não podem ser Azul-Claro nem Verde-Amarela.
Deve se proteger os fios e cabos?
Sim, os condutores elétricos devem ser protegidos conforme estabelece a norma NBR5410 de 2004, no item 5.3. Proteção Contra Sobrecorrentes. Esse item determina quais são os critérios para utilizar disjuntores e fusíveis para proteger os cabos e fios elétricos de sobrecorrentes, sobrecargas e curto-circuitos.
Esta norma tem como objetivo proteger apenas os circuitos elétricos, os equipamentos que são conectados a estes circuitos possuem a sua proteção específica. A norma também determina que a proteção possa ser feita tanto por um único dispositivo que possa garantir simultaneamente a proteção completa contra curto-circuitos, sobrecorrentes e sobrecargas, quanto por multiplos e distintos dispositivos, que possam proteger individualmente as sobrecargas e os curto-circuitos.
Condutor de Proteção (ou Fio Terra):
O Condutor de Proteção (PE), também conhecido como Fio Terra, é um dispositivo que tem como função desviar a corrente que escapa dos condutores para a terra, com a finalidade de aumentar a segurança e evitar acidentes.
Os aparelhos eletrônicos que possuem 3 pinos oferecem a possibilidade de fuga da corrente para o fio terra, e devem ser conectados nas tomadas 2P+T, ou 3 pólos, conforme novo padrão brasileiro de tomadas.
Este, é obrigatório, segundo conforme a lei Número 11.337 de 26 de julho de 2006 e deve ser utilizado em todas as instalações de baixa tensão, independente do esquema adotado para o aterramento. Os condutores de proteção desempenham um papel fundamental, protegendo contatos indiretos, e garantindo o perfeito escoamento das correntes de fuga ou de falta de instalação.
Aterramento:
 O aterramento é o um fio ou cabo de cobre enterrado, por onde passa a corrente elétrica que é transmitida ao solo. A palavra aterramento é realmente uma referência a terra.
Aparelhos e equipamentos aterrados estão ligados à terra propositalmente. O fio que transmite essa ligação é o famoso Fio Terra.
Estes equipamentos estão aterrados para proteger os usuários de descargas atmosféricas, para descarregar cargas que ficam acumuladas e para ajudar no funcionamento correto de dispositivos como disjuntores e fusíveis, ao desviar a corrente para a terra e não para estes equipamentos.
Qual é a diferença entre o fio neutro e fio terra?
A diferença entre o fio terra e o fio neutro é a circulação da corrente elétrica. O fio neutro faz a corrente circular, pois ele faz parte do circuito elétrico. Já o fio terra desvia a corrente para a terra. Portanto, o fio neutro é responsável por transmitir e o fio terra é responsável por desviar para a terra.
CONCLUSÃO
Neste trabalho, abordamos a caracterização dos principais cabos utilizados nas instalações elétricas e alguns utilizados em maquinários, expondo suas especificidades e funções.
Não citamos todos os tipos de cabos, pois a infinidade de modelos existentes, não é relevante em dado momento, mas os mais utilizados e mais comuns foram mostrados.
Com isso concluímos que a abordagem desse tema é de demasiada importância para o nosso futuro campo de atuação profissional, pois a engenharia civil é responsável por aspectos relacionados às instalações elétricas. E vimos também que o conhecimento sobre cabos e suas utilidades, podem evitar grandes problemas de segurança em nossos projetos e gerar economias financeiras nos mesmos.
GLOSSÁRIO:
Volt: O volt (símbolo: V), é a unidade de tensão elétrica (diferença de potencial elétrico) do Sistema Internacional de Unidades. O plural do nome da unidade é volts.
PVC: material que isola a tensão elétrica, evitando que o cabo transfira eletricidade para outros materiais.
Galvânica: É a corrosão que acontece quando dois metais distintos com potenciais distintos são colocados em contato elétrico.
Bitola: Espessura do fio.
 Ampere: Símbolo: A, é a unidade de medida da corrente elétrica no Sistema Internacional de Unidades. O nome é uma homenagem ao físico francês André-Marie Ampère. Um ampere equivale a um coulomb por segundo:
Coulomb: O coulomb (símbolo: C) é a unidade de carga elétrica no Sistema Internacional (SI).É, por definição, a carga elétrica transportada em 1 segundo por uma corrente de 1 ampère.[1] Seu nome foi dado em homenagem a Charles de Coulomb.
Afumex: Os cabos AFUMEX, além das características de não propagação e auto-extinção do fogo, constatadas através dos ensaios de índices de oxigênio e queima vertical (fogueira), possuem propriedades exclusivas de baixa emissão de fumaça e gases tóxicos.
NBR-5410: É a norma que estipula as condições adequadas para o funcionamento usual e seguro das instalações elétricas de baixa tensão, ou seja, até 1000V em tensão alternada e 1500V em tensão contínua. Esta norma é aplicada principalmente em instalações prediais, públicas, comerciais, etc. 
 Condutor PEN: resulta da combinação P.E.(condutor de proteção) + N(neutro). O condutor PEN não é considerado um condutor vivo.
Bibliografia:
http://blogdecorwatts.com/cabos-fios/tipos-de-fios-e-cabos-eletricos/acessado 01/09/2017 10:37
http://blogdecorwatts.com/cabos-fios/duvidas-frequentes-fios-e-cabos-eletricos/acessado em 01/09/2017
https://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/normas%20e%20relat%F3rios/NRs/nbr_5410.pdf/acessado em 01/09/2017
https://www.impacta.com.br/blog/2015/03/29/condutor-de-cobre-ou-aluminio-saiba-quando-e-por-que-utiliza-los/acessado em 03/09/2017
http://www.icz.org.br/site/pdf/galvanizacao/GalvInfoNote_3_6.pdf acessado em 03/09/2017
https://pt.wikipedia.org/wiki/Volt/acessado em 03/09/2017
https://pt.wikipedia.org/wiki/Coulomb acessado em 03/09/2017
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ampere acessado em 03/09/2017
http://www.elefio.com.br/cabos-aluminio acessado em 03/09/2017	
https://estudanteuma.files.wordpress.com/2013/04/cap5-isel.pdf acessado em 11/09/2017
link da tabela do eletricista: https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj_o_u06J_WAhUMmJAKHX7eCvgQjRwIBw&url=https%3A%2F%2Fpt.slideshare.net%2Ffigueiredocastro1%2Fguia-do-eletricista&psig=AFQjCNFF9Hq8oc_MrpqqwjVBb6G6yKJwDg&ust=1505311389991856