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EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS Patrícia Sebajos Vaz Condutores de circuitos e seções de fios Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Identificar utilizações para diferentes tipos de condutores. Comparar os tamanhos AWG e os diâmetros de condutores em mi- límetros (mm). Determinar o diâmetro de fio adequado para determinada carga. Introdução Neste capítulo, você vai estudar sobre condutores elétricos e fios, os quais são primordiais para o sistema elétrico de distribuição de energia no Brasil. Estudá-los é fundamental para todos aqueles que almejam trabalhar como engenheiros eletricistas, projetistas e técnicos elétricos, portanto, a seguir, apresentaremos conceitos referentes à constituição dos cabos e dos fios elétricos, sua formação, características técnicas, aplicações, tipos de condutores e principais métodos de dimensionamento. Ao longo do texto, será possível especificar e definir as seções e conhecer quais materiais são utilizados para a fabricação, do que são constituídos e as normas técnicas aplicáveis para esse assunto. Você ainda vai visualizar, por meio de figuras, tabelas e gráficos, as especificidades e características. Tipos de condutores e possíveis utilizações Conceitos básicos Os condutores elétricos são responsáveis pelo transporte da energia elétrica, ou seja, são produtos metálicos cuja a propriedade é conduzir sinais elétricos. De forma geral, o condutor é circular e de comprimento extenso. São classificados em fios e/ou cabos elétricos, conforme as características técnicas do material utilizado e da forma como são fabricados. Fios elétricos são produtos metálicos com forma cilíndrica e seção maciça circular, comprimento maior que a dimensão da seção transversal. Podem ter isolação ou proteção metálica e também podem ser utilizados como produto semiacabado na fabricação de cabos elétricos. Cabo elétrico é o produto metálico composto de fios encordoados justapostos, que podem ter ou não isolação externa. Também podem ter proteção mecânica ou não e têm maior flexibilidade que os fios. Podem ser unipolares ou multipolares. Tanto os fios como os cabos elétricos têm seção transversal invariável. As principais características técnicas dos materiais utilizados na fabricação de condutores são a resistividade do material e a condutividade elétrica. O processo de fabricação de fios e cabos elétricos geralmente utiliza ma- teriais condutores, para que sejam responsáveis pelo transporte da energia elétrica da origem ao destino, e materiais isolantes, para garantir a integridade da energia elétrica transportada. A proteção mecânica permite que tanto o material condutor como o material isolante possam cumprir as suas funções, evitando toques acidentais ou situações indesejáveis, como a falta de energia elétrica. Os materiais que apresentam as melhores propriedades elétricas e mais utilizados na fabricação de condutores elétricos são o cobre e o alumínio. O cobre é mais frequentemente utilizado em condutores nus ou isolados aplicados em instalações de baixa tensão, circuitos residenciais, prediais e industriais, circuitos aterramento e SPDA. O alumínio é mais aplicado em condutores nus para transmissão e distribuição de longas distâncias. Pode também ter isolação, mas em escala muito inferior ao cobre. De acordo com Cavalin e Cervelin (2006), os condutores encordoados são os condutores que, ao serem construídos, têm a forma de uma corda, ou seja, são reunidos e torcidos entre si, constituindo, então, o condutor. Há cinco tipos de variações: normal, compactado, setorial compactado, flexível ou extraflexível e Conci. O condutor encordoado normal tem a formação concêntrica e regular, composto de um fio central e longitudinal que reúne ao seu redor o restante dos fios. Nessa constituição, todos os fios têm o mesmo diâmetro do fio central e normalmente as formações são padronizadas. O condutor encordoado compactado é muito similar ao normal, porém, a construção é realizada onde os espaços entre os fios são reduzidos, ou seja, como o próprio nome se refere, compactando a formação, o que resulta em um condutor de diâmetro externo menor. Com isso, a flexibilidade é menor Condutores de circuitos e seções de fios2 em relação ao normal. A uniformidade da superfície externa aumenta com a deformação das coroas de fios elementares. O condutor encordoado setorial compactado é fabricado por meio de uma formatação setorial, compactando os fios elementares com a passagem em jogos de calandras. Também reduz o diâmetro externo do cabo e economiza materiais de enchimento e proteção. Condutores encordoados flexível e extraflexível também são realizados de forma semelhante ao encordoamento normal. A diferença está em se utilizar um grande número de fios redondos sólidos de diâmetro reduzido, resultando num condutor com maior flexibilidade. Condutor encordoado Conci, cujo núcleo é oco, é constituído de um canal para o óleo impregnante, formado por uma ou várias coroas anulares, encordoadas helicoidalmente, e sua aplicação se restringe apenas para cabos OF. Sua construção pode ser por condutor segmentado, condutor Milikan e condutor anular. De acordo com a norma da ABNT NBR NM 280, são definidos, para condutores de cobre, seis classes de encordoamento, com graus crescentes de flexibilidade (Quadro 1). Fonte: Adaptado de Prysmian (2010). Classe 1 Condutores sólidos (fios) Classe 2 Condutores encordoados compactados ou não Classe 3 Condutores encordoados não compactados Classe 4, 5, e 6 Condutores flexíveis Quadro 1. Classes de encordoamento Isolação A isolação é um termo utilizado para isolar eletricamente, confinando o campo elétrico gerado pelo condutor, com a finalidade de proteger mecanicamente o fio do meio que o circunda, do contato com outros condutores, com a terra, toques acidentais ou do ambiente em que esteja instalado. 3Condutores de circuitos e seções de fios Para realizar a isolação, são utilizados materiais isolantes com alta resisti- vidade e devem ter alta rigidez dielétrica, especialmente quando empregados em tensões elétricas superiores a 1 kV. Como exemplo, podemos observar a Figura 1 a seguir. Nela, podemos observar que o condutor, além de apresentar a isolação, tem também uma cobertura externa com a função de proteger o fio ou o cabo contra influências externas. Esse invólucro externo é não metálico e contínuo. O fio que apresentar apenas a cobertura é chamado de cabo coberto, pois não tem a camada de isolação. Denominamos condutor isolado o fio ou o cabo dotado apenas de isolação. Observe-se que a isolação não precisa necessariamente ser constituída por uma única camada (p.ex., podem ser usadas duas camadas do mesmo material, sendo a camada externa especialmente resistente à abrasão) de acordo com a fabricante Prysmian (Figura 2). Figura 1. Cobertura, isolação e condutor. Fonte: Adaptada de Prysmian (2010, p. 19). Cobertura Isolação Condutor Figura 2. Condutor isolado. Fonte: Adaptada de Prysmian (2010, p. 19). Condutor isolado (f io) Condutor isolado (cabo) Condutores de circuitos e seções de fios4 O Quadro 2 apresenta os tipos de isolação e os materiais empregados. Os principais são: PVC, EPR e XLPE. Fonte: Adaptado de Cavalin e Cervelin (2006). Isolantes sólidos (extrudados) Termoplásticos Cloreto de polivinila (PVC) Polietileno (PE ou PET) Polipropileno Polivinil antiflam Termofixos (vulcanizados) Polietileno reticulado (XLPE) Borracha etileno Propileno (EPR) Borracha de silicone Estratificados Papel impregnado com massa Papel impregnado com óleo fluido sob pressão Outros materiais Fibra de vidro Verniz Quadro 2. Tipos de isolação e materiais empregados De acordocom o fabricante Prysmian, as características principais dos condutores conforme o tipo de isolação são as seguintes. Os condutores com isolação de PVC (cloreto de polivinila), que têm como atributos: são facilmente coloridos por cores vivas; transmitem mal o fogo, entretanto produzem fumaça, gases corrosivos e tóxicos; têm boas resistências químicas à água; e têm rigidez dielétrica elevada, sendo possível utilizá-los em cabos isolados até tensão de 6 kV. Os condutores com isolação de EPR (borracha etileno-propileno), que apresentam como propriedades: flexibilidade muito grande; alta rigidez die- létrica; excelente resistência mecânica e ionização; e temperatura máxima admissível elevada. Os condutores com isolação de XLPE (polietileno reticulado), que têm como particularidades: alta rigidez dielétrica; excelente resistência mecânica 5Condutores de circuitos e seções de fios e baixa resistência à ionização; temperatura máxima admissível elevada; e baixas perdas dielétricas. Características de dimensionamento para a isolação A isolação é dimensionada de acordo com a tensão e a corrente elétrica, ou seja, a capacidade de confinar o campo elétrico e a temperatura a que o condutor será submetido. São definidos os valores limites de corrente que a isolação pode operar, de acordo com a temperatura em regime permanente, sobrecarga e curto-circuito, conforme pode ser visto na Tabela 1. A tensão está muito associada com a espessura da isolação. Por exemplo, os condutores de PVC normalmente estão limitados à tensão de no máximo 6 kV, o que os torna recomendados para condutores de baixa tensão. Fonte: Adaptada de Cavalin e Cervelin (2006). Tipo de isolação Temperatura máxima para serviço contínuo (condutor) ºC Temperatura limite de sobrecarga (condutor) ºC Temperatura limite de curto-circuito (condutor) ºC Policloreto de vinila (PVC) até 300 mm² 70 100 160 Policloreto de vinila (PVC) maior que 300 mm² 70 100 140 Borracha etileno- -propileno (EPR) 90 130 250 Polietileno reticulado (XLPE) 90 130 250 Tabela 1. Temperaturas Condutores de circuitos e seções de fios6 Tensão de isolamento Os sistemas elétricos são previstos para várias classes de tensão. Conforme: V0/V — tensão fase-neutro / tensão fase-fase Os valores comerciais utilizados são: 0,6/1kV — 0,75/1kV — 1,8/3 kV — 3,6/6 kV — 6/10 kV — 8,7/15 kV Assim, a norma divide a escolha da tensão de isolamento do cabo em duas categorias. Categoria 1: abrange os sistemas que, sob condição de falta de uma fase- -terra, são previstos para continuar operando por um curto período, desde que somente com uma fase-terra. Esse período, em geral, não deve excede uma hora. Entretanto, em um período maior, pode ser tolerado para um campo elétrico radial e em circunstâncias especiais. Todavia, em nenhuma condição esse período pode exceder oito horas. Categoria 2: compreende todo sistema que não se enquadre na categoria 1. A Tabela 2 pode ser utilizada para dimensionar um cabo de acordo com a isolação elétrica, conforme a sua tensão de isolamento. Os fabricantes nor- malmente seguem esta tabela. Blindagem Conforme os autores Cavalin e Cervelin (2006), a blindagem são as camadas de materiais semicondutores, aplicada sobre o condutor ou as partes metálicas aplicadas sobre a segunda camada semicondutora que recobre a isolação, cuja finalidade é concentrar o campo elétrico ou facilitar o escoamento das correntes de curto-circuito e das correntes induzidas. Existem dois tipos de blindagem: a interna e a externa. A blindagem interna, cuja aplicação do material semicondutor é direta- mente sobre o condutor por meio de processos de extrusão e vulcanização, tem as funções de uniformizar a distribuição das linhas de campo elétrico e impedir a ionização. 7Condutores de circuitos e seções de fios Fonte: Adaptada de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004). Tensão nominal do sistema (kV) Tensão máxima de operação do sistema (kV) Tensão de isolamento do cabo Vo (kV) Categoria 1 Categoria 2 1 1,2 — 0,6 3 3,6 — 1,8 6 7,2 3,6 6 10 12 6 8,7 15 17,5 8,7 12 20 24 12 15 25 30 15 20 35 42 20 27 Tabela 2. Dimensão de um cabo de acordo com a isolação térmica, a partir de sua tensão de isolamento A blindagem sobre a isolação (blindagem externa) é formada por uma parte metálica e por uma parte não metálica. Na parte metálica, a constituição é por uma camada concêntrica de frios ou fita de cobre nu (não estanhado) aplicada helicoidalmente sobre a camada semicondutora da isolação. Tem como finalidade confinar o campo elétrico nos limites da isolação e tem as seguintes vantagens: em situação de curto-circuito, propicia um caminho de baixa impedância para o retorno da corrente, em razão do baixo valor da resistência elétrica. Quando é convenientemente aterrado, proporciona maior segurança, eliminando os riscos de choques elétricos em caso de contato direto ou com a cobertura do cabo. Parte não metálica: trata-se de uma camada de material semicondutor aplicado sobre a isolação pelos processos de extrusão e vulcanização. A aplicação dessa camada semicondutora possibilita uma distribuição uniforme e radial do campo elétrico na isolação e elimina os espaços vazios ionizáveis entre as camadas (isolação e blindagem metálica). A principal função da blindagem é estar presente em cabos de média e alta tensões, nos quis o condutor central é revestido com uma camada de material condutor não metálico (também chamado de primeira camada semicondutora). Observe a Figura 3. Condutores de circuitos e seções de fios8 Figura 3. Blindagem. (1) condutor; (2) blindagem do condutor; (3) isolação; (4) blindagem da isolação (camada semicondutora); (5) blindagem da isolação (fios de cobre nu); (6) cobertura. Fonte: Adaptada de Walpa (2018). Para cabos de baixa tensão, a isolação mais utilizada é o PVC, por ser mais econômico, apesar de suas características serem apenas regulares. Para cabos de média tensão, em que se deseja maior confiabilidade, se utiliza EPR e XLPE. Nos cabos de alta tensão, a escolha recai sobre o XLPE, por apresentar melhor desempenho (elevado gradiente de descarga e baixas perdas dielétricas) e melhor viabilidade econômica. Tamanhos AWG e diâmetros de condutores em mm Seção nominal × AWG Os condutores elétricos são caracterizados por sua seção nominal, grandeza referente ao condutor respectivo. A seção nominal corresponde à área estri- tamente geométrica (área da seção transversal do condutor). Na prática, esse valor da seção nominal é determinado por um valor medido de resistência a 20 °C em Ω/km. As seções nominais são dadas em milímetros quadrados (mm2), de acordo com uma série definida pela International Electrotechnical Comission (IEC) e seguida pela ABNT no Brasil. Na Tabela 3 podem ser vistas as seções nominais utilizadas comercialmente. 9Condutores de circuitos e seções de fios Fonte: Adaptada de Prysmian (2010, p. 52). 0,5 2,5 16 70 185 500 0,75 4,0 25 95 240 630 1,0 6,0 35 120 300 800 1,5 10 50 150 400 1.000 Tabela 3. Seções nominais utilizadas comercialmente Antigamente, no Brasil, usava-se a escala American Wire Gauge – circular mil (AWG/CM). A AWG é baseada numa progressão geométrica de diâmetros expressos em polegadas até a bitola 0000 (4/0). Acima dessa bitola, as seções são expressas em circular mil (CM) ou múltiplo de mil circular mil (MCM). Um mil é a abreviatura de 1 milionésimo de polegadas: 1 CM = 5,067 × 106 cm2 A partir de dezembro de 1982, a escala AWG/CM caiu em desuso, pois a Norma Brasileira NB-3 da ABNT foi reformulada, recebendo do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro) a designação de NBR 5410 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRADE NORMAS TÉCNICAS, 2004). Nessa norma em vigor, os condutores elétricos são especi- ficados por sua seção em mm2, segundo a escala padronizada da tabela anterior. A seção nominal de um cabo multipolar é igual ao produto da seção do condutor de cada veia pelo número de veias que constituem o cabo. Tipos e aplicações dos condutores elétricos Os condutores elétricos são fabricados em diversos tipos, em muitos mate- riais e conforme a tensão e/ou corrente elétrica em que serão utilizados. São produzidos para as instalações em baixa tensão (BT), média tensão (MT) e alta tensão (AT). Condutores de circuitos e seções de fios10 Os condutores para baixa tensão São os mais utilizados em razão da variedade de aplicação que podem ter nessa modalidade de tensão. Estão classificados em condutores de uso geral e condutores de uso específico. Condutores de uso geral: são os mais utilizados em razão da grande di- versidade de aplicações em instalações elétricas. Aplicados em circuitos de alimentação e distribuição de energia elétrica, em edifícios residenciais, comerciais e industriais, subestações transformadoras, em instalações fixas, etc. Condutores para uso específico: são fabricados conforme as necessidades especiais exigidas pela condição de uso e/ou aplicação. Exemplos: conduto- res de comando, controle e sinalização, para instrumentação, circuitos de segurança, CFTV, automação, informática, elevadores, uso móvel, navios, solda, veículos, etc. Características dos cabos quanto ao comportamento em caso de incêndio Propagadores de chama: entram em combustão sob ação direta da chama e a mantém após a retirada da chama (EPR-etilenopropileno e XLPE-polietileno reticulado). Não propagadores de chama: removida a ação das chamas, a combustão cessa (PVC-cloreto de polivinila). Resistentes à chama: a chama não se propaga ao longo do material isolante do cabo. Resistentes ao fogo: condutores especiais que permitem o funcionamento do circuito mesmo na presença de um incêndio. Tipos de condutores Os tipos de condutores que existem no mercado, definidos pelos fabricantes, são apresentados no Quadro 3. 11Condutores de circuitos e seções de fios Fonte: Adaptado de Prysmian (2010, p. 20). Condutor isolado Condutor sólido ou encordoado + isolação Cabo unipolar Condutor isolado + cobertura (no mínimo) Cabo multipolar Dois ou mais condutores isolados (veias) + cobertura (no mínimo) Cordão Condutores isolados de pequena seção (dois ou três) paralelos ou torcidos Cabo multiplexado Condutores isolados ou cabos unipolares (dois ou mais) dispostos helicoidalmente (sem cobertura) Cabo pré-reunido Cabo multiplexado + condutor de sustentação Quadro 3. Condutores existentes no mercado Temperatura Os cabos providos de isolação são caracterizados por três temperaturas, me- didas no condutor propriamente dito, em regime permanente, em regime de sobrecarga e em regime de curto-circuito. A temperatura no condutor em regime permanente (ou em serviço contínuo) é a temperatura alcançada em qualquer ponto do condutor em condições estáveis de funcionamento. Para cada tipo (material) de isolação há uma temperatura máxima correspondente para serviço contínuo, designada por θ z. No caso de um condutor encordoado de 10 mm², classe 2, para condutor isolado (p.ex., cabo Superastic), a norma especifica que ele deve ter, no mínimo, sete fios (no caso de condutor não compactado circular) e apresentar uma resistência máxima de 1,83 Ω/km a 20 °C. A temperatura no condutor em regime de sobrecarga é a temperatura alcançada em qualquer ponto do condutor em regime de sobrecarga. Para os cabos de potência, se estabelece que a operação em regime de sobrecarga, para temperaturas máximas especificadas em função da isolação, designadas por θ sc, não deve superar 100 horas durante 12 meses consecutivos nem superar 500 horas durante a vida do cabo. A temperatura no condutor em regime de curto-circuito é a temperatura alcançada em qualquer ponto do condutor durante o regime de curto-circuito. Para os cabos de potência, a duração máxima de um curto-circuito, no qual Condutores de circuitos e seções de fios12 o condutor pode manter temperaturas máximas especificadas em função da isolação, designadas por θ cc, é de 5 segundos. Classificação dos cabos em relação à tensão Cabos de baixa tensão: V ≤ 1 kV Cabos de média tensão: 1 kV < V ≤ 35 kV Cabos de alta tensão: V > 35 kV Escolher adequadamente o tipo da bitola dos condutores em função da instalação e da aplicação, para que não haja desperdício de material, tampouco sobreaquecimento dos condutores, deve ser um compromisso entre custo e segurança das instalações elétricas como um todo. Diâmetro de fio adequado para determinada carga Para realizar a instalação de um condutor elétrico é necessário, primeiramente, dimensionar tecnicamente a seção dos condutores a ser utilizado, a norma NBR 5410 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004) define procedimentos e critérios a serem atendidos no dimensionamento por meio de tabelas, fórmulas e valores referenciais a serem adotados. A seguir, apresenta- remos um roteiro que auxiliará na especificação e nos requisitos técnicos que normalmente são seguidos pelos engenheiros, projetistas e calculistas técnicos na especificação e determinação dos condutores elétricos de baixa tensão. Para o dimensionamento dos condutores, este deve ser realizado com base na corrente elétrica que irá circular, também devem ser analisados fatores como: instalação, queda de tensão permitida, fator de agrupamento, temperatura, tipo de cabo a ser utilizado no condutor, frequência, temperatura, ventilação do local, tipo de acionamento. A norma NBR 5410 estabelece alguns critérios que podem ser adotados para esse dimensionamento, sendo que cada critério pode resultar em um valor diferente de seção. Na prática, sempre adotamos o valor maior de seção obtida por meio dos cálculos (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA 13Condutores de circuitos e seções de fios DE NORMAS TÉCNICAS, 2004). Os critérios a serem estudados são: seção mínima, capacidade de condução de corrente, queda de tensão, proteção contra sobrecargas e proteção contra curtos-circuitos, os quais veremos a seguir. Seção mínima A seção mínima é o critério mais simples e é utilizado para determinar a seção mínima do condutor a ser empregado em uma determinada aplicação. Esse mé- todo é mais utilizado em situações em que a capacidade de corrente necessária é pequena, geralmente em instalações residenciais, porque, se observarmos a tabela definida pela norma NBR 5410 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004), na prática os valores mais utilizados são: a seção mínima para condutores em circuitos de iluminação ser de cobre e de 1,5 mm² e a seção mínima para circuitos de força, que incluem tomadas de uso geral, ser de cobre e de 2,5 mm². Capacidade da corrente elétrica O método da capacidade de condução de corrente dos condutores deve ser determinado por meio do dimensionamento da corrente de projeto do circuito, que deve suportar em regime normal de temperatura a corrente solicitada pela carga. Para atingir esse objetivo, utiliza-se as tabelas indicadas pela NBR 5410 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004) e os passos a seguir. O primeiro passo é definir o método de instalação dos condutores, ou seja, a maneira de instalar ocasiona influência na troca térmica entre os condutores e o meio ambiente, o que pode alterar o valor da capacidade de corrente no condutor, por exemplo, instalar condutores em eletrodutos, eletrocalhas ou leitos, pois, dependendo do tipo de instalação, os valores podem mudar. O segundo passo é determinar o número de condutores carregados, ou seja, definir quantos condutores efetivamente serão utilizados, por exemplo,monofásico a dois fios, trifásico com neutro, etc. O terceiro passo é calcular a corrente de carga ou corrente nominal, que indica o quanto o condutor deve suportar em relação a circuitos monofásicos e trifásicos. O quarto passo é determinar os fatores de correção de temperatura ambiente e do solo e resistividade térmica do solo. O quinto passo é definir os fatores de agrupamento dos condutores Condutores de circuitos e seções de fios14 em relação a circuitos, números de circuitos e tipos de cabos e, por último, calcular a corrente corrigida após as sequências anterior. Queda de tensão Para calcular a seção do condutor por esse critério, devemos compreender que no valor da tensão de ponto de entrega (p.ex., entrada de energia) até o ponto de utilização, isto é, o circuito terminal, ocorre uma redução do valor de tensão em relação à tensão nominal da instalação, ocasionada por diversos motivos, dentre eles a própria passagem de corrente nos demais componentes da instalação, tais como chaves, interruptores, conexões, disjuntores, dis- tância a ser percorrida, etc. Para que essa queda de tensão não interferisse no funcionamento dos equipamentos elétricos e na própria instalação como um todo, a norma NBR 5410 (ASSOCIAÇÂO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004) definiu, por meio de tabela, valores máximos para essa queda de tensão, conforme apresentado na Tabela 4. Fonte: Adaptada de Associaçâo Brasileira de Normas Técnicas (2004). Instalações Iluminação Outros usos A Instalações alimentadas diretamente por um ramal de baixa tensão, a partir de uma rede de distribuição pública de baixa tensão 4% 4% B Instalações alimentadas diretamente por subestação de transformação ou transformador, a partir de uma instalação de alta tensão 7% 7% C Instalações que têm fonte própria 7% 7% Nos casos B e C, as quedas de tensões nos circuitos terminais não devem ser superiores aos valores indicados em A. Nos casos B e C, quando as linhas tiverem um comprimento superior a 100 m, as quedas de tensão podem ser aumentadas de 0,005% por metro de linha superior a 100 m, sem que, no entanto, essa suplementação seja superior a 0,5%. Tabela 4. Valores máximos para queda de tensão 15Condutores de circuitos e seções de fios Conforme Cavalin e Cervelin (p. 252), pode-se adotar este roteiro para o cálculo da queda de tensão: 1. Definir o tipo de isolação do condutor a ser utilizado 2. Definir o método de instalação 3. Definir o material do eletroduto (magnético ou não magnético) 4. Definir o tipo do circuito monofásico ou trifásico 5. Determinar a tensão do circuito (v ou V) 6. Calcular a corrente de projeto (Ip) 7. Definir o fator de potência, cos Ø do circuito 8. Definir o comprimento (ℓ) do circuito em km 9. Definir de tensão admissível e(%) 10. Calcular a queda de tensão unitária (∆Vunit) 11. Optar pelo condutor por meio das tabelas definidas pelos fabricantes de condutores elétricos A fórmula para o cálculo da queda de tensão unitária é: ∆Vunit = e(%) · V Ip · ℓ Proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos Este critério está relacionado à proteção dos condutores contra correntes de sobrecargas e contra curtos-circuitos. Os itens da norma que descrevem esses dois itens são o 5.3.3 e o 5.3.4, recomendando que devem ser previstos dispositivos de proteção para interromper todas as correntes de sobrecarga nos condutores dos circuitos antes que esse evento possa provocar um aquecimento prejudicial à isolação, as conexões. Para que isso seja atendido, a característica de funcionamento de um dispositivo protegendo um circuito contra sobrecargas deve satisfazer as duas condições seguintes: I b ≤ I n ≤ I z I 2 ≤ 1,45 I z Onde: I b: corrente de projeto do circuito I z: capacidade de condução de corrente dos condutores Condutores de circuitos e seções de fios16 I n: corrente nominal do dispositivo de proteção (ou corrente de ajuste para dispositivos ajustáveis) I 2: corrente convencional de atuação, para disjuntores, ou corrente con- vencional de fusão, para fusíveis A condição I 2 ≤ 1,45I z é aplicável quando for possível assumir que a temperatura limite de sobrecarga dos condutores não seja mantida por um tempo superior a 100 horas durante 12 meses consecutivos ou por 580 horas ao longo da vida útil do condutor. Quando isso não ocorrer, essa condição deve ser substituída por I 2 ≤ I z. Corrente convencional de atuação é o valor especificado de corrente que provoca a atuação do dispositivo dentro do tempo convencional. Para o caso de disjuntores em geral até 50A, essa corrente é igual a 1,35 I n, sendo o tempo convencional igual a 1 hora. Para disjuntores com corrente nominal maior do que 50A, essa corrente é de 1,35 I n, com tempo convencional de atuação de 2 horas. Exemplo Dimensionamento dos condutores para um chuveiro. Dados: P = 5400 W V = 220 V fator de potência = 1 isolação de PVC eletroduto de PVC embutido em alvenaria temperatura ambiente em 40 ºC comprimento do circuito = 30 m 17Condutores de circuitos e seções de fios Solução: Pelo critério da capacidade de condução de corrente, utilizando as tabelas da norma NBR 5410 (ASSOCIAÇÂO BRASILEIRA DE NORMAS TÉC- NICAS, 2004). a) Tipo de isolação: PVC b) Método de instalação: 7 – B1 Obtendo a potência aparente: S = P FP = 5400 1 = 5400VA Obtendo a corrente de projeto: Ip = SV = = 24,5 A 5400 220 Número de condutores carregados: 2 (duas fases) Número de circuitos agrupados: 1 Cálculo da corrente corrigida Ic: Iz — Consultar a Tabela 5 que consta na NBR 5410 (ASSOCIAÇÃO BRA- SILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004) na Coluna 7 (B1), I E = 32 A. Fator de correção de temperatura (FCT) na Tabela 6, 30 ºC = 1. Fator de correção de agrupamento (FCA) na Tabela 7, um circuito em eletroduto de PVC = 1. Ic = Ie FCT × FCA = 32 0,87 × 1 = 36,80A Ao final dos cálculos do condutor: consultado a Tabela 5, a opção do valor de corrente escolhido deve ser superior ou igual ao calculado. O valor que melhor se adequa é 41A, portanto, a seção nominal dos condutores (fases, neutro e proteção) deve ser igual a 6 mm2 e como referência, nas Tabelas 6 e 7, também estão assinalados os valores de FCA e FCT selecionados. Condutores de circuitos e seções de fios18 Co nd ut or es : c ob re e a lu m ín io Is ol aç ão : P VC Te m pe ra tu ra n o co nd ut or : 7 0 °C Te m pe ra tu ra d e re fe rê nc ia d o am bi en te : 3 0 °C (a r) e 20 °C (s ol o) Se çõ es no m in ai s m m 2 A1 A 2 B1 B2 C D N úm er o de c on du to re s ca rr eg ad os 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 (1 ) (2 ) (3 ) (4 ) (5 ) (6 ) (7 ) (8 ) (9 ) (1 0) (1 1) (1 2) (1 3) Co br e 0, 5 7 7 7 7 9 8 9 8 10 9 12 10 0, 75 9 9 9 9 11 10 11 10 13 11 15 12 1 11 10 11 10 14 12 13 12 15 14 18 15 1, 5 14 ,5 13 ,5 14 13 17 ,5 15 ,5 16 ,5 15 19 ,5 17 ,5 22 18 2, 5 19 ,5 18 18 ,5 17 ,5 24 21 23 20 27 24 29 24 4 26 24 25 23 32 28 30 27 36 32 38 31 Ta be la 5 . C ap ac id ad es d e co nd uç ão d e co rr en te , e m a m pè re s, pa ra o s m ét od os d e re fe rê nc ia A 1, A 2, B 1, B 2, C e D (C on tin ua ) 19Condutores de circuitos e seções de fios Ta be la 5 . C ap ac id ad es d e co nd uç ão de co rr en te , e m a m pè re s, pa ra o s m ét od os d e re fe rê nc ia A 1, A 2, B 1, B 2, C e D Se çõ es no m in ai s m m 2 A1 A 2 B1 B2 C D N úm er o de c on du to re s ca rr eg ad os 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 6 34 31 32 29 41 36 38 34 46 41 47 39 10 46 42 43 39 57 50 52 46 63 57 63 52 16 61 56 57 52 76 68 69 62 85 76 81 67 25 80 73 75 68 10 1 89 90 80 11 2 96 10 4 86 35 99 89 92 83 12 5 11 0 11 1 99 13 8 11 9 12 5 10 3 50 11 9 10 6 11 0 99 15 1 13 4 13 3 11 8 16 8 14 4 14 8 12 2 70 15 1 13 6 13 9 12 5 19 2 17 1 16 8 14 9 21 3 18 4 18 3 15 1 95 18 2 16 4 16 7 15 0 23 2 20 7 20 1 17 9 25 8 22 3 21 6 17 9 12 0 21 0 18 8 19 2 17 2 26 9 23 9 23 2 20 6 29 9 25 9 24 6 20 3 15 0 24 0 21 6 21 9 19 6 30 9 27 5 26 5 23 6 34 4 29 9 27 8 23 0 18 5 27 3 24 5 24 8 22 3 35 3 31 4 30 0 26 8 39 2 34 1 31 2 25 8 (C on tin ua ) (C on tin ua çã o) Condutores de circuitos e seções de fios20 Fo nt e: A da pt ad a de A ss oc ia çã o Br as ile ira d e N or m as T éc ni ca s ( 20 04 ). Ta be la 5 . C ap ac id ad es d e co nd uç ão d e co rr en te , e m a m pè re s, pa ra o s m ét od os d e re fe rê nc ia A 1, A 2, B 1, B 2, C e D Se çõ es no m in ai s m m 2 A1 A 2 B1 B2 C D N úm er o de c on du to re s ca rr eg ad os 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 24 0 32 1 28 6 29 1 26 1 41 5 37 0 35 1 31 3 46 1 40 3 36 1 29 7 30 0 36 7 32 8 33 4 29 8 47 7 42 6 40 1 35 8 53 0 46 4 40 8 33 6 40 0 43 8 39 0 39 8 35 5 57 1 51 0 47 7 42 5 63 4 55 7 47 8 39 4 50 0 50 2 44 7 45 6 40 6 65 6 58 7 54 5 48 6 72 9 64 2 54 0 44 5 63 0 57 8 51 4 52 6 46 7 75 8 67 8 62 6 55 9 84 3 74 3 61 4 50 6 80 0 66 9 59 3 60 9 54 0 88 1 78 8 72 3 64 5 97 8 86 5 70 0 57 7 10 00 76 7 67 9 69 8 61 8 10 12 90 6 82 7 73 8 11 25 99 6 79 2 65 2(C on tin ua çã o) 21Condutores de circuitos e seções de fios 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 0,50 0,71 65 — 0,65 70 — 0,58 75 — 0,50 80 — 0,41 Tabela 6. Fatores de correção para temperaturas ambientes diferentes de 30 °C para li- nhas não subterrâneas e de 20 °C (temperatura do solo) para linhas subterrâneas (Continua) Condutores de circuitos e seções de fios22 Fonte: Adaptada de Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004). Tabela 6. Fatores de correção para temperaturas ambientes diferentes de 30°C para linhas não subterrâneas e de 20°C (temperatura do solo) para linhas subterrâneas Temperatura (°C) Isolação PVC EPR ou XLPE Do solo 10 1,10 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 0,80 50 0,63 0,76 55 0,55 0,71 60 0,45 0,65 65 — 0,60 70 — 0,53 75 — 0,46 80 — 0,38 (Continuação) 23Condutores de circuitos e seções de fios Re f. Fo rm a de ag ru pa m en to do s co nd ut or es N úm er o de c ir cu it os o u de c ab os m ul ti po la re s Ta be la s do s m ét od os d e re fe rê nc ia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 11 12 a 15 16 a 19 ≥ 20 1 Em fe ix e: a o ar liv re o u so br e su pe rf íc ie ; em bu tid os ; e m co nd ut o fe ch ad o 1,0 0 0, 38 0 0, 70 0, 65 0, 60 0, 57 0, 54 0, 52 0, 50 0, 45 0, 41 0, 38 36 a 3 9 (m ét od os A a F) 2 Ca m ad a ún ic a so br e pa re de , pi so o u em ba nd ej a nã o pe rf ur ad a ou pr at el ei ra 1,0 0 0, 85 0, 79 0, 75 0, 73 0, 72 0, 72 0, 71 0, 70 36 e 3 7 (m ét od o C) 3 Ca m ad a ún ic a no te to 0, 95 0, 81 0, 72 0, 68 0, 66 0, 64 0, 63 0, 62 0, 61 Ta be la 7 . F at or es d e co rr eç ão a pl ic áv ei s a co nd ut or es a gr up ad os e m fe ix e (e m li nh as a be rt as o u fe ch ad as ) e a c on du to re s ag ru pa do s nu m m es m o pl an o, em c am ad a ún ic a (C on tin ua ) Condutores de circuitos e seções de fios24 Fo nt e: A da pt ad a de A ss oc ia çã o Br as ile ira d e N or m as T éc ni ca s ( 20 04 ). Ta be la 7 . F at or es d e co rr eç ão a pl ic áv ei s a co nd ut or es a gr up ad os e m fe ix e (e m li nh as a be rt as o u fe ch ad as ) e a c on du to re s ag ru pa do s nu m m es m o pl an o, em c am ad a ún ic a Re f. Fo rm a de ag ru pa m en to do s co nd ut or es N úm er o de c ir cu it os o u de c ab os m ul ti po la re s Ta be la s do s m ét od os d e re fe rê nc ia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 11 12 a 15 16 a 19 ≥ 20 4 Ca m ad a ún ic a em b an de ja pe rf ur ad a 1, 00 0, 88 0, 82 0, 77 0, 75 0, 73 0, 73 0, 72 0, 72 38 e 3 9 (m ét od os E e F) 5 Ca m ad a ún ic a so br e le ito , su po rt e, e tc . 1, 00 0, 87 0, 82 0, 80 0, 80 0, 79 0, 79 0, 78 0, 78 N ot as : – Es se s f at or es s ão a pl ic áv ei s a g ru po s h om og ên eo s d e ca bo s, un ifo rm em en te c ar re ga do s. – Q ua nd o a di st ân ci a ho riz on ta l e nt re c ab os a dj ac en te s f or s up er io r a o do br o de s eu d iâ m et ro e xt er no , n ão é n ec es sá rio a pl ic ar n en hu m fa to r d e re du çã o. – O n úm er o de c irc ui to s o u de c ab os c om o q ua l s eco ns ul ta a ta be la re fe re -s e à qu an tid ad e de g ru po s d e do is ou tr ês c on du to re s i so la do s o u ca bo s u ni po la re s, ca da g ru po co ns tit ui nd o um c irc ui to (s up on do -s e um s ó co nd ut or p or fa se , i st o é, s em c on du to re s e m p ar al el o) , e /o u à qu an tid ad e de c ab os m ul tip ol ar es q ue c om põ e o ag ru pa m en to , qu al qu er q ue s ej a es sa c om po si çã o (s ó co nd ut or es is ol ad os , s ó ca bo s u ni po la re s, só c ab os m ul tip ol ar es o u qu al qu er c om bi na çã o) . – Se o a gr up am en to fo r c on st itu íd o, a o m es m o te m po , d e ca bo s b ip ol ar es e tr ip ol ar es , d ev e- se c on si de ra r o n úm er o to ta l d e ca bo s c om o se nd o o nú m er o de c irc ui to s e , d e po ss e do fa to r d e ag ru pa m en to re su lta nt e, a d et er m in aç ão d as c ap ac id ad es d e co nd uç ão d e co rr en te (v er T ab el a 5) d ev e se r e nt ão e fe tu ad a na c ol un a de d oi s c on du to re s ca rr eg ad os , p ar a os c ab os b ip ol ar es e n a co lu na d e tr ês c on du to re s c ar re ga do s, pa ra o s c ab os tr ip ol ar es . – U m a gr up am en to c om N c on du to re s i so la do s, ou N c ab os u ni po la re s, po de s er c on si de ra do c om po st o ta nt o de N /2 c irc ui to s c om d oi s c on du to re s c ar re ga do s q ua nt o de N /3 c irc ui to s c om tr ês c on du to re s c ar re ga do s. – O s v al or es in di ca do s s ão m éd io s p ar a a fa ix a us ua l d e se çõ es n om in ai s, co m d isp er sã o ge ra lm en te in fe rio r a 5 % . (C on tin ua çã o) 25Condutores de circuitos e seções de fios 1. Quais são os tipos mais comuns de condutores? a) Condutor, cabo e extensão. b) Fio, extensão e cabo. c) Fio, cabo e cordão. d) Conduíte, cordão e eletroduto. e) Eletroduto, cabo e condutor. 2. As tabelas de fiação mais utilizadas são: a) AWG e IEC. b) NR-10 e NR-12. c) SAE e DIN. d) RMS e DIN. e) Inmetro e ABNT. 3. Cordão é o nome dado a cabos muito usados para fornecer corrente aos aparelhos e às ferramentas . São feitos de filamentos muito , que são torcidos em conjunto. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas. a) Rígidos — pesadas — finos. b) Flexíveis — portáteis — finos. c) Maleáveis — pesadas — grossos. d) Rígidos — pesadas — grossos. e) Condutores — de alto consumo — finos. 4. Se a carga elétrica tem uma corrente de carga de 25 ampères e se a resistência da fiação é 0,1 Ohm, calcule a queda de tensão na fiação. a) 250 Volts. b) 0,25 Volts. c) 2,5 Volts. d) 0,1 Volts. e) 10 Volts. 5. Se a tensão da fonte é 127 Volts e se a carga que chega pela fiação é 105 Volts, qual é o percentual de perda? a) 10,5%. b) 15%. c) 18,5%. d) 25%. e) 20,95%. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5410: instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, 2004. CAVALIN, G.; CERVELIN, S. Instalações elétricas prediais: conforme norma NBR 5410:2004. 14. ed. São Paulo: Érica, 2006. PRYSMIAN CABLES & SYSTEMS. Manual Prysmian de instalações elétricas. Santo André, 2010. 73 p. Disponível em: <https://br.prysmiangroup.com/sites/default/files/atoms/ files/Manual_Instalacoes_Eletricas.pdf>. Acesso em: 26 jun. 2018. WALPA Distribuidora e Instaladora Elétrica. Produtos. Disponível em: <http://www. walpa.com.br/produtos.php?c=9>. Acesso em: 27 jun. 2018. Condutores de circuitos e seções de fios26 Leituras recomendadas CARVALHO, M. R. L. Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro: Universidade Estácio de Sá, 2000. (Apostila). COTRIN, A. A. M. B. Instalações elétricas. 5. ed. São Paulo: Pearson, 2009. ELETRICIDADE MODERNA. Guia EM da NBR 5410. Aranda, São Paulo, dez. 2001. NISKIER, J.; MACINTYRE, A. J. Instalações elétricas. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. 27Condutores de circuitos e seções de fios Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem. Na Biblioteca Virtual da Instituição, você encontra a obra na íntegra. Conteúdo:
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