2. Condutores elétricos em baixa tensão

Definição Condutores elétricos de potência em baixa tensão podem ser fios ou cabos de cobre ou alumínio capazes de transportar energia elétrica em circuitos com tensões elétricas de até 1000 V. Os principais componentes de um fio ou cabo de potência em baixa tensão são o condutor, a isolação e a cobertura, conforme indicado na figura 1.

Figura 1: Fio ou cabo elétrico de potência em baixa tensão típico

O condutor pode ser constituído por um único fio metálico maciço rígido ou por um conjunto de fios torcidos formando um condutor flexível. Alguns cabos elétricos podem ser dotados apenas de condutor e isolação, sendo chamados então de condutores isolados, enquanto que outros podem possuir adicionalmente a cobertura (aplicada sobre a isolação), sendo chamados de cabos unipolares ou multipolares, dependendo do número de condutores (veias) que possuem. A figura 2 mostra exemplos desses três tipos de condutores elétricos.

Figura 2: Tipos de cabos elétricos de potência em baixa tensão

Metais utilizados como condutores elétricos Em função de suas propriedades elétricas, térmicas, mecânicas e custos, o cobre e o alumínio são os metais mais utilizados desde os primórdios da indústria de fabricação de fios e cabos elétricos. A prática nos leva a observar que, quase sempre, as linhas aéreas são construídas em alumínio e as instalações internas são com condutores de cobre. De acordo com a norma de instalações elétricas de baixa tensão, a NBR 5410, é proibido o uso de alumínio em instalações residenciais. As três principais diferenças entre o cobre e o alumínio são: condutividade elétrica, peso e conexões.

Condutividade elétrica e resistividade

A condutividade elétrica expressa capacidade que os materiais têm de transportar corrente elétrica. A resistividade, por sua vez, que é definida como o inverso da condutividade elétrica, é a propriedade que os materiais possuem de dificultar a passagem da corrente. A norma IACS (“International Annealed Copper Standard”), adotada internacionalmente, é fixada em 100% para a condutividade de um fio de cobre de 1 metro de comprimento com 1 mm2 de seção e cuja resistividade a 20ºC seja de 0,01724 .mm2/m (lembrando que a resistividade varia com a temperatura). Dessa forma, esse é o padrão de condutividade adotado, o que significa que todos os demais condutores, sejam em cobre, alumínio ou outro metal qualquer, têm suas condutividades sempre referidas a aquele condutor. A tabela 1 ilustra essa relação entre condutividades.

Tabela 1: Condutividade Relativa entre diferentes metais

Peso A densidade do alumínio é de 2,7 g/cm3 e a do cobre de 8,9 g/cm3. Se calcularmos a relação entre o peso de um condutor de cobre e o peso de um condutor de alumínio, ambos transportando a mesma corrente elétrica verifica-se que, apesar de o condutor de alumínio possuir uma seção cerca de 60% maior, seu peso é da ordem da metade do peso do condutor de cobre. A partir dessa realidade física, estabeleceu-se uma divisão clássica entre a utilização do cobre e do alumínio nas redes elétricas. Quando o maior problema em uma instalação envolver o peso próprio dos condutores, prefere-se o alumínio por sua leveza. Esse é o caso das linhas aéreas em geral, onde as dimensões de torres e postes e os vãos entre eles dependem diretamente do peso dos cabos por eles sustentados. Por outro lado, quando o principal aspecto não é o peso, mas o espaço ocupado pelos condutores, escolhe-se o cobre por possuir um menor diâmetro. Essa situação é encontrada nas instalações internas, onde os espaços ocupados pelos eletrodutos, eletrocalhas, bandejas e outros são importantes na definição da arquitetura do local. Deve-se ressaltar que, embora clássica, essa divisão entre a utilização de condutores de cobre e alumínio possui exceções, devendo ser cuidadosamente analisada em cada caso. Conexões Uma das diferenças mais marcantes entre cobre e alumínio está na forma como se realizam as conexões entre condutores ou entre condutor e conector. O cobre não apresenta requisitos especiais quanto ao assunto, sendo relativamente simples realizar as ligações dos condutores de cobre. No entanto, o mesmo não ocorre com o alumínio. Quando exposta ao ar, a superfície do alumínio é imediatamente recoberta por uma camada invisível de óxido, de difícil remoção e altamente isolante. Assim, em condições normais, se encostarmos um condutor de alumínio em outro, é como se estivéssemos colocando em contato dois isolantes elétricos, ou seja, não haveria contato elétrico entre eles. Nas conexões em alumínio, um bom contato somente será conseguido se rompermos essa camada de óxido. Essa função é obtida através da utilização de conectores apropriados que, com a aplicação de pressão suficiente, rompem a camada de óxido. Além disso, quase sempre são empregados compostos que inibem a formação de uma nova camada de óxido uma vez removida a camada anterior. Flexibilidade dos condutores elétricos

Um condutor elétrico pode ser constituído por uma quantidade variável de fios, desde um único fio até centenas deles. Essa quantidade de fios determina a flexibilidade do cabo. Quanto mais fios, mais flexível o condutor e vice-versa. Para identificar corretamente o grau de flexibilidade de um condutor, é definida pelas normas técnicas da ABNT na chamada classe de encordoamento. De acordo com essa classificação apresentada pela NBR 6880, são estabelecidas seis classes de encordoamento, numeradas de 1 a 6. A norma define ainda como caracterizar cada uma das classes, o que está indicado na coluna “características” da tabela 2.

Tabela 2: Classes de encordoamento de condutores elétricos conforme a NBR 6880

Em relação aos termos utilizados na tabela 2, temos: Um fio é um produto maciço, composto por um único elemento condutor. Trata-se de uma ótima solução econômica na construção de um condutor elétrico, porém apresenta uma limitação no aspecto dimensional e na reduzida flexibilidade, sendo, em consequência, limitado a produtos de pequenas seções (até 16 mm2).

Fio

O termo condutor encordoado tem relação com a construção de uma corda, ou seja, partindo-se de uma série de fios elementares, eles são reunidos (torcidos) entre si, formando então o condutor. Essa construção apresenta uma melhor flexibilidade do que o fio. As formações padronizadas de condutores encordoados (cordas) redondos normais são: 7 fios (1+6), 19 fios (1+6+12), 37 fios (1+6+12+18) e assim sucessivamente. Nessa formação, a camada mais externa possui o número de fios da camada anterior mais seis.

Condutor encordoado redondo normal

Um condutor encordoado compactado é uma corda na qual foram reduzidos os espaços entre os fios componentes. Essa redução é realizada por compressão mecânica ou trefilação. O resultado desse processo é um condutor de menor diâmetro em relação ao condutor encordoado redondo normal, porém com menor flexibilidade.

Condutor encordoado compacto

Um condutor flexível é obtido a partir do encordoamento de um grande número de fios de diâmetro reduzido.

Condutor flexível

Observar que a NBR 6880 estabelece valores de resistência elétrica máxima, número mínimo e diâmetro máximo dos fios que compõem um dado condutor. Isso, na prática, resulta que diferentes fabricantes possuam diferentes construções de condutores para uma mesma seção nominal (por exemplo, 10 mm²). A garantia de que o valor da resistência elétrica máxima não seja ultrapassado está diretamente relacionada à qualidade e à pureza do cobre utilizado na confecção do condutor. Exemplo de uma seção nas diferentes categorias fabricado pela Prysmian: Condutor 10 mm²: Classe 1 - Um único fio circular. Classe 2 - Sete fios não compactados ou seis fios compactados. Classe 4 - Quarenta e cinco fios. Classe 5 - Setenta e dois fios. Classe 6 - Duzentos e setenta e dois fios. Isolação dos condutores elétricos Histórico Os primeiros cabos isolados de que se tem notícia datam de 1795, utilizados em uma linha telegráfica na Espanha e eram isolados em papel. Seguiram-se os condutores cobertos por gutta percha (resina natural oriunda de uma planta nativa da Índia), os cabos em papel impregnado em óleo, os cabos em borracha natural (início do século XX), em borracha sintética (borracha etileno-propileno - EPR) e policloreto de vinila - PVC (ambos logo após a Segunda Guerra Mundial). Embora possuíssem excelentes características isolantes, os cabos isolados em papel foram perdendo aplicações ao longo do tempo, principalmente devido à dificuldade de manuseio durante a sua instalação, sobretudo na realização de emendas e terminações. Isso propiciou a popularização dos cabos com isolações sólidas, tais como o PVC. Finalidade da isolação A função básica da isolação é confinar o campo elétrico gerado pela tensão aplicada ao condutor no seu interior. Com isso, é reduzido ou eliminado o risco de choque elétrico e curto-circuito. Podemos comparar a camada isolante de um cabo com a parede de um tubo de água. No caso do tubo, a parede impede que a água saia de seu interior e molhe a área ao seu redor. Da mesma forma, a camada isolante mantém as linhas de campo elétrico (geradas pela tensão aplicada) “presas” sob ela, impedindo que as mesmas estejam presentes no ambiente ao redor do cabo. No caso do tubo, não pode haver nenhum dano à sua parede, tais como furos e trincas, sob pena de haver vazamento de água. Da mesma forma, não podem haver furos, trincas, rachaduras ou qualquer outro dano à isolação, uma vez que isso poderia significar um “vazamento” de linhas de campo elétrico, com subsequente aumento na corrente de fuga do cabo, o que provocaria aumento no risco de choques, curtos circuitos e até incêndios.

Principais características das isolações sólidas De um modo geral, as isolações sólidas possuem uma boa resistência ao envelhecimento em serviço, uma reduzida sensibilidade à umidade e, desde que necessário, podem apresentar um bom comportamento em relação ao fogo. Vejamos a seguir as principais características específicas do composto isolante mais utilizado atualmente: o PVC. Cloreto de polivinila (PVC) As principais características do PVC isolante são:

O PVC isolante é, na realidade, uma mistura de cloreto de polivinila puro (resina sintética), plastificante, cargas e estabilizantes;

Sua rigidez dielétrica é relativamente elevada, sendo possível utilizar cabos isolados em PVC até a tensão de 6 KV;

Sua resistência a agentes químicos em geral e a água é consideravelmente boa; Possui boa característica de não propagação de chama.

Dimensionamento dos cabos em função da isolação As duas principais solicitações a que a camada da isolação está sujeita são o campo elétrico (tensão) e a temperatura (corrente). Tensão elétrica Em relação à tensão elétrica, como vimos anteriormente, o PVC está limitado a 6 KV, o que o torna recomendado para emprego em cabos de baixa tensão, seja de potência, de controle, de sinal ou para ligação de equipamentos. A principal característica construtiva dos cabos associada com a tensão elétrica é a espessura da isolação. Ela varia de acordo com a classe de tensão do cabo e da qualidade do material utilizado e é fixada pelas respectivas normas técnicas aplicáveis. Em geral, quanto maior a tensão elétrica de operação do cabo, maior a espessura da isolação. Corrente elétrica É sabido que todo condutor elétrico percorrido por uma corrente aquece. E também é sabido que todos os materiais suportam, no máximo, determinados valores de temperatura, acima dos quais eles começam a perder suas propriedades físicas, químicas, mecânicas, elétricas etc. Desse modo, a cada tipo de material de isolação correspondem três temperaturas características que são: Temperatura em regime permanente: É a maior temperatura que a isolação pode atingir continuamente em serviço normal. É a principal característica na determinação da capacidade de condução de corrente de um cabo. Temperatura em regime de sobrecarga: É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de sobrecarga. Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve superar 100 horas durante doze meses consecutivos, nem superar 500 horas durante a vida do cabo. Temperatura em regime de curto-circuito: É a temperatura máxima que a isolação pode atingir em regime de curto-circuito. Segundo as normas de fabricação, a duração desse regime não deve superar 5 segundos durante a vida do cabo. A tabela 3 indica as temperaturas características das isolações dos condutores.

Tabela 3: Temperaturas características dos condutores

Cobertura Em algumas aplicações, é necessário que a isolação seja protegida contra agentes externos tais como impactos, cortes, abrasão, agentes químicos, etc. Nesses casos, os cabos elétricos são dotados de uma cobertura e são então chamados de cabos unipolares ou multipolares. A escolha do material de cobertura deve levar em conta os diversos agentes externos, sendo que para aplicações de uso geral, com solicitações externas “normais”, o material mais utilizado como cobertura é o PVC, cujas características principais encontram-se nas tabelas 4 e 5.

Tabela 4: Principais características do PVC isolante

Tabela 5: Resistência do PVC aos produtos químicos

Características gerais dos cabos elétricos de potência em baixa tensão Resistência à chama

Um cabo elétrico pode apresentar um volume significativo de material combustível na isolação, na cobertura (quando ela existir) e, eventualmente, em outros componentes. Assim, é importantes que, quando da ocorrência de um incêndio, os cabos não sejam agentes propagadores da chama, colocando em perigo as pessoas e o patrimônio. Com o objetivo de garantir que os cabos sejam resistentes à chama, eles são ensaiados de modo a comprovar que uma chama não possa se propagar indevidamente pelo cabo, mesmo em casos de exposições prolongadas ao fogo. Para os cabos isolados em PVC, é previsto o ensaio de queima vertical (fogueira), conforme a NBR 6812: trata-se de submeter um feixe de cabos de 3,5 m de comprimento à chama produzida por um queimador padrão, durante 40 minutos. Ao final da exposição, o dano provocado pelo fogo deve estar limitado a um certo comprimento da amostra ensaiada. Os condutores isolados que superam o ensaio de queima vertical são designados por BWF e os cabos unipolares ou multipolares são chamados de resistentes à chama. As cores dos fios e cabos de baixa tensão Mais do que estética, a identificação por cores dos condutores em uma instalação elétrica tem como finalidade facilitar a execução das conexões, emendas e todas as intervenções em geral para manutenção. Além disso, a correta identificação aumenta em muito a segurança das pessoas que lidam com o sistema. A norma brasileira de instalações de baixa tensão (NBR 5410/04) faz recomendações claras a respeito da maneira adequada para se identificar os componentes em geral e os condutores em particular. A seguir, são destacados os itens da Norma Brasileira relativos à identificação dos condutores. Condutor Neutro “6.1.5.3.1 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor neutro deve ser identificado conforme essa função. Em caso de identificação por cor, deve usada a cor azul-claro na isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar ou na cobertura do cabo unipolar”. NOTA: A veia com isolação azul-clara de um cabo multipolar pode ser usada para outras funções que não a de condutor neutro, se o circuito não possuir condutor neutro ou se o cabo possuir um condutor periférico utilizado como neutro. Observar que a norma não obriga o uso de cores para identificar um condutor. Em alternativa às cores, podem ser utilizadas gravações numéricas aplicadas na isolação do cabo ou também podem ser empregados sistemas externos de identificação, tais como anilhas, adesivos, marcadores, etc. Outro ponto importante está destacado na nota anterior, onde se permite o uso da cor azul-clara para outra função apenas no caso da veia de um cabo multipolar. Ou seja, mesmo que uma instalação não possua o neutro, caso se utilizem condutores isolados e/ou cabos unipolares, o azul-claro não poderá ser utilizado em nenhuma hipótese.

Condutor de proteção “6.1.5.3.2 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor de proteção (PE) deve ser identificado de acordo com essa função. Em caso de identificação por cor, deve ser usada a dupla coloração verde-amarela ou a cor verde (cores exclusivas da função de proteção), na isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar ou na cobertura do cabo unipolar”. Nesse caso, não se admite utilizar, sob nenhuma hipótese, as cores verde-amarela e verde para outra função que não a de proteção, é mais comum encontrar-se no mercado o cabo totalmente verde do que o verde-amarelo. Condutor PEN Trata-se aqui do condutor com dupla função: proteção (PE) e neutro (N). Lembre-se que seu uso ocorre nos sistemas de aterramento tipo TN-C e que há limitações quanto à seção nominal mínima desses condutores (conforme item 6.4.3.1.3 da NBR 5410/04). Sobre a identificação do PEN, temos: "6.1.5.3.3 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor PEN deve ser identificado de acordo com essa função. Em caso de identificação por cor, deve ser usada a cor azul-clara, com anilhas verde-amarelo nos pontos visíveis ou

acessíveis, na isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar ou na cobertura do cabo unipolar". Os "pontos visíveis ou acessíveis" mencionados ocorrem, por exemplo, no interior dos quadros, caixas de passagem e de ligações. Condutor Fase "6.1.5.3.4 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor de fase deve ser identificado de acordo com essa função. Em caso de identificação por cor, poderá ser usada qualquer cor, observadas as restrições estabelecidas em 6.1.5.3.1, 6.1.5.3.2 e 6.1.5.3.3”. NOTA: Por razões de segurança, não deve ser usada a cor da isolação exclusivamente amarela, onde existir o risco de confusão com a dupla coloração verde-amarelo, cores exclusivas do condutor de proteção. Resumidamente, os condutores fase podem ser de qualquer cor, exceto azul-claro, verde ou verde-amarelo. Cobertura dos cabos de baixa tensão uni ou multipolares Analisando-se os itens anteriores, verificamos que, no caso de identificação por cores, as coberturas dos cabos unipolares devem ser azul-claro para o condutor neutro e PEN, verde ou verde-amarela para o PE e de qualquer outra cor que não as anteriores para os condutores fase. Já para os cabos multipolares, em princípio, a cobertura pode ser de qualquer cor, uma vez que as prescrições referem-se apenas às veias no interior do cabo. Uma recomendação sensata, no entanto, é não se utilizar coberturas de cabos multipolares nas cores azul-clara, verde ou verde-amarela, para que não haja confusão com as funções de neutro e proteção. Seção Nominal Os condutores são caracterizados pela seção nominal, referente à grandeza do condutor respectivo, no entanto a seção nominal não corresponde a um valor estritamente geométrico (área da seção transversal do condutor) e sim a um valor determinado por uma medida de resistência elétrica, denominada “seção elétrica efetiva”. As seções nominais são dadas em milímetros quadrados (mm²), de acordo com uma serie definida pela IEC (International Electrotechnical Commission) e internacionalmente aceita, conforme tabela 6.

0,5 0,75 1 1,5 2,5 4 6 10

16 25 35 50 70 95 120 150

185 240 300 400 500 630 800 1000

Tabela 6: Seções métricas IEC (seções nominais em mm²)

Dimensionamento Técnico de circuitos Elétricos Chamamos de dimensionamento técnico de um circuito à aplicação dos diversos itens da NBR 5410/2004 relativos à escolha da seção de um condutor e do seu respectivo dispositivo de proteção. Os seis critérios da norma são:

a) Seção mínima; conforme 6.2.6; b) Capacidade de condução de corrente; conforme 6.2.5; c) Queda de tensão; conforme 6.2.7; d) Sobrecarga; conforme 5.3.3; e) Curto-circuito; conforme 5.3.5; f) Proteção contra choques elétricos; conforme 5.1.2.2.4 (quando aplicável).

Para considerarmos um circuito completa e corretamente dimensionado, é necessário realizar os seis cálculos acima, cada um resultando em uma seção e considerar com seção final aquela que é a maior dentre todas as obtidas.

Seção mínima dos condutores: As seções dos condutores de fase, em circuitos de corrente alternada, e dos condutores vivos, em circuitos de corrente contínua, não deve ser inferior ao valor pertinente dado na tabela 7.

Tipo de Linha Utilização do Circuito Seção mínima do

condutor mm² Material

Insta

lações F

ixas e

m

Gera

l

Condutores e cabos isolados

Circuito de iluminação 1,5 16

Cobre Alumínio

Circuito de força (2)

2,5 16

Cobre Alumínio

Circuito de sinalização e circuitos de controle

0,5 (3)

Cobre

Condutores nus

Circuitos de força 10 16

Cobre Alumínio

Circuito de sinalização e circuitos de controle

4 Cobre

Linhas Flexíveis com cabos isolados

Para um equipamento específico Como especificado na norma do equipamento

Para qualquer outra aplicação 0,75 (4)

Cobre

Circuitos a extra-baixa tensão para aplicações especiais

0,75 Cobre

(1) Seções mínimas ditadas por razões mecânicas.

(2) Os circuitos de tomadas de corrente são considerados circuitos de força.

(3) Em circuitos de sinalização e controle destinados a equipamentos eletrônicos é admitida uma

seção mínima de 0,1 mm². (4)

Em cabos multipolares flexíveis contendo sete ou mais veias, é admitida uma seção mínima de 0,1 mm².

Tabela 7: Seção mínima dos condutores.

Seção do Condutor Neutro O condutor neutro, num sistema elétrico de distribuição secundária (BT), tem por finalidade o equilíbrio e a proteção desse sistema elétrico. A norma NBR 5410/04 determina:

1. O condutor neutro não pode ser comum a mais de um circuito (6.2.6.2.1). 2. O condutor neutro de um circuito monofásico deve ter a mesma seção do condutor de

fase (6.2.6.2.2). 3. Com a presença das correntes de terceira harmônica:

a. Circuitos trifásicos com neutro (3F+N), mesmo equilibrados: i. Quando a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos for superior a

15% e não superior a 33%, o condutor neutro deve ser igual à dos condutores de fase (6.2.6.2.3).

ii. Quando a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos for superior a 33%, pode ser necessário um condutor neutro com seção superior à dos condutores de fase (6.2.6.2.5).

b. Circuitos com duas fases e neutro (2F+N): i. Se a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos não for superior a

33%, o condutor neutro deve ser igual à dos condutores de fase (6.2.6.2.4).

ii. Se a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos for superior a 33%, pode ser necessário um condutor neutro com seção superior à dos condutores de fase (6.2.6.2.5).

Notas:

1. Os níveis de correntes harmônicas, citadas em “a.i” e “b.i”, são encontrados em circuitos que alimentam luminárias com lâmpadas de descarga, incluído as fluorescentes.

2. Os níveis de correntes harmônicas, citadas em “a.ii” e “b.ii”, são encontrados, por exemplo, em circuitos que alimentam computadores ou outros equipamentos de tecnologia da informação.

3. Dimensionamento do condutor neutro: os níveis da “terceira harmônica das correntes de fase e do comportamento imposto à corrente de neutro pelas condições de desequilíbrio em que o circuito pode vir a operar, conforme as condições citadas em “a.ii” e “b.ii””. Deve proceder conforme segue: (Anexo F da NBR 5410/04).

Seção do condutor neutro quando o conteúdo de terceira harmônica das correntes de fase for superior a 33% Determinação da corrente de neutro Quando, num circuito trifásico com neutro ou num circuito com duas fases e neutro, a taxa de terceira harmônica e seus múltiplos for superior a 33%, a corrente que circula pelo neutro, em serviço normal, é superior à corrente das fases. A seção do condutor neutro pode ser determinada calculando-se a corrente no neutro sob a forma:

Onde: IB é a corrente de projeto do circuito, valor eficaz total:

Sendo: I1 o valor eficaz da componente fundamental, ou componente de 60 Hz; Ii , Ij , ... In os valores eficazes das componentes harmônicas de ordem i, j, ... n presentes na corrente de fase; e fh é o fator pertinente dado na tabela F.1, em função da taxa de terceira harmônica e do tipo de circuito (circuito trifásico com neutro ou circuito com duas fases e neutro). Na falta de uma estimativa mais precisa da taxa de terceira harmônica esperada, recomenda-se a adoção de um fh igual a 1,73 no caso de circuito trifásico com neutro e igual a 1,41 no caso de circuito com duas fases e neutro.

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

Tabela F.1 - Fator fh para a determinação da corrente de neutro

4. Num circuito trifásico com neutro e cujos condutores de fase tenham uma seção superior a 25 mm2, a seção do condutor neutro pode ser inferior à dos condutores de fase, sem ser inferior aos valores indicados na tabela 48, em função da seção dos condutores de fase, quando as três condições seguintes forem simultaneamente atendidas:

a. O circuito for presumivelmente equilibrado, em serviço normal; b. A corrente das fases não contiver uma taxa de terceira harmônica e múltiplos

superior a 15%; e c. O condutor neutro for protegido contra sobrecorrentes conforme 5.3.2.2.

Seção dos condutores de fase mm²

Seção reduzida do condutor neutro mm²

25 S

35 25

50 25

70 35

95 50

120 70

150 70

185 95

240 120

300 150

400 185 (1)

As condições de utilização desta tabela são dadas em 6.2.6.2.6. Tabela 48 - Seção reduzida do condutor neutro

(1).

Critério da capacidade de condução de corrente: O condutor, ao ser submetido a uma ddp (diferença de potencial), faz surgir em suas extremidades uma corrente elétrica. Essa corrente, ao passar pelo condutor, produz uma determinada quantidade de calor, que segundo a Lei de Joule tende a elevar a temperatura do condutor, cuja dissipação térmica depende da natureza dos materiais constituintes e do meio (maneira de instalar o condutor). Todo cuidado deve ser tomado para evitar que o calor eleve a temperatura a níveis que possam danificar o condutor, a isolação e outras partes próximas. A norma 5410/04 indica, por meio das tabelas de Capacidade de Condução de Corrente e submetida aos fatores de correção eventuais, a corrente máxima admissível para cada tipo, seção e maneira de instalar, para que o condutor, durante períodos prolongados em funcionamento normal a temperatura máxima para serviço, não ultrapasse s valores da tabela 10.3.

Tipo de isolação A isolação determina a temperatura máxima a que o condutores poderão estar submetidos em regime contínuo, em sobrecarga ou em condições de curto-circuito, conforme tabela 10.3.

Tipo de Material

Temperatura de operação em regime

contínuo (°C)

Temperatura de

sobrecarga (°C)

Temperatura de curto-

circuito (°C)

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 10.3 – Temperaturas características dos condutores Nota: os condutores com isolação de PVC são os mais comuns em instalações elétricas prediais. Maneira de Instalar – Seleção e Instalação de Linhas Elétricas Em uma instalação elétrica, é necessário definir a maneira como os condutores serão instalados (em eletrodutos embutidos ou aparentes, em canaletas ou bandejas, subterrâneos, diretamente enterrados ou ao ar livre, em escadas para cabos, cabos unipolares ou multipolares, etc.). A maneira de instalar exerce certa influencia no que se refere à capacidade de troca entre os condutores e o ambiente, e em conseqüência, na capacidade de condução de corrente elétrica.

Tabela 33-NBR5410/04

Tabela 33-NBR5410/04 - continuação

Tabela 33-NBR5410/04 - continuação

Tabela 33-NBR5410/04 - continuação

Tabela 33-NBR5410/04

Cálculo da corrente de projeto ou corrente nominal É a corrente que os condutores de um circuito de distribuição ou circuito terminal devem suportar, levando-se em consideração as suas características nominais. Dependendo do tipo de circuito, podem ser utilizadas as seguintes equações:

Nota:

1. Nos reatores para lâmpadas de descarga (lâmpadas fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio, etc.) e motores, o η (rendimento) e o cosφ (Fator de Potência) são baixos devido ao consumo de energia reativa da rede de alimentação.

2. Lâmpadas incandescentes e resistências apresentam η=1 e cos φ=1.

Sendo: Ip – Corrente de projeto do circuito, em ampères (A); Pn – Potencia elétrica nominal do circuito, em Watts (W); v – Tensão elétrica entre fase e neutro, em volts (V); V – Tensão elétrica entre fases, em volts (V); η – Rendimento. cosφ – Fator de Potência (cosseno do ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente). A NBR 5410 fornece, em forma de tabelas, a capacidade de condução de corrente para cada tipo de condutor, de acordo com o método de instalação adotado. Estas tabelas foram determinadas considerando a temperatura ambiente de 30ºC e a temperatura do solo de 20ºC. Além do conhecimento do método de instalação é necessária a determinação do número de condutores carregados do circuito sob análise, conforme tabela abaixo.

Tabela 46 da NBR 5410/04

Nota: O número de condutores carregados a ser considerado é aquele indicado na tabela 46, de acordo com o esquema de condutores vivos do circuito. Em particular, no caso de circuito trifásico com neutro, quando a circulação de corrente no neutro não for acompanhada de redução correspondente

na carga dos condutores de fase, o neutro deve ser computado como condutor carregado. É o que acontece quando a corrente nos condutores de fase contém componentes harmônicas de ordem três e múltiplos numa taxa superior a 15%. Nessas condições, o circuito trifásico com neutro deve ser considerado como constituído de quatro condutores carregados e a determinação da capacidade de condução de corrente dos condutores deve ser afetada do _ fator de correção devido ao carregamento do neutro. Tal fator, que em caráter geral é de 0,86, independentemente do método de instalação, é aplicável então às capacidades de condução de corrente válidas para três condutores carregados. Os condutores utilizados unicamente como condutores de proteção (PE) não são considerados. Os condutores PEN são considerados como condutores neutros.

Seção do Condutor para uma temperatura ambiente de 30ºC (condutores não enterrado no solo) ou para uma temperatura no solo de 20ºC (Condutores enterrados no solo). Sendo conhecidos os itens anteriores, ou seja:

1. Tipo de isolação dos condutores; 2. Maneira de instalar o circuito; 3. Corrente de projeto; 4. Número de condutores carregados do circuito.

Consultamos uma das tabelas de capacidade de condução de corrente (tabelas 36 a 38), “e na coluna correspondente aos dados obtidos, encontraremos a Seção do Condutor, que deve ser aquela que, por excesso, atenda ao valor da corrente, em função das características da instalação do circuito”.

Tabela 36-NBR 5410/04 – Capacidades de condução de corrente, em ampères, para os métodos

de referência A1, A2, B1, B2, C e D

Condutores: cobre e alumínio Isolação: PVC Temperatura no condutor: 70°C Temperaturas de referência do ambiente: 30°C (ar), 20°C (solo)

Tabela 37-NBR 5410/04 – Capacidades de condução de corrente, em ampères, para os métodos de referência A1, A2, B1, B2, C e D

Condutores: cobre e alumínio Isolação: EPR ou XLPE Temperatura no condutor: 90°C Temperaturas de referência do ambiente: 30°C (ar), 20°C (solo)

Tabela 38-NBR 5410/04 – Capacidades de condução de corrente, em ampères, para os métodos de referência E, F e G

Condutores: cobre e alumínio Isolação: PVC Temperatura no condutor: 70°C Temperatura ambiente de referência: 30°C

Tabela 39-NBR 5410/04 – Capacidades de condução de corrente, em ampères, para os métodos de referência E, F e G

Condutores: cobre e alumínio Isolação: EPR ou XLPE Temperatura no condutor: 90°C Temperatura ambiente de referência: 30°C

Fatores de Correção para dimensionamento de condutores:

Fatores de Correção para Temperatura – k1

Utilizado para temperaturas ambientes diferentes de 30ºC para linhas não subterrâneas e de 20ºC (temperatura do solo) para linhas subterrâneas.

Tabela 40-NBR 5410/04 – Fatores de correção para temperaturas ambientes diferentes de 30ºC

para linhas não-subterrâneas e de 20ºC (temperatura do solo) para linhas subterrâneas

Fatores de correção para resistividade térmica do solo – k2 Utilizado em linhas subterrâneas, onde a resistividade térmica do solo seja diferente de 2,5K.m/W, caso típico de solos secos, deve ser feita uma correção adequada nos valores da capacidade de condução de corrente. Solos úmidos possuem valores menores de resistividade térmica, enquanto solos muito secos apresentam valores maiores.

Tabela 41-NBR 5410/04 – Fatores de correção para linhas subterrâneas em solo com resistividade

térmica diferente de 2,5 K.m/W

Fatores de Correção para Agrupamento de Circuitos – k3 Para linhas elétricas contendo um total de condutores superior às quantidades indicadas nas tabelas de capacidade de condução de corrente, fatores de correção devem ser aplicados.

Tabela 42-NBR 5410/04 – Fatores de correção aplicáveis a condutores agrupados em feixe (em

linhas abertas ou fechadas) e a condutores agrupados num mesmo plano, em camada única

Tabela 43-NBR5410/04 – Fatores de correção aplicáveis a agrupamentos consistindo em mais de uma camada de condutores – Métodos de referência C (tabelas 36 e 37), E e F (tabelas 38 e 39)

Tabela 44 – Fatores de agrupamento para linhas com cabos diretamente enterrados

Tabela 45-NBR 5410/04 – Fatores de agrupamento para linhas em eletrodutos enterrados.

(1)

Se um agrupamento consiste em N condutores isolados ou cabos unipolares, pode-se considerar tanto N/2 circuitos com 2 condutores carregados como N/3 circuitos com 3 condutores carregados. Os fatores das tabelas 42 a 45 são válidos para grupos de condutores semelhantes, igualmente carregados. São considerados semelhantes aqueles que se baseiam na mesma temperatura máxima para serviço contínuo e cujas seções nominais estão contidas no intervalo de 3 seções normalizadas sucessivas. Quando os condutores de um grupo não preencherem essa condição, os fatores de agrupamento aplicáveis devem ser obtidos recorrendo-se a qualquer das duas alternativas seguintes:

1. Cálculo caso a caso, utilizando, por exemplo, a ABNT 11301; 2. Caso não seja viável um cálculo específico, adoção do fator F da expressão:

Onde: F : fator de correção n : número de circuitos ou de cabos multipolares

Cálculo da Corrente de Projeto Corrigida

Onde: I’B= Corrente Corrigida. IB= Corrente do Condutor. K1= FC de temperatura (tab.40) K2= FC para resistividade térmica (tab.41) K3= FC de agrupamento (tab.42 a 45) O valor da corrente de projeto corrigida é utilizado na determinação da seção do condutor através das tabelas de capacidade de condução de corrente expostas anteriormente.

Queda de tensão A queda de tensão entre a origem da instalação e qualquer ponto de utilização não deve ser superior aos valores indicados na tabela a seguir, dados em relação ao valor da tensão nominal da instalação.

Tabela 8.7 – Limites de queda de tensão a partir do ponto de entrega

Conforme NBR 5410:2004, item 6.2.7

Método de cálculo: A maneira de determinar a queda de tensão é a partir de tabelas fornecidas pelos fabricantes de condutores elétricos, tal como mostrado nas tabelas a seguir:

Tabela 17-Prysmian – Queda de tensão em V/A.Km Notas:

a) As dimensões do eletroduto ou eletrocalha adotadas são tais que a área dos cabos não ultrapassa 40% da área interna dos mesmos;

b) Os valores da tabela admitem uma temperatura no condutor de 70°C.

Tabela 18-Prysmian – Queda de tensão em V/A.Km

Notas:

a) Os valores da tabela admitem uma temperatura no condutor de 70°C; b) Válido para instalação em eletroduto não-magnético e diretamente enterrado; c) Aplicável a fixação direta a parede ou teto, ou eletrocalha aberta, ventilada ou fechada,

espaço de construção, bandeja, prateleira, suportes e sobre isoladores; d) Aplicável também ao Cabo Superastic Flex, Cabo Superastic, Fio Superastic e Cabo

Afumex 750V sobre isoladores.

Tabela 19-Prysmian – Queda de tensão em V/A.Km

Nota:

a) Os valores da tabela admitem uma temperatura no condutor de 90°C; b) Válidos para instalação em eletroduto não-magnético e diretamente enterrado; c) Aplicável a fixação direta a parede ou teto, ou eletrocalha aberta, ventilada ou fechada,

espaço de construção, bandeja, prateleira, suportes e sobre isoladores.

Método de cálculo 1 Conhecem-se:

Material do eletroduto (se é magnético ou não);

Corrente de projeto (IB), em A;

Fator de potência (FP);

Queda de tensão admissível para o caso (ΔV%), em %;

Comprimento do circuito (l), em m;

Tensão entre fases (V), em V. Calcula-se:

Monofásico

Bifásico / Trifásico

Onde: ΔU :queda de tensão, em V/A.Km;

Método de cálculo 2

Onde: k =2 para circuitos monofásicos (F-N), bifásicos (F-F) ou trifásicos a quatro condutores (3F-N);

k= para circuitos trifásicos (3F). S seção transversal do condutor (mm²);

ρ resistividade do material condutor ( );

Ii intensidade da corrente elétrica de projeto do i-ésimo equipamento pertencente ao circuito (A);

di distância do i-ésimo equipamento até o início do circuito que está sendo dimensionado (m);

V diferença de potencial (tensão) entre os condutores do circuito (V); ∆V% limite de queda de tensão permitida no trecho do circuito considerado (adimensional).

Método de cálculo 3 Cálculo da queda de tensão a partir de uma seção do condutor conhecida. No caso de instalações cujos arranjos de cabos sejam diferentes dos previstos na tabela 6, a queda de tensão poderá ser calculada utilizando-se as expressões abaixo, bem como os parâmetros elétricos contidos nesta publicação. (Tabela 7)

Corrente contínua

Corrente alternada

a) Sistema monofásico

b) Sistema trifásico

ΔV = queda de tensão (V) I = corrente a ser transportada (A) Rcc = resistência em corrente contínua a 20°C (Ω/Km) Rcat = resistência em corrente alternada à temperatura de operação t°C (Ω/Km) φ = ângulo de fase FP ou cosφ = fator de potência da carga XL = reatância indutiva da linha (Ω/km) l = comprimento do circuito, do ponto de alimentação até a carga (km)

Tabela 20-Prysmian – resistências eléricas e reatâncias indutivas de fios e cabos isolados em

PVC, EPR e XLPE em condutos fechados, em Ω/Km.

Nota: a) Resistência elétrica em corrente contínua calculada a 70°C no condutor; b) Válido para condutores isolados, cabos unipolares e multipolares instalados em

condutos fechados não-magnéticos.

Tabela 21-Prysmian – resistências elétricas e reatâncias indutivas de fios e cabos isolados em

PVC, EPR e XLPE ao ar livre, em Ω/Km.

Nota: a) Resistência elétrica em corrente contínua calculada a 20°C no condutor; b) Válido para linhas elétricas ao ar livre, bandejas, suportes e leitos para cabos.

Tabela 22-Prysmian – resistências elétricas e reatâncias indutivas de fios e cabos isolados em

PVC, EPR e XLPE ao ar livre, em Ω/Km.

Nota: a) Resistência elétrica em corrente contínua calculada a 20°C no condutor; b) Válido para linhas elétricas ao ar livre, bandejas, suportes e leitos para cabos.

Exemplos:

a) Dimensionar os condutores para um chuveiro, tendo como dados: Pn = 5400W, V=220V, cosφ = 1, isolação de PVC, eletroduto de PVC embutido em alvenaria; temperatura ambiente: 30°C; comprimento: 20,00m.

Solução: A – Pelo critério da Capacidade de condução de corrente:

a) Tipo de isolação: PVC. b) Método de Instalação: 7-B1 (tabela 33)

Em que:

IP – Corrente de projeto, em ampère (A).

V – Tensão elétrica, em volt (V).

Pn – Potência ativa, em watt (W).

c) Cálculo da corrente de projeto

d) Número de condutores carregados: 02

e) Escolha do condutor: consultando a tabela 36, coluna 6, (B1,2cc), obtemos o valor imediatamente superior a IP:

Obtemos 32 A – Seção dos condutores fase e proteção 4mm². f) Corrente corrigida:

K1 = 1, devido não ser aplicável (tabela 40). K2 = 1, devido não ser aplicável (tabela 41). K3 = 1, ref. 1 para 1 circuito (tabela 42).

g) Escolha do condutor: consultando a tabela 36, coluna 6 (B1,2cc), obtemos o valor:

32A – Seção dos condutores fase e proteção 4mm²

Pelo critério da queda de tensão:

Material de eletroduto: PVC.

Tipo do circuito: monofásico (F-F).

Fator de potência: FP = cosφ = 1 (considera-se conforme tabela 17-Prysmian FP= 0,95, coluna 3).

Comprimento do trecho: 20m.

Queda de tensão:

Escolha do condutor: consultando a tabela 17-Prysmian, coluna 3, obtemos o valor 16,9 V/A.Km (valor imediatamente inferior ao calculado 17,92 V/A.Km), que corresponde a:

Seção dos condutores fase e proteção 2,5mm².

Neste exemplo verificamos que para os critérios de dimensionamento obtemos valores de sacões dos condutores diferentes (4mm² e 2,5mm²). Quando os resultados forem diferentes, adota-se o condutor de maior seção.

Seção dos condutores adotados 4mm².

b) Dimensionar os condutores para um circuito de tomadas, cuja potência é S=2000VA; V=127V; isolação do condutor de PVC; eletroduto embutido em alvenaria; temperatura =30°C; comprimento do circuito 80,00m.

Esquema:

Solução:

A – Pelo critério da capacidade de condução de corrente:

a) Calculo da corrente de projeto

Consultando a tabela 36, coluna 6 (B1, 2cc), encontramos o valor 17,5A (valor imediatamente superior a 15,78ª) e encontramos as seções dos condutores neutro, fase e proteção 1,5 mm².

No entanto, pela tabela 47-NBR 5410/04, a seção mínima para condutores de circuitos de tomada de corrente é 2,5 mm². Seção que deve ser adotada para os condutores neutro, fase e proteção.

b) Calculo da corrente corrigida:

K1 = 1, devido não ser aplicável (tabela 40). K2 = 1, devido não ser aplicável (tabela 41). K3 = 1, ref. 1 para 1 circuito (tabela 42).

Consultando a tabela 36, coluna 6 (B1, 2cc), encontramos o valor 17,5A (valor imediatamente superior a 15,78A) e a seção para os condutores neutro, fase e proteção 1,5 mm².

B – Pelo critério da queda de tensão:

Usamos a formula:

Onde: Vff = 127V; ΔV% = 0,04; IB = 15,78A; l = 30,00 m => 0,03 Km

Escolha do condutor: consultando a tabela 17-Prysmian, coluna 3, obtemos o valor 10,5 V/A.Km (valor imediatamente inferior ao calculado 10,73 V/A.Km), que corresponde a seção dos condutores fase e proteção 4mm².

Neste exemplo verificamos que para os critérios de dimensionamento obtemos valores de sacões dos condutores diferentes (2,5mm² e 4mm²). Quando os resultados forem diferentes, adota-se o condutor de maior seção.

Seção dos condutores adotados 4mm².