aula 4 - ie industriais

Instalações Elétricas Industriais

Aula Unidade 4 – Condutores e cabos elétricos. Perfil de tensão ao longo de uma instalação elétrica.

Professor Me. André L. A. da Fonseca

Curso de engenharia de AutomAção e Controle

Objetivos

• Conhecer os tipos de cabos e condutores elétricos (anatomia e classificação dos condutores elétricos);

• Perfil de tensão ao longo de uma instalação elétrica;

• Métodos de dimensionamento de condutores: Seção mínima, ampacidade, queda de tensão, sobrecarga, contatos indiretos, método econômico e harmônicos;

Me. André Luiz A. da Fonseca 2IFMT- DAEE

Terminologia

IFMT- DAEE Me. André Luiz A. da Fonseca 3

• Condutor elétrico• Fio• Barra• Linha pré-fabricada• Barramento• Condutor encordoado: classes 1

a 6• Cabo• Corda• Perna• Coroa• Cabo de potência• Cabo de controle• Revestimento• Isolação• Condutor isolado

• Cobertura• Fio coberto• Fio nu• Cabo unipolar• Cabo multipolar• Enchimento• Armação• Cabo multiplexado• Condutor setorial• Cordoalha• Cordão• Blindagem• Cabo seco• Cabo sob pressão• Cabo concêntrico

Cabos = conjunto de fios• Cabo é diferente de fio;• Cabos nús são cabos sem isolação;• AWG : American Wire Gauge é um tipo de

escala americana normalizada é o nome daunidade de medida usada para padronizaçãode fios e cabos elétricos;

• Se composto de cabos iguais respeita a seguinte equação:


2

2

2

3 3 1: n° de fios;

: n° de camadas;Para 1 camada:

3(1) 3(1) 1 7Para 2 camadas:

3(2) 3(2) 1 12 6 1 19

N x xNx

N fios

N fios

• 1 camada,7 fios;• 2 camadas, 19fios;• 3 camadas, 37 fios;• 4 camadas,61 fios.

Cabos com Alma de Aço (CAA)• Em redes de distribuição os

cabo de aço no centroaumentam a força mecânicados condutores;

• Os cabos em preto são de aço;


Cabo para controle ou comando

• Cabo multipolar para controle de diversos motores ou envio de vários sinais em uma indústria.


Condutores isolação PVC• Condutores isolados:

circuitos terminais, circuitos de distribuição e ligações internas de quadros de distribuição (principalmente os flexíveis);

• São os mais utilizados em instalações residenciais;

• Devem ser colocados no interior de eletrodutos;

• Podem ser rígidos ou flexíveis;


Condutores uni e multipolares e cabos cobertos

Cabos unipolares: circuitos terminais e circuitos de distribuição.

Cabos multipolares: circuitos terminais, circuitos de distribuição e ligações de equipamentos móveis ou portáteis (cabos flexíveis);

Podem ser enterrados diretamente devido a proteção adicional que possuem;

Cabo coberto ou protegido: possui uma proteção contra choques mecânicos, não isola eletricamente o condutor, mas dificulta a ocorrência de curto circuitos.



-13,8 ou 34,5 kV;-Cemat (15kV =>13,8kV e urbana);-NTD-RE-01 (Norma cemat);-3 cond. protegidos por camada de plástico (não usa neutro e sim mensageiro);-Uso de espaçadores de plástico;-Braço suporte L;

Cabos cobertos -> Rede Compacta


Poda de rede convencional com condutores nús

Poda drástica necessária apassagem de uma redeconvencional de condutores núsentre as árvores.


Poda de rede compacta protegida

Pequena poda necessária apassagem de uma redecompacta protegida entreas árvores.


Comparação de recuperação de copas de árvores

Recuperação da copa de uma árvorepermitida pela substituição de umarede convencional de condutores núspor uma rede compacta protegida.

Área de poda.

Área de recuperação de copa.

Cabos isolados multiplexados• Condutores isolados e

transados entre si;• O condutor nú vai junto

com condutoresisolados;

• Podem ser de alumínioou de cobre;

• Nas redes urbanas debaixa tensão sãoadotados os condutoresfase de alumínio isoladoem XLPE para 0,6/1 kV, eo neutro nú em liga dealumínio (CAL) 6201.


Cabos isolados setorial

• Podem ser utilizados para o mesmo circuito;

• Possuem melhor aproveitamento da área interna do condutor;


• Condutores em áreas setoriais divididas igualmente;

• Os condutores internos são isolados entre si;

Cordões e cabos concêntricos

• Cabos concêntricos: no mesmo condutor utiliza-se diferentes fases ou ainda fase e neutro.


• Cordões: ligações de equipamentos móveis ou portáteis.

Blindagem de condutor• Blindagem sobre

o condutor(interna): faz comque o campoelétrico se torneuniforme naisolação.

• Blindagem sobrea isolação:confina edistribuiuniformemente ocampo elétricodentro do caboisolado.


Blindagem de condutor• Os condutores

podem ter asmais diversascombinações emsua anatomia;

• De acordo com aaplicação e aseveridade doambiente em queserá instaladopossui umavariedade deproteções;

• Podem possuirreforçosmecânicos.


Cobre vs Alumínio• Cobre versus alumínio

Condutividade: Cu > Al. Densidade: Cu > Al. Oxidação: Al mais sensível do que o Cu. Escoamento: Al escoa mais do que o Cu. Eletropositividade: usar conectores especiais para contato entre Cu e

Al. Uso de condutores de alumínio segundo a NBR 5410

Proibido em locais de alta densidade de ocupação e com condições de fuga difíceis (BD4) e em locais residenciais.

Sem restrições a linhas aéreas externas. Com restrições em instalações industriais e comerciais.


Temperaturas do condutor• Os cabos de potência são caracterizados por três

temperaturas (medidas no condutor): Temperatura em regime permanente: temperatura

alcançada em qualquer ponto do condutor em condições estáveis de funcionamento; é também chamada temperatura máxima para serviço contínuo;

Temperatura em regime de sobrecarga: temperatura alcançada em qualquer ponto do condutor em regime de sobrecarga;

Temperatura em regime de curto-circuito: temperatura alcançada em qualquer ponto do condutor durante o período do curto-circuito.


Grandezas de condutor• Capacidade de condução de corrente de um

condutor: corrente máxima que pode ser conduzida continuamente pelo condutor, em condições especificadas, sem que sua temperatura em regime permanente ultrapasse um valor especificado.

• Tensão de isolamento nominal de um cabo: característica relacionada com o material isolante, com a espessura da isolação e com as características de funcionamento do sistema (instalação) em que o cabo vai atuar. É indicada por Vo/V (tensão fase-terra/ tensão fase-fase).


Perfil de Tensão em uma instalação


• Ao longo da instalação o valor da tensão cai percentualmente à medida que a carga se aproxima , afastando-se da fonte;

• A queda de tensão pode ser muito prejudicial na partida de motores que ampliarão a solicitação de corrente.

Limites de Queda de Tensão (NBR 5410)


• A NBR 5410determina que aqueda de tensãodeve ser entre afonte e a carga:

1. 5%: Se derivar darede dedistribuição de BTda concessionária;

2. 7%: Se derivar darede dedistribuição de MT,onde existe umtransformadorpróprio, sendo queo circuito terminaldeve ter nomáximo 5% até oquadro terminal.

Métodos de dimensionamento de condutores elétricos: Questões.

• Seção mínima: A seção do circuito é maior ou igual à mínima estabelecida na norma ?

• Capacidade de condução de corrente (Ampacidade): O limite térmico do condutor como um todo é respeitado para que a isolação não seja danificada?

• Sobrecarga: Coordenação entre cabo e proteção, de forma que não haja dano em sua isolação em uma sobrecarga permitida pela proteção;

• Contatos indiretos: Se uma fase encostar em uma carcaça, a proteção atuará ou a resistência dos condutores dificultam a atuação da proteção?

• Queda de tensão: A tensão é mantida em um nível aceitável abaixo da tensão nominal da instalação?

• Harmônicos: Os condutores possuem capacidade para conduzir os harmônicos de corrente da carga?

• Método econômico: É economicamente viável com vista na economia de energia e tempo de uso no condutor esta dada seção? Qual é o equilíbrio entre economia de energia e preço de aquisição?


Resumo dos métodos de dimensionamento


Técnicos

• Ampacidade• Queda de tensão;• Sobrecarga;• Contatos indiretos;• Harmônicos;• Curto Circuito.

Norma • Seção mínima.

Econômico • Método Econômico.

-Estudados nesta unidade;-Não estudados nesta unidade.

* Sempre o critério que apresentar o resultado mais crítico será o método utilizado, com exceção do critério econômico, harmônicos e contatos indiretos.

Dispensando alguns dos métodos

Critério econômico

• Implica apenas na economia financeira, então pode ser desprezado se não for de agrado do cliente.

Harmônicos

• Podem ser utilizados filtro eletromagnéticos para os harmônicos, assim não haveria necessidade de dimensionar o cabo para suportar os harmônicos.

Contatos indiretos

• Se for utilizado um dispositivo DR no circuito ou na instalação de retaguarda não será necessário a utilização deste método.


Seção mínima

Tipo de circuito

Força

Iluminação

Controle e sinalização


1,5 ²mínimaS mm

2,5 ²mínimaS mm

• A NBR 5410 estabelece que circuitos de força, iluminação e controle possuem uma seção mínima;

0,5 ²mínimaS mm

Seção mínima – Tabela específica


Ampacidade (Capacidade de condução de Corrente Elétrica)


Calcula a corrente nominal

do circuito.

Verifica se a capacidade do condutor de acordo

com o tipo de seu material condutor e sua

isolação

A partir da escolha da corrente maior mais

próxima da corrente fictícia, volta-se a seção nominal

respectiva na tabela.

1 2

3

45

FIM

Calcula a corrente fictícia com base nas condições

térmicas e de agrupamento do condutor tabelados.

Escolha o tipo de instalação do condutor e seu

respectivo método.

Ampacidade (Capacidade de condução de Corrente Elétrica)


Condutor: Cobre ou Alumínio?

Isolação: XLPE ou PVC?

1 2 3

45

FIM

arg

arg

1 ou 2 :

3 :3

c an

circuito

c an

circuito

SI

VS

IV

.

nfictícia

CT CAg

IIF F

2- Escolher o método de instalação


• Instalação de condutores Os cabos

multipolares só devem conter os condutores de um e apenas um circuito e, se for o caso, seu respectivo condutor de proteção.

Nos condutos fechados (eletrodutos, nas eletrocalhas, nos blocos alveoladosetc.), podem ser instalados condutores de mais de um circuito em alguns casos.

3- Tabela de FCT (Fator de Correção de Temperatura)


• Pode ser parainstalaçõessubterrâneas e nãosubterrâneas;

• Se escolhe atemperatura doambiente e a isolaçãodirigindo-se aorespectivo fator decorreção;

• Utiliza-se este fator decorreção para o cálculoda corrente fictícia;

3- Tabela de FCT (Fator de Correção de Temperatura)


• Para condutores em eletrodutos enterrados no solo, em que éaplicado o método de instalação D;

• Resistividade do solo diferente de 2,5K.m/W;

3- Tabela de FCAg. (Fator de Correção de Agrupamento)


• Conforme a configuração dos condutores no duto se escolhe uma linha da tabela;

• Conforme o número de circuitos no eletroduto se encontra o fator de correção de agrupamento;

• O fator de correção de agrupamento é aplicável a vários circuitos, quando instalados num mesmo eletroduto, calha, bloco alveolado, bandeja, agrupados sobre uma superfície, ou ainda para cabos em eletrodutosenterrados, ou cabos diretamente enterrados no solo.



• FCAG para métodos C, E e F.



• FCAG para cabos unipolares ou multipolares diretamente aterrados.



• FCAG para cabos em eletrodutosdiretamente aterrados.

• São aplicados para diferentes espaçamentos entre os cabos.

4- Número de condutores carregados


Entende-se por condutor carregado aquele que efetivamente é percorrido pela corrente elétrica no funcionamento normal do circuito. Os condutores fase e neutro são, neste caso, considerados condutores carregados.

4- Tabelas de capacidade de corrente


Exemplo 1• Dimensione o circuito a seguir:Dados do circuito:• P=3500W; FP=0,82; Cabos em eletrocalha supensa, condutor de cobre

com isolação de EPR; Ta= 40°C; trifásico; Vn=220V; Carregado com outros 2 circuitos.


arg

.

.

3500 4268,290,82

4268, 29 11, 203 3 220

Método B2.0,91( )0,79( )

11, 20 15,570,91 0,79

( ²) 1 ²

c an

circuito

CT

CAg

nfictícia

CT CAg

PS VAFP

SI A

V

F tabeladoF tabelado

II AF F

S mm mm

Exemplo 2• Dimensione o circuito a seguir:Dados do circuito:• P=4800W; FP=0,98; Cabos de cobre, isolação em PVC, em eletroduto

de PVC em piso de alvenaria; Ts= 20°C; bifásico; Vn=380V; Carregado com outros 3 circuitos.


arg

.

.

4800 4897,950,98

4897,95 12,88380

1(interpolado);0,65(tabelado);

12,88 19,811 0,65

2,5 ²(tabelado);

c an

circuito

CT

CAg

nfictícia

CT CAg

PS VAFPS

I AV

FF

II AF F

S mm

Queda de Tensão


Pi.Li(tabelas)

•Utiliza as distâncias das cargas até o quadro e a potência de cada carga (tomada ou lâmpada);

QTU%

•Utiliza dados do fabricante do cabo

•V/A.km;•Pode usar os

parâmetros dos cabos.

Circuito série •Pode usar os parâmetros

dos cabos.

Seção•Determina a seção

mínima para manter um % de queda de tensão máximo.

Tronco e ramal

•Utilizado em redes de distribuição;

•Possuem condutores de seção diferentes em um mesmo circuito.

Queda de tensão por norma


Queda de tensão pelo “Pi.Li”• Multiplicar a potência ativa de

cada carga Pi[W] pela sua respectiva distância ao quadro Li[m];

• Depois escolher um percentual máximo e ver o valor maior mais próximo e caminha à direita na tabela achando a respectiva seção do condutor;


1

Potência individual da carga i [W];

Distância individual da carga i até o quadro de distribuição [m];

n

i ii

i

i

P L

P

L

Queda de tensão pelo QTU%• Com o dado de

V/A.km a tabela com os tipos e aplica a expressão;

• Calcula-se o valor de queda de tensão e depois se verifica se o condutor deverá ser mudado ou não;


% : Queda de tensão percentual (%);: Queda de tensão unitária (V/A.km)

: Comprimento do circuito, do ponto de a limenta até a carga (km);

: Corrente elétrica do circuito (A);: Tensão nomi

PU

PU

V l IVV

VV

l

IV

nal do circuito (V).

Queda de tensão pelo QTU%


Queda de tensão pelo Circuito série


• Com parâmetros dos condutores se torna possível calcular quantos volts serão diminuídos no circuito;

%

%

%

Sistema em corrente contínua:2

Sistema monofásico em corrente alternada:2

Sistema trifásico em corrente alternada:

3

Re

( )

( )

CC

n

CA L

n

CA L

n

CC

I l RVV

I l R cos X senVV

I l R cos X senVV

R

sistencia elétrica do circuito a corrente contínuaa 20°C ( );

Resistencia elétrica do circuito a corrente alternadaa 20°C ( );

Corrente elétrica do circuito (A)Comprimento do condutor do circuit

CAR

Il

o (km)

Ângulo do fator de potência (°)

Tabela dados de condutores


Queda de tensão pelo método da seção


%

%

Para circuito monofásicos:200 ( )

S

Para circuito trifásicos:

100 3 ( )S

S Seção mínima do condutor [mm²];. ² resistividade do material ;

1 . ²56

c cc

F

c cc

L

c

cobre

l IV V

l IV V

mmm

mmm

%

Comprimento total do circuito [m];Corrente total do circuito [A];

Queda de tensão máximapermitida [%];

Tensão de Fase [V];Tensão de Linha [V];

c

c

F

L

lI

V

VV

• Determina-se a seção mínima necessária para manter um dado nível percentual de queda de tensão, deve-se então escolher a seção maior mais próxima.

Exemplo Pi.Li


• Vn=127V;• Qt% máximo: 1%

Resolução


1 1 2 2 3 31

1

2

3

1

1

min.

1,5 25 1,3 27,81,5 25 5 1,3 32,81,5 25 5 13 1,3 45,8

450 27,8 325 32,8 760 45,8

57978 .

25 ²( )

n

i ii

n

i iin

i ii

P L P L P L P L

L mL mL m

P L

P L W m

S mm tabelado

Exemplo QTU%• Cabo de 2,5mm²; • Comprimento de 1,5km;• Corrente de 25,2A;• Tensão do circuito 220V (Monofásico – Barra do Garças).


%

%

12,41 (tabelado)

12,41 1,5 25,2220

2,13%

PU

PU

VVA km

V l IVV

V

Exemplo Circuito série


• Cabo de 2,5mm²; • Comprimento de 1,5km;• Corrente de 25,2A;• FP=0,8.• Tensão do circuito 220V (Monofásico – Barra do Garças).

%

1

%

%

(2,5 ²) 8,87

(2,5 ²) 0,15

2

2 25,2 1,5 8,87 0,8 0,15 (cos 0,8

220 2,4

( )

)

6%

CA

L

CA L

n

R mmkm

X mmkm

I l R cos X senVV

senV

V

Exemplo QT pela seção

• Condutor cobre;• Trifásico 380V;• Máximo 2% de queda de tensão;


4m 10m 15m

12A 6A 17A

Exemplo Qt seção


%

100 3 ( )S

1100 3 4 12 14 6 29 1756S

2 380S 2,54 ²Usar maior mais próxima:S 4 ²

c cc

L

c

c

c

l IV V

mm

mm

Escolha preliminar de disjuntores de proteção

• Escolher, por enquanto corrente nominal do disjuntor maior mais próxima à corrente nominal calculada do circuito;

• Corrente nominal de 8A se utiliza disjuntor de 10A;• Correntes nominais dos disjuntores termomagnéticos

padrão DIN: 6,10,16,20,25,32,40,50,63,80,100 e 125A;

• Correntes nominais dos disjuntores termomagnéticos padrão NEMA: 10,15,20,25,30,35,40,45,50,60,70,80,90,100,110,125 e 150A;


Sobrecarga• A característica de funcionamento de um dispositivo (disjuntor) para

proteger um circuito contra sobrecargas deve satisfazer as seguintes condições:

a) IB ≤ INdj;b) INdj ≤ IZ;c) I2 ≤ 1,45 IZ.

Sendo:IB - corrente de projeto do circuito;INdj - corrente nominal do dispositivo de proteção (disjuntor);IZ - capacidade de condução de corrente dos condutores de acordo com o

tipo de instalação e aplicando-se os fatores de correção (multiplicando);I2 - corrente convencional de atuação dos dispositivos de proteção em

função de IN; temperatura ambiente convencional = 30°C ou 20°C (linhas subterrâneas).


SobrecargaOs critérios a e b são testados, se ambos atenderem o condutor pode ser

utilizado, senão, o critério “c” é verificado, se este critério não foratendido o condutor é aumentado e o teste é efetuado novamente, atéque o condutor adequado seja encontrado, dificilmente esta maneirapredomina no dimensionamento, mas, pode ser um fator critico, já queestá relacionado diretamente a proteção dos condutores contrasobrecargas.


Exemplo Sobrecarga

• In ou Ib = 35,5A;• Indj= 40A;• Ta=45°C;• Agrupamento= com mais 2 circuitos;• Método A1;• Condutor de PVC;• Seção de 25mm²;


Resolução sobrecarga


.

.

0,79( )0,7( )

35,5A 40 ( !)80 0,79 0,7

44, 24

40 44,24 (Ok!)Seção permanece 25mm².

CT

CAg

B NDJ

z condutor CT CAg

z

NDJ Z

F tabeladoF tabeladoI I

A OkI I F FI AI I

A A

Dimensionando eletrodutos circulares


Dimensionamento de Eletrodutos

Para o dimensionamento de eletrodutos, procede-se da seguinte forma:St = Σ (π.D²/4) – para cada condutor

St = seção total ocupada pelos condutores no eletroduto , em mm²D – Diâmetro total ou externo do condutor em, mm²


2

2 2

2

2

2 4

4

circulo

circulo

total

A RDR

D DA

DA

Exemplo calculado• 2 circuitos (F+N+T) de 2,5mm² (cabo isolado 750V);• 1 circuito (F+F+T) de 16mm² (cabo isolado 750V);


2 222,5 ² 2,5 ² 16 ² 16 ²

2 24 4 4

6 3,7 3 6,94 4

176,69 ²D 32 ( )

mm mm mm mmtotal

total

total

eletroduto

N D N DDA

A

A mmmm tabelado

Exemplo direto


22,5 ² 16 ² 16 ²

2,5 ² 2,5 ² 16 ² 16 ²

4 4

6 10,7 3 37, 4176, 4 ²

D 32 ( )

mm mm mmtotal

total mm mm mm mm

total

total

eletroduto

N A N DA

A N A N AAA mm

mm tabelado

Referências

1. MAMEDE FILHO, J. Instalações Elétricas Industriais. 8a ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010;

2. COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 5a ed. São Paulo: Prentice Hall do Brasil,2008;

3. MAMEDE FILHO, J. Instalações Elétricas Industriais. 8a ed. Rio de Janeiro: LTC,2010;

4. COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 5a ed. São Paulo: Prentice Hall do Brasil,2008;

5. NEGRISOLI, Manuel E. M. Instalações Elétricas: projetos prediais.


aula 4 - ie industriais

Documents