Condutores Elétricos: Tipos e Isolamento

CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 50 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom 25 Condutores Elétricos Condutor elétrico é um corpo constituído de material bom condutor destinado à transmissão da eletricidade Em geral é de cobre eletrolítico e em certos casos de alumínio Fio é um condutor sólido maciço de seção circular com ou sem isolamento conforme demonstrado na figura 36 Figura 36 Condutores elétricos na forma de fios Fonte Imagens do autor Cabo é um conjunto de fios encordoados não isolados entre si Pode ser iso lado ou não conforme o uso a que se destina É mais flexível que um fio de mesma capacidade de carga apresentado pela figura 37 Figura 37 Condutores elétricos na forma de cabos Fonte Imagens do autor Com frequência os eletrodutos conduzem os condutores de fase neutro e terra simultaneamente Esses condutores são eletricamente isolados com o revesti mento de material mau condutor de eletricidade e que constitui a isolação do condu tor CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 51 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom Um cabo isolado é um cabo que possui uma camada de revestimento capaz de permitir a isolação elétrica até um limite de tensão recomendado pelo fabricante Além da isolação para instalações externas ou temporárias recobrese com uma ca mada denominada cobertura a camada de cobertura tem a função de proteção me cânica dos condutores em instalações subterrâneas em bandejas ou exposto no solo ligações temporárias um exemplo desses condutores são conhecidos comercial mente como cabo PP apresentado na figura 38 Figura 38 Condutores elétricos com cobertura de proteção Fonte Imagens do autor Os cabos podem ser Unipolares quando constituídos por um condutor de fios trançados com cober tura isolante protetora figura 37 Multipolares quando constituídos por dois ou mais condutores isolados prote gidos por uma camada protetora de cobertura comum figura 38 O material condutor é fabricado com cobre ou alumínio e o isolamento isolação e cobertura se houver é dividido em duas grandes categorias termoplásticos tornamse líquidos em T 170 C por exemplo o PVC o poli etileno e o Neoprene ASSISTIR VÍDEO COMPLEMENTAR VÍDEO 17 Instalações em Baixa Tensão e escolha de cabos e fitas isolantes CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 52 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom termofixos carbonizamse em T 250 C por exemplo o EPR etilenopropi leno e o XLPE polietileno reticulado Para o dimensionamento da área da seção transversal bitola em mm2 dos condutores devemos fazer a avaliação basicamente por três critérios a Critério da Seção Mínima b Critério da Capacidade de Corrente c Critério da Queda de Tensão Salientase que todos esses critérios precisam ser avaliados e satisfeitos ao mesmo tempo ou seja o critério que levar ao condutor de maior área será o definidor do condutor 251 Dimensionamento dos Condutores pelo Critério da Se ção Mínima A determinação da área dos condutores pelo Critério da Seção Mínima é feita diretamente pela NBR 54102004 conforme apresentado pela Tabela 2 de acordo com o tipo de instalação e a utilização do circuito Tabela 2 Seções mínimas dos condutores TIPO DE INSTALAÇÃO UTILIZAÇÃO DO CIRCUITO SEÇÕES MÍNIMAS CONDUTORES mm² MATERIAIS Instalações fixas em geral Cabos isolados Circuitos de iluminação 15 Cu 16 Al Circuitos de força 25 Cu 16 Al Circuitos de sinalização e circuitos de controle 05 Cu Cabos nus Circuito de força 10 Cu 16 Al Circuito de sinalização e circuito de controle 4 Cu Ligações flexíveis feitas com cabos isolados Para um equipamento específico Como especificado na norma do equipamento Para qualquer outra aplicação 075 Cu Circuitos a extrabaixa tensão para aplicações especiais 075 Cu Notas 1 Em circuitos de sinalização e controle destinados a equipamentos eletrônicos são admitidas seções de até 01 mm2 2 Em cabos multipolares flexíveis contendo sete ou mais veias são admitidas seções de até 01 mm2 3 Os circuitos de tomadas de corrente são considerados circuitos de força Fonte Tabela 47 da NBR 54102004 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 53 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom 252 Dimensionamento dos Condutores pelo Critério da Capa cidade de Corrente A determinação da área dos condutores bitola pelo Critério da Capacidade de Corrente devemos seguir as seguintes etapas I Calcular a corrente de projeto Ic prevista para o circuito II Definir o tipo de isolamento do condutor a ser utilizado III Definir o método de instalação tipo de instalação IV Determinar a temperatura ambiente ou do solo para o local do projeto A capacidade de condução de corrente dos condutores é o valor máximo da corrente que o condutor pode conduzir de forma a garantir uma vida adequada às suas isolações que foram submetidas aos efeitos térmicos produzidos pela circulação de corrente durante períodos prolongados em operação normal A corrente transportada por qualquer condutor durante períodos prolongados em funcionamento normal deve ser tal que a temperatura máxima para serviço con tínuo dada na Tabela 34 não seja ultrapassada Tabela 3 Temperaturas características dos condutores Tipo de Isolação Temperatura máxima para serviço continuo condutor C Temperatura limite de sobrecarga condutor C Temperatura limite de curtocircuito condutor c Policloreto de vinila PVC 300 mm² 70 100 160 Policloreto de vinila PVC 300 mm² 70 100 140 Borracha etilopropileno EPR 90 130 250 Polietilenoreticulado XLPE 90 130 250 Fonte Tabela 35 da NBR 54102004 Conforme demonstrado na aula 1 resistência elétrica todos os materiais apli cados como condutores de eletricidade têm uma resistência que varia em função de algumas variáveis entre elas a seção transversal do condutor bitola por esse motivo a determinação da bitola do condutor a ser utilizada em um circuito deve levar em CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 54 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom consideração o calor gerado nos condutores ao circular um nível de corrente elétrica pois esse efeito térmico deve provocar uma temperatura no condutor inferior aos limites de temperatura apresentados na tabela 3 Como a temperatura do condutor não é afetada apenas pela corrente que cir cula pelo mesmo precisamos considerar a temperatura ambiente no local de instala ção Fator de Correção de Temperatura FCT e a contribuição de outros circuitos instalados no mesmo local Fator de Correção de Agrupamento FCA A partir da corrente de projeto IC corrente máxima de circulação pelo condutor podemos utilizar as tabelas 36 a 39 da NBR 54102004 para seleção da seção trans versal do condutor a ser aplicado no circuito porém as tabelas estão dimensionadas para uma temperatura padrão de 30C ambiente e 20C solo assim se faz neces sário ajustar a corrente de projeto caso as temperaturas forem divergentes Para ajustar a temperatura podemos utilizar o artifício da corrente fictícia de projeto IC com o auxílio das tabelas 40 e 41 da NBR 54102004 encontramos os valores do fator de correção para temperatura FCT aplicando a divisão da corrente de projeto pelo FCT encontramos o valor de corrente ajustado para seleção da seção transversal dos condutores pelo método de capacidade de condução de corrente Porém a temperatura não é o único fator que necessita de correção para apli cação das tabelas 36 a 39 da NBR 54102004 o agrupamento de circuitos também influencia a seleção e por isso é necessário aplicar o fator de correção a condutores agrupados FCA disponíveis nas tabelas 42 a 45 da NBR 54102004 o FCA também deve ser inserido no cálculo da corrente fictícia de projeto IC conforme equação abaixo 𝐼𝐶 𝐼𝐶 𝐹𝐶𝑇 𝐹𝐶𝐴 Com a corrente fictícia de projeto corrente corrigida podemos consultar as tabelas 36 a 39 da NBR 54102004 e selecionar a bitola do condutor que atende o projeto em análise CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 55 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom As tabelas 36 a 39 da NBR 54102004 exigem mais duas informações o nú mero de condutores carregados do circuito n de fios que circula corrente 2 condu tores para circuitos monofásicos e bifásicos 3 condutores carregados para circuitos trifásicos além do método de referência método de instalação do circuito disponível na tabela 33 da NBR 54102004 Exemplo Para o circuito do chuveiro está previsto uma carga de 7000w 220V 2 fases terra O circuito vai ser instalado em eletroduto embutido em alvenaria e existe um trecho do eletroduto que será compartilhado com outro circuito monofásico A temperatura ambiente na localidade do projeto é de 40C Determine a seção trans versal bitola dos condutores para o circuito de alimentação do chuveiro levando em consideração a capacidade de condução de corrente 1 passo Calcular a corrente de projeto 𝑃 𝑉 𝐼 cos 𝜑 𝐼 𝑃 𝑉 cos 𝜑 𝐼 7000 220 1 𝐼𝐶 318𝐴 O fator de potência do chuveiro por ser carga puramente resistiva é igual a 1 2 passo Definir o tipo de isolamento Cabo unipolar com isolação em PCV 3 passo Definir o método de instalação Método 7 da tabela 33 da NBR 54102004 método B1 condutores isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria fornecida no enunciado do exemplo 4 passo Determinar a temperatura ambiente Temperatura ambiente de 40c fornecida no enunciado do exemplo Agora de posse das informações podemos calcular a corrente de projeto fictícia valores ajustados para seleção do condutor nas tabelas da NBR 54102004 𝐼𝐶 𝐼𝐶 𝐹𝐶𝑇 𝐹𝐶𝐴 𝐼𝐶 318 087 080 𝐼𝐶 4569𝐴 tabela 40 NBR 54102004 fator de correção para temperatura tabela 42 NBR 54102004 fator de correção para agrupamento CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 56 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom Com o valor da corrente de projeto ajustada definido podemos utilizar a tabela 36 da NBR 54102004 Isolação PVC para selecionar o condutor pelo método de capacidade de condução de corrente Na figura 39 podemos observar que o cabo com seção nominal de 10mm² é o indicado para esta instalação com base apenas no método de capacidade de condu ção de corrente Figura 38 Tabela de dimensionamento para capacidade de condução de corrente Fonte Tabela 36 da NBR 54102004 Assim podemos especificar a utilização de condutores com seção transversal de 10mm² com base na capacidade de condução de corrente 253 Dimensionamento dos Condutores pelo Critério da Queda de Tensão Admissível Para que os aparelhos equipamentos e motores possam funcionar satisfatori amente é necessário que a tensão sob a qual a corrente lhes é fornecida esteja dentro de limites prefixados Ao longo do circuito desde o quadro geral até o ponto de utili zação em um circuito terminal ocorre uma queda na tensão Assim é necessário dimensionar os condutores para que esta redução na tensão não ultrapasse os limites estabelecidos pela Norma NBR 54102004 Estes limites são os seguintes CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 57 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom Para instalações alimentadas diretamente em rede de baixa tensão a queda de tensão entre o ponto de entrega da concessionária e o ponto de utilização na instala ção não deve apresentar uma queda de tensão superior a 5 Nos casos de instala ções alimentadas a partir da rede de alta tensão subestações a queda não pode ser superior a 7 Conforme ilustrado na figura 39 Figura 39 Queda de tensão admissíveis Fonte CREDER 2021 Para o dimensionamento do condutor ou verificação da queda de tensão em um circuito podemos aplicar utilizar equação de resistividade do material associado a potência do circuito em análise 𝑆 2 𝜌 1 𝑒𝑉2 𝑝1 𝑙1 𝑝2 𝑙2 𝑝𝑛 𝑙𝑛 monofásico ou bifásico 𝑆 3 𝜌 1 𝑒𝑉2 𝑝1 𝑙1 𝑝2 𝑙2 𝑝𝑛 𝑙𝑛 trifásico em que S seção do condutor em mm² V 127 ou 220 volts monofásicos ou bifásicos ρ resistividade do cobre 158 ohms mm²m p potência consumida em watts e queda de tensão percentual100 l comprimento em metros Exemplo Dimensione o alimentador e os ramais de um apartamento situado no 9 andar com dois circuitos de acordo com esquema da Figura 40 Tensão de 127 volts considerando uma queda de tensão de 2 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 58 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom Figura 40 Exemplo para cálculo da queda de tensão admissível Fonte CREDER 2021 Dimensionamento do circuito 1 Soma das potências distância ao QD 100𝑤 5𝑚 500𝑤𝑚 60𝑤 13𝑚 780𝑤𝑚 600𝑤 15𝑚 9000𝑤𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝟏𝟎 𝟐𝟖𝟎 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 Para os circuitos terminais queremos uma queda de tensão de 2 assim per mitimos uma margem de 3 para o dimensionamento do circuito alimentador que terá uma maior concentração de carga e uma maior distância 27m vamos calcular a seção transversal para os circuitos terminais 𝑆 2 1 58 1 002 1272 10280 𝟏 𝟏𝒎𝒎² Podemos observar que a adoção de uma seção transversal bitola de 15mm² será adequada para uma queda de tensão inferior a 2 Obs O critério de seção mínima e capacidade de corrente também devem ser avaliados concomitantemente no dimensionamento dos condutores CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 59 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom Dimensionamento do circuito 2 Soma das potências distância ao QD 40𝑤 6𝑚 240𝑤𝑚 100𝑤 11𝑚 1100𝑤𝑚 180𝑤 21𝑚 3780𝑤𝑚 600𝑤 25𝑚 15000𝑤𝑚 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝟐𝟏 𝟏𝟐𝟎 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 Para os circuitos terminais queremos uma queda de tensão de 2 assim per mitimos uma margem de 3 para o dimensionamento do circuito alimentador vamos calcular a seção transversal para os circuitos terminais 𝑆 2 1 58 1 002 1272 21120 𝟐 𝟐𝟔𝒎𝒎² Podemos observar que a adoção de uma seção transversal bitola de 25mm² será adequada para uma queda de tensão inferior a 2 Dimensionamento do alimentador Supondo uma carga de 20Kw concentrado no quadro de distribuição e que a alimentação geral do quadro de distribuição seja trifásica teremos 20000𝑤 27𝑚 540𝑘𝑤𝑚 Para os circuitos alimentador reservamos uma queda de tensão de 3 assim permitimos que a soma total das quedas de tensão do padrão de medição até o ponto mais distante da instalação não ultrapasse o limite de 5 de queda de tensão 𝑆 3 1 58 1 003 2202 540000 𝟏𝟏 𝟏𝟏𝒎𝒎² Podemos observar que a adoção de uma seção transversal bitola de 16mm² será adequada para uma queda de tensão inferior a 2 Na tabela 36 da NBR 54102004 coluna seções nominais podemos encontrar os valores padronizados disponíveis para os cabos de cobre isolados comerciais CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 60 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom 254 Dimensionamento de Alimentadores e Circuitos de distribuição Fator de Demanda Como é fácil de se compreender em qualquer instalação elétrica raramente se utilizam todos os pontos de iluminação ou tomadas de corrente ao mesmo tempo Em pequenas residências é mais provável que isso aconteça do que nas grandes mora dias ou nas grandes instalações Desse modo pode haver uma diferença entre a po tência utilizada e a potência instalada projeto Assim definese o fator de demanda FD pela equação 𝐹𝐷 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑗𝑒𝑡𝑜 100 Fator de demanda é o fator por que deve ser multiplicada a potência instalada para se obter a potência que será realmente utilizada num mesmo instante cuja po tência será utilizada para determinar o condutor adequado para o alimentador da ins talação e quando houver os circuitos de distribuição As companhias distribuidoras de energia elétrica possuem critérios para a de terminação do FD que depende do tipo de carga de sua potência e do número de equipamentos elétricos 26 Eletrodutos O eletroduto é um dos tipos de conduto mais utilizados nas instalações elétricas prediais na tabela 33 da NBR 54102004 pode ser visto praticamente todos os méto dos de instalações disponíveis para os circuitos O eletroduto é o mais utilizado e apresenta variações de tipo e instalação existe o eletroduto flexível e rígido podendo variar também o tipo do material aço galvani zado e PVC Nas instalações é vedado o uso como eletroduto de produtos que não sejam expressamente apresentados e comercializados como tal Nas instalações abrangi das pela NBR 54102004 são apenas admitidos eletrodutos não propagantes de chama CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 61 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom Só são admitidos em instalação embutida os eletrodutos que suportem os es forços de deformação característicos da técnica construtiva utilizada Em qualquer si tuação os eletrodutos devem suportar as solicitações mecânicas químicas elétricas e térmicas a que forem submetidos nas condições da instalação Dimensionamento As dimensões internas dos eletrodutos e de suas conexões devem permitir que após montagem da linha os condutores possam ser instalados e retirados com facili dade Para tanto a área máxima a ser utilizada pelos condutores aí incluído o isola mento deve ser de 53 no caso de um condutor 31 no caso de dois condutores 40 no caso de três ou mais condutores Como a área útil do eletroduto é dada por 𝐴𝑒𝑙𝑒 𝜋 𝐷𝑖 2 4 Podemos manipular a equação da área útil do eletroduto e conseguir calcular o diâmetro do eletroduto levando em consideração a soma das áreas dos condutores que deverão ser instalados no eletroduto a ser dimensionado 𝐷𝑖 4 𝐴𝐶𝑜𝑛𝑑 𝑓 𝜋 Em que 𝑓 053 no caso de um condutor 𝑓 031 no caso de dois condutores 𝑓 040 no caso de três ou mais condutores Exemplo Determine o diâmetro mínimo do eletroduto rígido de açocarbono capaz de conter os condutores de 4 circuitos monofásicos de uma mesma instalação todos com condutores isolados com PVC 70 C com CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 62 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom Dois circuitos com condutores de 6 mm2 área total de 166 mm2 um circuito com condutores de 4 mm 132 mm2 e um circuito com condutores de 25 mm2 102 mm2 Assim a área total ocupada pelos condutores é de 𝐴𝐶𝑜𝑛𝑑 3𝑥166 3𝑥132 3𝑥102 120 𝑚𝑚² 𝐷𝑖 4 𝐴𝐶𝑜𝑛𝑑 𝑓 𝜋 𝐷𝑖 4 120 040 𝜋 1954 𝑚𝑚 Diante do resultado encontrado escolheremos um eletroduto de 20mm 34 para encontrar o eletroduto comercial que atende as especificações de diâmetro po demos consultar os catálogos dos fornecedores da mesma maneira para descobrir as áreas da seção transversais dos condutores com isolante ASSISTIR VÍDEO COMPLEMENTAR VÍDEO 18 DIMENSIONAMENTO DE ELETRODUTOS CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA GRADUAÇÃO UNEC EAD DISCIPLINA INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PREDIAIS NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA NEAD Página 63 Professor Joildo Fernandes joildounecgmailcom REFERÊNCIAS CREDER Hélio Instalações elétricas 16 ed Rio de Janeiro LTC 2016 CRUZ Eduardo César A Circuitos Elétricos Análise em Corrente Contínua e Alter nada São Paulo Editora Saraiva 2014 DORF Richard C SVOBODA James A Introdução aos circuitos elétricos 9 ed São Paulo LTC 2016 MAMEDE FILHO João Instalações elétricas industriais 9 ed Rio de Janeiro LTC 2017 NISKIER Julio MACINTYRE Archibald Instalações elétricas 7 ed Rio de Janeiro LTC 2021 SADIKU Matthew NO ALEXANDER Charles K MUSA Sarhan Análise de circui tos elétricos com aplicações Porto Alegre AMGH 2014 SERWAY Raymond A JEWETT JR John W Física para cientistas e engenheiros v3 eletricidade e magnetismo 2 ed São Paulo Cengage Learning 2017