DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS

1. Universidade Federal do Vale do São FranciscoColegiado de Engenharia ElétricaInstalações Elétricas DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES ELÉTRICOS

2. Objetivos • Dimensionar um circuito é definir a seção mínima dos condutores, de maneira a garantir que estes suportam satisfatoriamente e simultaneamente as seguintes condições: • Limite de temperatura, determinado pela capacidade de condução de corrente; • Limite de queda de tensão; • Capacidade dos dispositivos de proteção contra sobrecargas; • Capacidade de condução de corrente de curto-circuito por tempo limitado. Obs: Após calcular as seções dos condutores pelos critérios da Capacidade de corrente e do Limite de queda de tensão, adota-se o de maior seção. Abril / 2011

3. Critério da capacidade de condução de corrente • Visa garantir condições de operação aos condutores e às suas isolações, submetidos aos efeitos térmicos produzidos pela circulação de corrente • Roteiro para dimensionamento pela capacidade de condução de corrente • Este roteiro a seguir determina a seção nominal dos condutores fase. O condutor neutro e de proteção (PE) são determinados em função da seção dos condutores fase. • a) Tipo de Isolação • Inicialmente escolhe o tipo de isolação dos condutores. Abril / 2011

4. Temperatura características dos condutores Fonte: Tabela 35 da NBR-5410 Obs.: Em geral, utilizam-se condutores com isolação PVC em instalações prediais convencionais. Abril / 2011

5. b) Maneira de Instalar A maneira como os condutores são instalados influencia na capacidade de troca de calor entre condutores e o ambiente, influenciando na capacidade de condução de corrente. A tabela a seguir define as diversas maneiras de instalar os condutores, isto é, os diversos tipos de linha elétricas, definidas pela NBR 5410, codificadas na forma de uma letra e um número. Este código denominado método de referência. Abril / 2011

6. Tipos de Linhas Elétricas Abril / 2011

7. Métodos de instalação Abril / 2011

8. c) Corrente nominal ou corrente de projeto (Ip) É a corrente do circuito, considerando as suas características nominais Circuitos Monofásicos (fase e neutro): Ip = Corrente de projeto do circuito, em Ampères; Pn = Potência nominal do circuito, em Watts; Vfn = Tensão entre fase e neutro, em Volts cos  = Fator de potência;  = Rendimento ( = potência de entrada / potência de saída). Abril / 2011

9. Circuitos trifásicos (3 fases e neutro): Circuitos trifásicos equilibrados (3 fases): Vff = Tensão entre fase e fase, em Volts Circuitos bifásicos (2 fases): Abril / 2011

10. d) Número de condutores carregados É considerado condutor carregado (c.c.) aquele que efetivamente é percorrido pela corrente elétrica quando o circuito está operando normalmente (fase e neutro). O condutor de proteção (PE) não é considerado carregado. • Circuito trifásico com neutro: 4 c.c., ou 3 c.c. se o circuito for equilibrado; Obs.: Como 4 c.c., os alimentadores gerais de quadros trifásicos. • Circuito trifásico sem neutro: 3 c.c.; Obs.: Exemplos são os circuitos terminais para motores trifásicos. Abril / 2011

11. Circuito bifásico a 3 condutores: 3 c.c.; Obs.: Alimentadores gerais de quadros bifásicos. • Circuito bifásico a 2 condutores: 2 c.c.; Obs.: Circuitos terminais para chuveiros, ligados F-F, 220 V, Onde F-N , 127 V. • Circuito monofásico a 3 condutores: 3 c.c.; Obs.: Circuitos alimentadores derivados de trafos monofásicos com tap central. • Circuito monofásico a 2 condutores: 2 c.c.; Obs.: Caso geral de circuitos terminais monofásicos. Abril / 2011

12. e) Bitola do condutor para temperatura ambiente de 30C (condutores não enterrados no solo) ou para uma temperatura do solo de 20 C (condutores enterrados no solo) Após ter definidos os itens anteriores, ou seja: a- Tipo de isolação dos condutores: tabelado; b- Maneira de instalar o circuito: Tabelada; c- Corrente de projeto, Ip, do circuito, em ampères: Calculado; d- Número de condutores carregados no circuito: Definido. Através de tabelas, com posse dos dados dos itens mencionados acima encontra-se a bitola do condutor. Abril / 2011

13. Tabela para capacidade de condução de corrente p/ os métodos de instalação A1, A2, B1, B2, C E D(isolação PVC) Abril / 2011

14. Tabela para capacidade de condução de corrente p/ os métodos de instalação A1, A2, B1, B2, C e D(isolação EPR ou XLPE) Abril / 2011

15. Exemplo de Aplicação Dimensionar os condutores para um circuito terminal (F-F) de um chuveiro elétrico, dados; Pn=4500 W; V=220 V; condutores de isolação PVC, eletroduto de PVC embutido em alvenaria; temperatura ambiente de 30C. Solução a- Tipo de isolação: PVC b- Maneira de instalar o circuito: número 7, referência B1 c- Corrente de projeto: d- Número de condutores carregados: 2 Entrando com estes dados na tabela, teremos o valor de 24 A, que corresponde ao condutor de cobre de bitola 2,5 mm2. Abril / 2011

16. Observação importante No exemplo anterior, o resultado encontrado ainda não expressa o resultado final do dimensionamento de um circuito, pois, no dimensionamento final, deve-se levar em consideração os fatores de correção da capacidade de corrente dos condutores e também a queda de tensão verificada no circuito. Abril / 2011

17. f) Fator de correção para o dimensionamento de cabos Para o correto dimensionamento dos condutores é necessário, aplicar os fatores de correção, que são: • Fator de correção de temperatura, FCT; • Fator de correção de agrupamento, FCA; • Fator de correção devido à resistividade térmica do solo, FCR; Abril / 2011

18. Fator de Correção de Temperatura – FCT Aplicável para temperaturas ambientes diferentes de 30C para cabos não enterrados e de 20 C(temperatura do solo) para cabos enterrados. A tabela 40 da NBR-5410 fornece os valores para este fator de correção. Abril / 2011

19. Abril / 2011

20. Fator de Correção de Agrupamento - FCA Aplicável para circuitos que estejam instalados em conjunto com outros circuitos em um mesmo eletroduto, calha, etc. ou ainda para cabos em eletrodutos enterrados, ou cabos diretamente enterrados. As tabelas 42, 44 e 45 da NBR-5410 fornecem os valores, aplicáveis às diversas situações de projeto, para este fator de correção. Abril / 2011

21. Abril / 2011

22. Fator de Correção devido à Resistividade Térmica do Solo – FCR Este fator é aplicável para linhas subterrâneas instaladas em solos com resistividade térmica diferente de 2,5 K.m/W. A tabelas 41 da NBR-5410 fornece os valores para este fator de correção. Abril / 2011

23. Abril / 2011

24. g) Corrente corrigida (I’p) É um valor fictício da corrente do circuito, obtida após a aplicação dos fatores de correção FCT e FCA à corrente de projeto. De posse desse novo valor de corrente (corrente corrigida - I’p) entra na tabela adequada (de acordo com a NBR-5410 uma das 36 à 39). Abril / 2011

25. Exemplo de Aplicação Considere, que o circuito terminal do chuveiro do exemplo anterior esteja instalado em um eletroduto, no qual, em certo trecho, também estejam mais três circuitos monofásicos (F-N). Calcule a nova bitola do condutor. Solução a- Corrente de projeto: Ip=20,45 A b- Fator de correção de temperatura: FCT=1,0 c- Fator de correção de agrupamento: tem-se 4 circuitos com 2 condutores carregados cada um (8/2=4) d- Corrente corrigida : I’p=20,45/(1*0,65)=31,46 A e- Bitola do condutor: com este valor de I’p entra na tabela 36 da NBR-5410, coluna B1, 2 c.c., e tem-se o valor 32 A, que corresponde ao condutor de cobre de bitola 4 mm2. Abril / 2011

26. Critério do Limite de queda de tensão A queda de tensão provocada pela circulação de corrente deve está dentro de limites máximos, a fim de não prejudicar o funcionamento dos equipamentos. A NBR-5410 estabelece as faixas nominais de tensão dos sistemas elétricos. A queda de tensão de uma instalação, desde a sua origem até o último ponto de utilização, deve estar dentro de limites prefixados pela NBR-5410. Abril / 2011

27. Limites de queda de tensão Fonte: NBR-5410 • Notas: • Nos casos B e C, as quedas de tensão nos circuitos terminais não devem ser superiores aos valores indicados em A. • Nos casos B e C, quando as linhas principais de instalação tiverem comprimento superior a 100 m, as queda de tensão podem ser aumentadas de 0,005 por metro de linha superior a 100 m, sem que essa suplementação ultrapasse a 0,5%. • Em nenhum caso a queda de tensão nos circuitos terminais pode ser superior a 4%. Abril / 2011

28. Roteiro para dimensionamento pela queda de tensão • a) Dados necessários • Maneira de instalar o circuito; • Material do eletroduto (magnético ou não magnético); • Tipo de circuito (monofásico ou trifásico); • Corrente de projeto,Ip, em Ampères; • Fator de potência médio, cos , do circuito; • Comprimento,l, do circuito, em km; • Tipo de isolação do condutor; • Tensão, V, do circuito, em Volts; • Queda de tensão, e%, admissível. Abril / 2011

29. b) Cálculo da queda de tensão unitária A queda de tensão unitária, Vunit, em Volts/Ampère*km, do circuito, é calculada pela equação: Abril / 2011

30. c) Escolha do condutor Com o valor de Vunit calculado, entra-se em uma das tabelas de queda de tensão para condutores, fornecida pelos fabricantes, que apresente as condições indicas no item a), e nesta encontra-se o valor cuja queda de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada, determinando assim a bitola do condutor. Obs.: O método acima descrito é usado para circuitos de distribuição e para circuitos terminais que servem a única carga, sendo “l” o comprimento do circuito. Em circuitos com várias cargas distribuídas, é preciso calcular a queda de tensão trecho a trecho, ou ainda, aplicar o Método Simplificado Watts*metros. Abril / 2011

31. Exemplo de Aplicação Considere, que o circuito terminal do chuveiro do exemplo anterior tenha um comprimento de 15 metros (distância do quadro de distribuição do apartamento à tomada de ligação do chuveiro). Dimensione o circuito. Solução Dados: Maneira de instalar: eletroduto embutido em alvenaria; Material do eletroduto: PVC Tipo de circuito: bifásico; Corrente de projeto: Ip=20,45 A; Fator de potência: cos = 1,0; Comprimento: l=15 m=0,015 km; Tipo de isolação do condutor: PVC; Tensão do circuito: V=220 V; Queda de tensão admissível: e%=2% (ver tabelas); Queda de tensão unitária: Abril / 2011

32. Com este valor entra-se na tabela, eletroduto PVC, circuito monofásico, fator de potência=0,95, e encontramos o valor 10,6 V/A.m, imediatamente inferior ao calculado, que determina a bitola do condutor de cobre de 4 mm2. Conclusão: Dimensionamento do condutor de fase pela capacidade de corrente: 4 mm2; Dimensionamento do condutor de fase pela queda de tensão: 4 mm2. Condutor fase adotado: 4 mm2(lembre de adotar o maior valor) Condutor de proteção adotado: 4 mm2(determinado conforme a tabela 58 da NBR-5410). Abril / 2011

33. Abril / 2011

34. Abril / 2011

35. Cálculo da queda de tensão pelo Método dos Watts.metros Este Método simplificado pode ser utilizado em circuitos com pequenas cargas, ou seja, em instalações de casas e apartamentos, nos quais tem-se diversas cargas (lâmpadas e tomadas). O Método tem por base o emprego de tabelas Watts*metros fornecida pelos fabricantes de condutores referentes as tensões 127 e 220 V. O valor, (P(Watts)*l(metros)), representa: P: Potência da carga; l: Distância da carga ao quadro de alimentação. Abril / 2011

36. Fundamento do método A queda de tensão percentual pode ser expressa por: Circuitos a dois condutores tem-se: Substituindo I e R na primeira equação, tem-se: Logo: Abril / 2011

37. Exemplo de Aplicação Dimensionar o circuito terminal de uma apartamento, cuja a primeira carga de 600 W dista de 8 m do quadro de distribuição, a segunda carga de 600 W está 3 m da anterior, a terceira de 600 W está a 4 m da segunda, a quarta de 100 W está a 3m da anterior e finalmente a quinta carga de 100 w esta a 2 m da quarta. Considere a instalação em eletroduto de PVC embutido em alvenaria: que o c temperatura ambiente 30C, isolação PVC e tensão 127 V. Solução a- Capacidade de corrente Ip=2000 W / 127 V= 15,7 A (FCT=1 e FCA=1) Pela tabela: tem-se 2,5 mm2 b- Método simplificado (P(Watts)*l(metros))=600*8+600*11+600*15+100*18+100*20=24200 Watts*metros Pela tabela (V=110 V) e queda de tensão de 2%: tem-se 4 mm2 Abril / 2011

38. Abril / 2011

39. c- Critério da queda de tensão Dados: Maneira de instalar: eletroduto embutido em alvenaria; Material do eletroduto: não magnético (PVC); Tipo de circuito: monofásico; Condutor calculado pela capacidade de corrente: 2,5 mm2 Fator de potência: cos = 0,8 (considera-se para eletrodomésticos); Queda de tensão unitária: de acordo com tabela para #2,5 mm2: 14 V/A.km Queda por trecho: V= Vunit.I(trecho,A).l(trecho,km) OA=14 . 15,74 . 8/1000 = 1,76 AB=14 . 11,02 . 3/1000 = 0,46 BC=14 . 6,30 . 3/1000 = 0,35 CD=14 . 1,58 . 3/1000 = 0,07 DE=14 . 0,79 . 3/1000 = 0,03 Queda acumulada (V) = 2,67 Volts Queda total (percentual): e%= (V . 100 ) / V = (2,67 . 100) / 127 = 2,10 % que é maior que o estabelecida na norma, deve-se considerar o condutor de bitola imediatamente superior (#4 mm2) Abril / 2011

40. Seções mínimas dos condutores A NBR-5410 define os valores mínimos para os condutores fase, neutro e de proteção (PE) a) Seção mínima do condutor fase A tabela 47 da norma acima citada define as seções mínimas fase, CA, e condutores vivos, C.C. Obs.: Em circuitos de controle admite-se seções de até 0,1 mm2; Em cabos multipolares, com 7 ou mais veias, admite-se seções de até 0,1 mm2; Os circuitos de tomadas de corrente são consideradas como circuitos de força. Abril / 2011

41. Abril / 2011

42. b) Seção do condutor neutro • O condutor neutro, se existir, deve possuir a mesma seção do condutor fase nos seguintes casos: • Em circuitos monofásicos a dois ou três condutores e bifásicos a três condutores, qualquer que seja a seção; • Em circuitos trifásicos, quando a seção dos condutores fase for inferior ou igual a 25 mm2, em cobre ou alumínio; • Em circuitos trifásicos, quando for prevista a presença de correntes de terceira harmônica, com 15% qualquer seja a seção. • Obs.: • A tabela 48 da NBR-5410 define as seções mínimas do condutor neutro. • Em nenhuma circunstância o condutor neutro deve ser comum a mais de um circuito. Abril / 2011

43. c) Seção do condutor de proteção (PE) O condutor de proteção visa o ligamentos das massas dos equipamentos, também o terminal “terra” das tomadas ao terminal de aterramento do quadro de distribuição. A tabela 58 da NBR-5410 apresenta a seção do condutor de proteção em função da seção dos condutores fase. Obs.: Nesta tabela considera-se os condutores fase e de proteção de mesmo material. Um condutor de proteção pode ser comum a vários circuitos. Abril / 2011

44. Abril / 2011

45. d) Seção do condutor de aterramento • Terminal de aterramento principal • Toda instalação deve prever um terminal (ou barra) de aterramento principal, onde os seguintes condutores devem ser ligados: • Condutor de aterramento; • Condutor de proteção; • Condutor de ligação equipotencial; • Condutor de aterramento funcional; • Obs.: • A localização deste terminal, assim como a resistência da malha de aterramento são definidas pelas concessionárias. • O material e as dimensões mínimas dos eletrodos de aterramento devem está de acordo com a NBR-5410. Abril / 2011

46. Condutores de aterramento O condutor de aterramento fará a interligação da barra de aterramento principal ao(s) eletrodo(s) de aterramento As seções mínimas dos condutores de aterramento estão definidas pela tabela 52 da NBR-5410. Abril / 2011

47. Abril / 2011

48. UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO Colegiado de Engenharia Elétrica FIM da Apresentação Abril / 2011