Unidade 3 - Cabos elétricos

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CABOS ELÉTRICOS
A seleção e o dimensionamento de cabos elétricos constituem-se em itens da maior importância no projeto do sistema elétrico de um navio. Ao se dar início ao dimensionamento de cabos elétricos é preciso considerar as condições de serviço. Essas condições deverão ser examinadas em três grupos: 
1) Condições de Operação
	Tensão nominal fase-terra 
b) Tensão nominal fase-fase do sistema 
c) Relação entre Uo / U do sistema e o nominal do cabo 
d) Frequência do sistema 
e) Corrente em regime normal de operação 
f) Corrente em regime de emergência e o tempo de sua duração 
g) Corrente de curto - circuito e o tempo de sua duração 
h) Tempo de atuação do dispositivo de proteção 
i) Características elétricas e de funcionamento da carga 
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O revestimento isolante do condutor deve ser à base de borracha etileno propileno (EPR) ou polietileno reticulado (XLPE) ou qualquer outro material termofixo, que apresente índice de temperatura conforme abaixo:
REGIME DE OPERAÇÃO TEMPERATURA
Contínuo			90 oC
Emergência		130 oC
Curto-circuito 		250 oC
me descrito
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2) Condições de Instalação
a) Comprimento do circuito
b) Locais e condições de instalação do circuito-temperatura média e máxima nos locais por onde passa o circuito
c) Grau de integridade desejado para o circuito
3) Condições de Segurança
a) Tipos de materiais empregados na fabricação do cabo
b) Grau de toxicidade desses materiais na combustão 
c) Índice de emissão de fumaça do cabo na combustão 
d) Características de resistência à chama desejada para o cabo 
e) Características de peso e diâmetro externo do cabo 
f) Características de compatibilidade eletromagnética desejada
Com base nestas condições de serviço, dever-se-á selecionar o tipo ou tipos de cabos elétricos a utilizar e, a partir daí, iniciar o dimensionamento preciso. 
 
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CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO DE CABOS ELÉTRICOS DE USO NAVAL
São quatro os critérios a usar no dimensionamento de cabos elétricos:
- critério da corrente;
- critério da queda de tensão;
- critério de curto-circuito e
- critério da compatibilidade com o dispositivo de proteção.
Uma vez calculada a bitola por cada critério, deverá prevalecer aquela que apresentar a maior seção transversal.
A seção transversal mínima dos condutores nos circuitos de controle em geral deverá ser de 0,75mm2 para a fiação externa e de 0,5mm2 para a fiação no interior de consoles e painéis. Para circuitos de medidas e alarmes a seção transversal mínima para fiação externa deverá ser de 0,5mm2 e de 0,2mm2 para interna. A seção transversal mínima dos condutores nos circuitos de alimentação deverá ser 1,5mm2. 
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Cálculo da corrente de dimensionamento de um circuito 
A capacidade de condução de corrente dos cabos elétricos não poderá ser inferior à corrente de dimensionamento calculada de acordo com os seguintes critérios: 
a) Circuito de interligação entre um gerador e um quadro elétrico - 115% da corrente nominal do gerador. 
b) Circuito de interligação entre quadros elétricos - 58% do somatório das correntes nominais dos geradores do quadro de maior potência instalada. 
c) Circuito de interligação entre uma caixa de energia de terra e um quadro elétrico - corrente máxima obtida através da análise de carga na condição de atracado. 
d) Circuitos de Interligação entre o Quadro Elétrico e os painéis primários de força / centros de carga - o produto do fator de demanda pela corrente total conectada. 
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e) Circuitos de interligação entre painéis primários / centros de carga e painéis secundários de força - o produto do fator de demanda pela corrente total conectada. 
f) Circuito de alimentação de Motores - 125% da corrente nominal do motor.
g) Circuito de interligação entre uma bateria e painel primário de distribuição de corrente contínua - a máxima corrente determinada de acordo com a razão de carga ou descarga das baterias. 
h) Circuitos de alimentação de painéis primários de iluminação - o produto do fator de demanda pelo somatório vetorial das correntes trifásicas dos circuitos alimentados pelo painel primário de iluminação. 
i) Circuitos de interligação entre painéis primários e painéis secundários de iluminação - corrente total conectada, levando-se em consideração o somatório vetorial. 
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j) Circuitos de interligação entre painéis secundários de iluminação e caixas de junção – a maior corrente de linha obtida através do somatório vetorial das cargas alimentadas pela caixa de junção. 
k) Circuitos de interligação entre caixas de junção e luminárias - somatório vetorial das cargas conectadas. 
l) Circuitos de alimentação de transformadores - corrente nominal do transformador. 
m) Circuitos de alimentação de tomada - corrente nominal do circuito considerando os seguintes valores de consumo de potência por tomada : 
- 200 VA para tomadas de uso geral. 
- 500 VA para tomadas de uso específico (corredores, praças de máquinas, etc). 
n) Circuitos de alimentação de equipamentos que não sejam motores - corrente de plena carga do equipamento.
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 O cálculo da corrente de plena carga de painéis divide-se em dois casos: 
 
I) Painel que alimenta motores: - 125% da corrente nominal do maior motor mais 100% do somatório das correntes nominais das outras cargas alimentadas pelo painel. 
II) Painel que alimenta equipamentos que não sejam motores - o somatório das correntes nominais dos equipamentos. 
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FATOR DE DEMANDA - É a razão entre a corrente máxima solicitada durante um período de tempo pré-determinado (aproximadamente 15 minutos) e a carga total conectada ao cabo. O fator de demanda deve ser determinado considerando-se a utilização da totalidade, ou de parte da potência nominal de cada equipamento e a diversidade de utilização das cargas alimentadas pelo cabo em questão.
Caso o fator de demanda seja de difícil determinação, poderá ser utilizado o valor 0,9 para os painéis primários e 1,0 para os painéis secundários.
CORRENTE TOTAL CONECTADA - É o somatório das correntes de plena carga (ver nota 3) de todas as cargas conectadas ao painel, incluindo a previsão de corrente para os circuitos reserva.
Caso uma ou mais cargas conectadas ao painel forem outro ou outros painéis, o valor a ser considerado para o(s) circuito(s) deverá ser o da corrente total conectada do(s) mesmo(s). 
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Cálculo da Capacidade de Condução de Corrente de um Cabo 
O tipo do material isolante que envolve o condutor estabelece a temperatura máxima admissível a qual este pode alcançar, uma vez que, o ponto de fusão do cobre (1083oC) está muito além do máximo de temperatura admissível para o isolamento. 
A Tabela a seguir mostra os níveis máximos de temperatura que podem ser atingidos pelo condutor sem que o isolamento tenha a sua vida útil diminuída. 
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Os valores de ampacidade máxima admissível são de modo geral, dados para as seguintes condições:
- Ampacidade em corrente contínua
- Cabos singelos
- Temperatura ambiente de 45º C
	Cabos isolados
Correção da Ampacidade em Corrente Contínua para Corrente Alternada devido ao acréscimo da resistência do condutor em corrente alternada causado pelos efeitos de proximidade e pelicular os valores de Ampacidade em corrente contínua (dados na Tabela 4) deverão ser multiplicados pelos fatores da Tabela 2.
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TABELA 2 - FATORES DE CORREÇÃO DE CAPACIDADE DE
CORRENTE PARA SISTEMAS EM C. A.
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Correção da Ampacidade com a Variação de Temperatura
A capacidade nominal dos cabos elétricos de uso naval é dada para uma temperatura ambiental igual a 45° C. Sempre que o cabo estiver operando a uma temperatura superior a esta, deve-se corrigir sua ampacidade para a maior temperatura ao qual o mesmo deverá ser submetido.
O uso de fator de correção para temperaturas inferiores a 45° C somente poderá ser feito em casos de extrema necessidade e em que for garantido que a temperatura ambiente nunca ultrapasse o valor de dimensionamento.
Os fatores de correção com a variação datemperatura são normalmente fornecidos pelos fabricantes de cabos elétricos, porém se estes valores não puderem ser obtidos, a Tabela abaixo poderá ser usada. 
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Os valores de ampacidade não necessitam ser corrigidos nos casos de agrupamento, se os cabos de força e iluminação forem multicondutores, estiverem instalados em fileiras de até 6 cabos e se a distância entre duas fileiras for maior ou igual ao diâmetro do maior cabo. Caso este arranjo não seja possível ou se a circulação de ar pelos cabos não puder ser assegurada, os valores de ampacidade deverão ser corrigidos por um fator igual a 0,85.
No caso de cabos de controle, comunicações e sinais ou quando for garantido que a temperatura máxima dos condutores não irá ser atingida, não é necessário o uso do fator de correção dado acima.
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Critério da Queda de Tensão
O critério da queda de tensão, geralmente, prevalece sobre o critério da ampacidade quando os circuitos dimensionados são muito longos.
Por este critério, para que o cabo esteja corretamente dimensionado, a bitola do condutor deverá ser tal que a queda de tensão no circuito não ultrapasse os seguintes valores máximos:
1 - Circuitos de interligação de barramento.......................................... 2%
2 - Circuitos alimentadores de energia de terra..................................... 2%
3 - Circuitos alimentadores de centro de carga..................................... 2%
4 - Do quadro elétrico mais remoto (principal ou de emergência aos terminais dos equipamentos do circuito de força ................................. 6%
5 - Do quadro elétrico mais remoto (principal ou de emergência) aos terminais dos equipamentos eletrônicos, comunicações interiores, controle de armamento e terminais de entrada de Reguladores de tensão de Linha.......................................................................................................6%
(Sob condições de partida a queda de tensão não deverá exceder a 12%)
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6 - Circuitos de iluminação em CA...................................................... 6%
7 - Circuitos de iluminação em CC ..................................................... 8%
8 - Circuitos de iluminação de emergência em CA ............................ 12%
9 - Circuitos de iluminação de emergência em CC ............................ 15%
10 - Das baterias ao ponto de distribuição de energia em CC (Quadro de Distribuição CC) . .................................................................................1%
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A queda de tensão deverá ser ainda tal que a tensão nos terminais de entrada de equipamentos alimentados em 24 Vcc esteja dentro dos seguintes limites:
a - Normal ....................................22-29 Volts
b - Emergência ........................18-29 Volts
Emergência é a condição existente quando o carregador de baterias deixa de funcionar.
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A queda de tensão percentual deverá ser calculada através das fórmulas dadas a seguir. A dedução destas fórmulas pode ser encontrada no Apêndice C da norma Engenalmarinst no 30-02 . Os valores dos parâmetros dados abaixo para os cabos segundo a Engenalmarinst no 30-02, podem ser encontrados diretamente no Apêndice A.
Fórmulas para cálculo da queda de tensão percentual:
a . Circuitos em corrente contínua
 
Onde :
L = comprimento do circuito do ponto de alimentação até a carga (km)
I = corrente de plena carga - (A)
Rcct = resistência em corrente contínua a temperatura t° C ( Ω / km )
E = tensão nominal do sistema
U = queda de tensão percentual
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Circuito monofásico em corrente alternada
Circuitos trifásicos em corrente alternada
onde:
L = comprimento do circuito do ponto de alimentação até a carga (km)
I = corrente de plena carga ( ou partida) (A)
Zt = impedância do cabo à temperatura t° C ( Ω / km )
E = tensão nominal fase-fase
∝ = (φ - β)
φ = ângulo do fator de potência
β = ângulo de impedância do cabo
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Critério do curto-circuito
Nos casos em que a instalação do navio apresentar um alto nível de curto-circuito torna-se necessário verificar se os cabos envolvidos têm capacidade de resistir aos efeitos térmicos provenientes dessas correntes, antes que o dispositivo de proteção atue. A seguinte fórmula, válida para condutores de cobre, deverá então ser empregada:
onde :
Icc = máxima corrente de curto - circuito simétrica admissível (kA) 
S = seção transversal do condutor (mm2 )
t = tempo de duração do curto-circuito (ou tempo de atuação do dispositivo de
proteção) (s)
Ti = temperatura máxima admissível no condutor em operação normal (º C)
Tf = temperatura máxima admissível para o condutor no curto-circuito (º C)
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Critério da compatibilidade com o dispositivo de proteção do circuito.
Em condições de sobrecorrente moderada (sobrecarga), em intervalos de tempo pré-fixados, a temperatura atingida por um cabo não deve ultrapassar a chamada "Temperatura de Sobrecarga", função principalmente de isolação do cabo.
Uma vez determinada a seção dos cabos do circuito, pelos critérios da corrente, queda de tensão e curto - circuito, é necessário verificar a coordenação entre os cabos e o dispositivo que irá proteger o circuito contra sobrecargas. Se a seção previamente escolhida atender às condições impostas, ela deverá ser mantida, caso contrário, deve-se adotar uma nova seção.
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Para que este critério seja atendido, as condições dadas abaixo deverão ser satisfeitas:
Circuito Terminal (uma carga)
a) Carga sujeita à sobrecarga com dispositivo de proteção contra sobrecarga.
I nominal do cabo > 1,25 I nominal de Carga
b) Carga sujeita à sobrecarga sem dispositivo de proteção contra sobrecarga.
I sobrecarga do cabo > I fusão do Fusível
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c) Carga não sujeita à sobrecarga
I nominal do cabo > I nominal da Carga 
I nominal do cabo > 1/2 I nominal do Fusível .
Circuitos não Terminais
a) Com Fator de Demanda
I sobrecarga do cabo > I fusão do Fusível
b) Sem Fator de Demanda
b.1 - Sujeito à sobrecarga
I nominal do cabo > 1,25 I nominal maior carga + Σ I nominal das demais cargas
Não sujeito à sobrecarga
I nominal do cabo > Σ I nominal das cargas
I nominal do cabo > 1/2 I nominal do Fusível
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