Dimensionamento de condutores elétricos

Normas

• Baixa tensão: NBR 5410

• Média tensão: NBR 14039

Critérios de dimensionamento (NBR 5410)

Cabos:

1. Capacidade de condução de corrente

2. Queda de tensão

3. Seção mínima

Todos devem ser calculados e a seção final escolhida deve ser a maior.

OBS: Se houver harmônicos, há uma seção da NBR5410 específica.

Proteções:

• Sobrecarga

• Curto-circuito

• Proteção contra choques elétricos (quando aplicável)

1. Capacidade de corrente (Ampacidade)

• Se aplica para cálculo da seção de fase, neutro e proteção.

• Temperatura máxima:

Métodos de instalação

1. Ampacidade

1. Ampacidade

Fatores de correção

• Temperatura (FCT) :determinado em função da isolação do condutor, da temperatura ambiente ou da temperatura do solo de acordo com a maneira de instalar previamente determinada.

• Agrupamento (FCA): determinando em função do trecho mais crítico do circuito. Para condutores em paralelo, cada grupo de condutores fase-neutro, independente do número de condutores por fase ou número de condutores por neutro, deve ser considerado um circuito unitário.

• Resistividade do Solo (FCRS): Fator de correção da resistividade do solo: normalmente é utilizado paraa maneira de instalar “D”. Aplica-se apenas quando a resistividade do solo for um fator considerável na instalação dos condutores e diferente de 2,5 K.m/W; caso contrário, o considera igual a 1.

Corrente corrigida

• Bitola (seção) do condutor – com o valor da corrente corrigida (Ic), o tipo de cabo e a maneira de instalar previamente determinados, a bitola (ou seção) do condutor pode ser obtida a partir das tabelas.

• Iz’ >= Ic onde,• Ic - corrente corrigida;

• Iz’ - capacidade de condução de corrente tabelada;

2. Queda de Tensão

2. Queda de Tensão

2. Queda de Tensão

2. Queda de Tensão

• Escolher o pior caminho do circuito, sendo este aquele que apresente maiorqueda de tensão causada ou pela maior distância, ou pelo maior acúmulo decargas. Em caso de dúvidas, deve-se calcular para duas situações.

• Apesar de o ideal ser calcular a queda de tensão para todos os circuitos, isto não é necessário, bastando os cálculos daqueles que apresentarem as situações mais adversas, tais como grande comprimento (geralmente maior que 15 m), ou alta potência relativa.

• Se a seção ficar muito grande para atender a norma, colocar mais condutores em paralelo, dividir melhor os circuitos, diminuindo a suas cargas individuais.

3. Seção Mínima

Seção do Neutro

• Cor: Azul-claro

• Deve ter no mínimo a mesma seção das fases quando:• Circuitos 1F e 2F

• Circuito 3F, para seções fase igual e menor que 25mm2

• Circuito 3F, quando houver harmônicos.

• Em 3F, o neutro pode ser menor se simultaneamente:• Sua seção calculada for no mínimo 25mm2

• O neutro também for protegido contra sobrecorrentes

• A maior corrente que puder percorrer o neutro for inferior a capacidade de condução de corrente de sua seção reduzida.

Seção no Neutro

Condutor de proteção PE (terra)

• Cor: verde-amarela

• Preferencialmente isolados, unipolares, ou veias de cabos multipolares.

• Sua seção depende da seção das fases.

• Em alguns casos ele pode ser usados como neutro também (PEN), cor: Azul-claro com indicações verde-amarela em pontos visíveis.

• Nestes casos, a seção mínima permitida é 10mm2 (unipolar ou isolado), ou 4mm2 (veia multipolar)

Condutor de proteção PE (terra)

Proteções

• Proteção - o condutor não pode ser dito corretamente dimensionado até que seja verificada a sua proteção.

• Na proteção de um condutor pode ser utilizado um disjuntor, cujo valor de corrente nominal (Idp) esteja compreendido entre o valor da corrente de projeto (Ip) e o valor da corrente máxima suportada pelo condutor (Iz), ouseja:

IpIdpIz e I21,45Iz

• Esse critério garante que o disjuntor não atue para uma corrente igual ou menor à corrente corrigida, mas que a corrente de abertura do disjuntor seja menor do que a corrente suportada pelo fio/cabo.

Mini-disjuntores (I2)

Corrente

Nominal

(In)

Corrente

convencional de

não atuação

Corrente Convencional

de atuação

(Iz)

Tempo

Convencional

In ≤ 63 1,13 x In 1,45 x In 1 h

In > 63 1,13 x In 1,45 x In 2 h

Disjuntores industriais (I2)

Corrente

de ajuste

(In)

Corrente

convencional de

não atuação

Corrente Convencional

de atuação

(Iz)

Tempo

Convencional

In ≤ 63 1,05 x In 1,30 x In 1 h

In > 63 1,05 x In 1,30 x In 2 h

Curto-circuito

• Em qualquer instalação deverão ser previstos dispositivos de proteção quegarantam a interrupção da corrente de curto-circuito, antes que esta correntecause problemas aos condutores e as instalações.

• Os efeitos causados pela corrente de curto-circuito podem ser de dois tipos:

• efeito térmico: aquecimento dos cabos e outros componentes acima da temperatura limite,provocando danos à isolação.

• efeito dinâmico (magnético): ocorre no primeiro ciclo da corrente de curto-circuito e causa aquebra de isoladores, barras, fixações, etc., devido a força de atração ou repulsão causada poresta corrente.

Curto-circuito

Curto-circuito

O cabo é aquecido em função de dois fatores:• corrente elétrica;

• tempo;

E esta energia é dada pela integral de Joule:Para aquecer um cabo desde a sua temperatura de trabalho até a temperatura de curto-circuito, é necessária uma quantidade de energia que pode ser calculada pela equação:

onde,• Icc - corrente de curto-circuito simétrica;

• S - seção do condutor;• K - fator dependente do material da isolação;• Os limites da integral são de 0 a t.

Curto-circuito

A NBR exige que:

• Irdp ≥ Icc• Tdp ≤ t

Onde,

• Irdp - capacidade de interrupção do dispositivo de proteção (disponível nos catálogos dos fabricantesda referida proteção ou na internet em sites de fabricantes).

• Icc - nível de curto-circuito simétrico presumido no ponto de instalação do dispositivo de proteção(DP);

• Tdp - tempo de disparo do DP (ver catálogos de fabricantes);

• t - tempo que os condutores suportam, sem que a temperatura limite seja atingida (ver catálogos defabricantes).

• O tempo limite de atuação do dispositivo de proteção (DP), ou seja, o tempo que os condutoressuportam antes de ser atingida a temperatura limite, pode ser calculado por:

Curto-circuito

• A equação anterior para o cálculo do tempo de atuação, é derivada da integralde Joule e é válida apenas no caso em que as correntes de curto-circuitosimétricas ou assimétricas tenham um tempo de duração entre 0,1 s e 5 s. Osvalores normalmente de K podem ser obtidos da tabela a seguir:

Curto-circuito

Critério gráfico

Resumo

1) Aplicar o critério da ampacidade:• Calcular a corrente de projeto,• Verificar os fatores de correção,• Calcular a corrente corrigida,• Definir a fiação e proteção,2) Aplicar o critério da queda de tensão para verificar se o condutor e a proteçãoatendem a esse critério.3) Aplicar o critério de curto-circuito para verificar se o condutor e a proteçãoatendem a esse critério.

Eletrodutores

• Taxa de ocupação do eletroduto não deve ser superior a 53% no caso de umcondutor, 31% no caso de dois condutores ou 40% no caso de três ou maiscondutores.• A tabela a seguir apresenta os diâmetros externos e a seção total de várioscondutores fabricados pela Pirelli/Prysmian.• Para se calcular a área ocupada do eletroduto deve-se levar em conta a áreatotal do condutor e não apenas a bitola nominal do cabo