Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção

Instalações Industriais Material Teórico Responsável pelo Conteúdo Prof Me Robmilson Simões Gundim Revisão Textual Prof Me Luciano Vieira Francisco Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Critérios de Dimensionamento Definições Sequência para a Determinação da Seção Nominal do Condutor Fator de Correção de Temperatura Ambiente Fator de Correção para Agrupamento de Circuitos Resistividade Térmica do Solo Corrente de Projeto Considerando as Harmônicas Corrente do Neutro Considerando as Harmônicas Exemplo de Dimensionamento pela Capacidade de Corrente Compreender a aplicar os conceitos fundamentais sobre dimensionamento de condu tores conforme a Norma Brasileira de Regulamentação NBR 54102004 da Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT OBJETIVOS DE APRENDIZADO Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional siga algumas recomendações básicas Assim Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina Por exemplo você poderá determinar um dia e horário fixos como seu momento do estudo Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo No material de cada Unidade há leituras indicadas e entre elas artigos científicos livros vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade Além disso você tam bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados Após o contato com o conteúdo proposto participe dos debates mediados em fóruns de discus são pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento além de propiciar o contato com seus colegas e tutores o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Determine um horário fixo para estudar Aproveite as indicações de Material Complementar Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias Isso amplia a aprendizagem Seja original Nunca plagie trabalhos UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Critérios de Dimensionamento Definições Em uma instalação elétrica fixa os condutores fase neutro quando existir e os condutores de aterramento devem ser devidamente dimensionados conforme a norma técnica adequada ao tipo de aplicação e maneira de instalar Para ilustrar um dos exemplos com maior utilização serão estudados aqui os critérios e exigências para o dimensionamento de condutores em baixa tensão con forme a norma de instalações elétricas de baixa tensão ABNT NBR 54102004 A Norma Brasileira de Regulamentação NBR 54102004 da Associação Bra sileira de Normas Técnicas ABNT apresenta em seu capítulo 6 sob o título Se leção e instalação dos componentes os critérios exigências e recomendações necessárias para tal e mais especificamente o subitem 626 traz orientações para o dimensionamento dos condutores fase e neutro Para os condutores fase é o item 6261 já o subitem 62612 diz que a seção dos condutores deve ser determinada de forma que sejam atendidos no mínimo todos os seguintes critérios A capacidade de condução de corrente dos condutores deve ser igual ou supe rior à corrente de projeto do circuito incluindo as componentes harmônicas afetada dos fatores de correção aplicáveis ver 625 A proteção contra sobrecargas conforme 534 e 6342 A proteção contra curtoscircuitos e solicitações térmicas conforme 535 e 6343 A proteção contra choques elétricos por seccionamento automático da alimen tação em esquemas TN e IT quando pertinente ver 51224 Os limites de queda de tensão conforme 627 As seções mínimas indicadas em 62611 Em resumo e reorganizando a sequência geralmente praticada em dimensiona mentos de condutores podese citar na ordem Seção mínima Capacidade de condução de corrente Queda de tensão Sobrecarga Curtocircuito Contato indireto TN Com relação ao critério da seção mínima na prática as referências mais comu mente utilizadas estão relacionadas aos circuitos de iluminação que devem ser em pregados no mínimo condutores de 15 mm² e aos circuitos de força como toma das de uso geral em residências e instalações em geral eou motores em instalações 8 9 industriais por exemplo nos quais devem ser utilizados condutores de no mínimo 25 mm² As demais referências de seções mínimas não menos importantes mas utilizadas para outras aplicações devem ser consultadas na NBR 5410 como tam bém podem ser vistas na Tabela 34 da própria Norma reproduzidas a seguir como Tabela 1 Tabela 1 Seção mínima dos condutores Tipo de linha Utilização de circuito Seção mínima do condutor mm2 material Instalações fixas em geral Condutores e cabos isolados Circuitos de iluminação 15 Cu 16 Al Circuitos de força 25 Cu 16 Al Circuitos de sinalização e circuitos de controle 05 Cu3 Condutores nus Circuitos de força 10 Cu 16 Al Circuitos de sinalização e circuitos de controle 4 Cu Linhas flexíveis com cabos isolados Pata um equipamento específico Como específicado na norma do equipamento Para qualquer outra aplicação 075 Cu4 Circuitos a extrabaixa tensão para aplicações especiais 075 Cu 1 Seções mínimas ditadas por razões mecânicas 2 Os circuitos de tomadas de corrente são considerados ciscuitos de força 4 Em circuitos de sinalização e controle destinados a equipamentos eletrônicos é admitida uma seçõo mínima de 01mm2 3 Em cabos multipolares flexíveis contendo sete ou mais veias é admitida uma seção mínima de 01mm2 Fonte Adaptado de NBR 54102004 p 113 Com relação ao critério capacidade de condução de corrente podese dizer que a capacidade de condução de corrente de um condutor está relacionada diretamente à temperatura característica dos condutores O item 62521 da Norma 5410 apre senta a seguinte definição A corrente transportada por qualquer condutor durante períodos prolongados em funcionamento normal deve ser tal que a temperatura máxima para serviço contínuo não seja ultrapassada A Tabela 35 da própria norma apresentada a se guir como Tabela 2 mostra as temperaturas características dos condutores Tabela 2 Temperaturas características dos condutores Tipo de isolação Temperatura máxima para serviço contínuo condutor º C Temperatura limite de sobrecarga condutor º C Temperatura limite de curtocircuito condutor º C Policloreto de vinila PVC até 300 mm2 70 100 160 Policloreto de vinila PVC maior que 300 mm2 70 100 140 Borracha etilenopropileno EPR 90 130 250 Polietileno reticulado XLPE 90 130 250 Fonte NBR 54102004 p 100 9 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica A construção típica de condutores de baixa tensão é ilustrada na Figura 1 Os condutores são constituídos de cobre ou alumínio devido às suas caracte rísticas elétricas e mecânicas bem como ao custo O cobre isolado é utilizado nas instalações elétricas em geral e o alumínio nu em redes elétricas aéreas e em sistemas de proteção contra descargas atmosféricas Figura 1 Construção típica de condutores de baixa tensão Fonte Getty Images As normas técnicas de condutores elétricos definem que o cobre utilizado deve ter pureza de 9999 e o alumínio de 995 Isso estabelece em boa parte a qualidade dos condutores A isolação dos condutores de baixa tensão é constituída por materiais termoplás ticos como o Cloreto de Polivinila PVC ou ainda por materiais termofixos como borracha etilenopropileno ou polietileno reticulado além de compostos especiais como materiais não halogenados não tóxicos É importante reforçar aqui que os cabos elétricos são divididos em três famílias condutores isolados cabos unipolares e cabos multipolares Figura 2 Condutores isolados Fonte Cotrim 2005 p 197 10 11 Os cabos unipolares e multipolares são protegidos por uma cobertura podendo ser de PVC polietileno neoprene material não halogenado sem emissão de fu maça gases tóxicos e corrosivos entre outros materiais Figura 3 Cabos uni e multipolar Fonte Cotrim 2005 p 198 Assim observandose um condutor como nas figuras 1 2 e 3 podese deduzir que a temperatura externa influenciará a capacidade do condutor em todos os casos e na Tabela 2 podese verificar as temperaturas máximas de cada tipo de condutor e serviço contínuo de sobrecarga e curtocircuito estabelecido pela norma técnica Ainda referente aos aspectos construtivos dos condutores vale observar que a tensão de isolamento dos cabos é uma característica relacionada ao material isolante com a espessura da isolação e com as características de funcionamento da instalação em que o cabo atuará É indicada por dois valores de tensão de signados por UoU onde Uo referese à tensão faseterra e U à tensão fasefase em volts Os valores normalizados de tensão de isolamento nominal mais comumente utilizados na baixa tensão são 450750 V 061 kV os quais são os considerados nesse material de estudo no entanto vale observar que em indústrias e outras apli cações utilizam cabos de média tensão alta e extra alta tensão este último também denominado altíssima tensão A fabricante de cabos de energia Prysmian por exemplo apresenta em um de seus materiais técnicos as seguintes classificações com níveis aproximados aos normativos Tabela 3 Níveis de tensões e aplicações de cabos de energia Níveis de tensão Aplicações Baixa tensão Cabos até 1 kV Cabos de uso geral Cabos de uso específico cabos de comando Cabos para uso móvel uso submarino para ins trumentação equipamentos de solda motores navios sistemas ferroviários vias locomotivas e vagões indústria de petróleo plataformas bombeio submerso umbilicais e refinarias elevadores circuitos de segurança resistentes ao fogo Média tensão Cabos de 2 a 35 kV Alta tensão Cabos de 36 a 150 kV Extra alta tensão ou altíssima tensão cabos acima de 150 kV Fonte Adaptado de Cabos de Energia Prysmian 2012 Assim devese pesquisar nas respectivas normas aplicáveis as maneiras adequa das de instalação bem como as formas de dimensionamento dos cabos compatíveis para cada aplicação 11 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Vale destacar por exemplo que a NBR 140392005 referente às Instalações elétricas de média tensão a qual deve ser consultada quando necessário classifica o nível de tensão como sendo de 1 kV a 362 kV valor aproximado ao apresentado na Tabela 3 Em continuidade aos conceitos referentes ao desenvolvimento de projetos de ins talações elétricas em baixa tensão a NBR 54102004 apresenta em sua Tabela 33 aqui definida como Tabela 4 uma série de maneiras de instalação ou tipos de linhas elétricas Tabela 4 Tipos de linhas elétricas Fonte Adaptada de NBR 54102004 p 90 A Tabela 4 apresenta somente parte dos tipos de linhas elétricas que a Tabela 33 da Norma apresenta O objetivo é demonstrar onde podem ser encontradas todas as maneiras de instalação previstas em norma bem como para destacar uma das maneiras encontradas em instalações industriais o método 5 de instalação con dutores isolados ou cabos unipolares em eletroduto aparente de seção não circular sobre a parede o qual tem como método de referência a denominação B1 12 13 Encontrar a maneira de instalar é necessário para que se defina qual tipo de con dutor a Norma permite que seja utilizado Para facilitar tal identificação a fabricante de condutores Prysmian reuniu as informações em uma Tabela a qual está apre sentada parcialmente como Tabela 5 Tabela 5 Tipos de linhas elétricas versus tipos de condutores Fonte Adaptada de Guia de dimensionamento de baixa tensão Prysmian Observando a Tabela 5 é possível verificar alguns dos diversos tipos de linhas elé tricas existentes Identificar quais métodos de instalação estão compreendidos bem como qual tipo de cabo pode e deve ser utilizado para cada método de referência Podese notar que o método 5 destacado anteriormente na Tabela 4 foi listado na Tabela 5 somente como eletroduto aparente e considerando o método de referência B1 verificase que se enquadram tanto o condutor isolado como o cabo unipolar Uma vez identificado o tipo de condutor devese localizar na Norma a tabela de capacidade de condução de corrente do cabo que for ser utilizado Considerando o condutor isolado no exemplo iniciado anteriormente a Tabela 36 da NBR 5410 aqui denominado Tabela 6 apresenta as capacidades de condução de corrente dos cabos isolados 13 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Tabela 6 Condução de corrente de condutores isolados conforme tabela 36 da NBR 5410 Fonte adaptada de NBR 54102004 p 101 Analisando a Tabela 6 podese verificar que se tratam das informações técnicas relacionadas às capacidades de condução de corrente dos condutores isolados pois condutores os quais tenham como temperatura máxima de regime contínuo 70 C e utilizam como material isolante o PVC são denominados condutores isolados como informado na Tabela 2 deste material Importante O critério de capacidade de condução de corrente portanto tem como objetivo garantir a vida satisfatória dos condutores submetidos aos efeitos térmicos produzidos pela cir culação de corrente elétrica de valores iguais às capacidades de condução de correntes respectivas durante períodos prolongados em serviço normal Trocando ideias 14 15 Mas considerando tal critério de dimensionamento o que será que se deve levar em conside ração efetivamente na hora de dimensionar um condutor Explor No fundo em outras palavras o conceito nesse critério é que a corrente trans portada por qualquer condutor incluindo as harmônicas conforme subitem 6126 da NBR 5410 durante períodos prolongados em funcionamento normal deve ser tal que a temperatura máxima para serviço contínuo da Tabela 35 da Norma aqui Tabela 2 não seja ultrapassada Essa condição é atendida se a corrente nos cabos não for superior às capacidades de condu ção de corrente adequadamente escolhidas nas tabelas 36 a 39 da Norma Procure ver as respectivas tabelas na NBR Explor Importante Você deve ter compreendido os conceitos referentes ao dimensionamento de condutores utilizando o critério de condução de corrente mas vale destacar que quando necessário devese aplicar fatores de correção Vamos nos aprofundar mais um pouco estudando como aplicar tais fatores Trocando ideias Sequência para a Determinação da Seção Nominal do Condutor Supondo um circuito denominado circuito 1 trifásico 3 condutores carregados com corrente de projeto IB 58 A condutor de cobre isolado de PVC instalado sozinho em um eletroduto aparente método de referência B1 em temperatura ambiente de 30 C vejamos a sequência para determinar o condutor pelo critério da capacidade de condução de corrente Como se trata de condutor isolado em PVC e instalado no método B1 a tabela a ser utilizada é a de número 36 da Norma aqui já apresentada como Tabela 7 15 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Tabela 7 Condução de corrente de condutores isolados conforme tabela 36 da NBR 5410 Fonte adaptada de NBR 54102004 p 101 Analisando os destaques na Tabela 7 podese identificar os passos para a determi nação da seção nominal do condutor para a suposta corrente de projeto IB 58 A A partir da escolha da tabela correta dos condutores identificase o método de referência nesse caso B1 o número de condutores carregados nesse caso 3 con dutores carregados projetando na vertical para baixo até encontrar uma corrente imediatamente maior que a corrente de projeto que nesse exemplo é 68 A Feito isso projetase na horizontal à esquerda para determinar a seção nominal do con dutor nesse caso 16 mm² Para casos em que as maneiras de instalação dimensões dos arranjos forem diferentes das condições indicadas na tabela 33 da NBR 54102004 recomendase consultar o fabricante de cabos sobre os fatores de correção adequados ou calcular as capacidades de condução de corrente utilizando a NBR 113011990 Vale observar que a NBR 113011990 é baseada na norma IEC 602871 que se refere ao fun cionamento contínuo em regime permanente fator de carga 100 em corrente contí nua ou alternada em 60 Hz Essa condição é comumente encontrada em instalações elétricas residenciais comerciais e industriais de baixa tensão Explor 16 17 Fator de Correção de Temperatura Ambiente O valor da temperatura ambiente que deve ser utilizado no dimensionamento é o da temperatura do meio que envolve o condutor quando não estiver carregado Os valores de capacidade de condução de corrente encontrados nas tabelas da Norma são sempre referidos a uma temperatura ambiente de 30 C para todas as maneiras de instalar exceto as linhas enterradas cujas capacidades são referidas a uma temperatura de 20 C no solo Desta forma nos condutores que forem instalados em ambiente com tempera turas diferentes das indicadas a capacidade de condução de corrente usando as tabelas 36 a 39 da Norma deve ser corrigida utilizandose para isto a Tabela 40 da NBR 5410 aqui apresentada em um recorte como Tabela 8 Tabela 8 Fatores de Correção de Temperatura FCT conforme tabela 40 da NBR 5410 Fonte adaptada de NBR 54102004 p 106 A aplicação do FCT se dá da seguinte forma considerando o mesmo circuito 1 do exemplo anterior porém na temperatura ambiente de 45 C inicialmente basta identificar na Tabela 8 Tabela 40 da Norma a referida temperatura e conse quentemente projetar horizontalmente à direita localizando o fator de correção na coluna do tipo de isolação em estudo nesse caso o PVC e consequentemente o FCT 079 Veja o destacado na Tabela 8 Feito isso aplicase o fator de correção 17 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica de temperatura na capacidade de corrente do cabo nesse caso a corrente nominal IN 68 A pois o cabo era o de seção nominal de 16 mm² como pode ser visto na Tabela 6 Assim chamando a corrente corrigida de IZ e aplicando o FCT fica IZ IN FCT IZ 68A 079 IZ 5372A Como no exemplo a corrente de projeto IB 58 A e a corrente corrigida do cabo é IZ 5372 A o cabo de 16 mm² não atende mais pois fica com capacidade de condução de corrente inferior à corrente de projeto e por isso a seção do con dutor deverá ser aumentada nesse caso o cabo a ser utilizado deve ser o de seção nominal de 25 mm² que tem como capacidade de condução de corrente 89 A e que se aplicado o FCT fica com 7031 A ou seja maior que a corrente de projeto IB 58 A Assim podese concluir que uma vez a temperatura ambiente sendo maior que 30 C para o ar e 20 C para o solo devese aplicar o fator de correção da tempe ratura pois como no exemplo apresentado o cabo que a princípio seria o 16 mm² teve que ser trocado pelo de 25 mm² em atendimento à NBR 5410 É importante considerar que no caso de instalações sujeitas a intempéries os fatores de cor reção da Tabela 40 da NBR 5410 não consideram o aumento de temperatura devido à radia ção solar ou outras radiações infravermelhas Quando for esse o caso as capacidades de con dução de corrente devem ser determinadas pelos métodos especificados na NBR 113011990 Explor Fator de Correção para Agrupamento de Circuitos Os valores de capacidade de condução de corrente fornecidos pelas tabelas 36 a 39 da NBR 5410 são válidos para o número de condutores carregados indicados em cada uma de suas colunas Para linhas elétricas com um número maior de condutores devese aplicar Fato res de Correção de Agrupamento FCA Os FCA da Tabela 42 da NBR 5410 aqui denominada Tabela 9 são aplicáveis a condutores em feixe seja em linhas abertas ou fechadas os fatores pertinentes são os da linha 1 da Tabela e a condutores agrupados em um mesmo plano e em uma mesma camada demais linhas da Tabela 18 19 Tabela 9 FCA considerando feixe e camada única de condutores Fonte adaptada de NBR 54102004 p 108 A aplicação do FCA se dá da seguinte forma considerando uma bandeja não perfurada e contendo cinco circuitos trifásicos com cabos unipolares em camada única podese encontrar o FCA correspondente como mostra o destaque ilustrado na Tabela 9 nesse caso o FCA 073 Já os FCA da Tabela 43 na Norma 5410 aqui denominada Tabela 10 são apli cáveis a agrupamentos com mais de uma camada de condutores Tabela 10 FCA considerando mais camadas de condutores conforme tabela 43 da Norma 5410 Quantidade de circuitos trifásicos ou de cabos multipolares por camada 2 3 4 ou 5 6 a 8 9 e mais Quantidade de Camadas 2 068 062 060 058 056 3 062 057 055 053 051 4 ou 5 060 055 052 051 049 6 a 8 058 053 051 049 048 9 e mais 056 051 049 048 046 NOTAS 1 Os fatores são válidos independetemente da disposição da camada se horizontal ou vertical 2 Sobre os condutores agrupados em uma única camada ver tabela 42 linhas 2 a 5 da tabela 3 Se forem necessários valores mais precisos devese recorrer à ABNT NBR 11301 Fonte Adaptada de NBR 54102004 p 109 19 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Nesse caso a aplicação do FCA se dá da seguinte forma considerando uma bandeja não perfurada e contendo cinco circuitos trifásicos com cabos unipolares em três camadas podese encontrar o FCA correspondente tal como mostra o destaque ilustrado na Tabela 10 nesse caso o FCA 055 E se existirem ao longo do percurso de uma linha elétrica diferentes maneiras de instalação como por exemplo eletroduto aparente método de instalação B1 interligado a perfila do perfurado método de instalação C Explor A resposta é que as capacidades de corrente de seus condutores devem ser de terminadas com base nas condições mais desfavoráveis encontradas Os FCA foram calculados levando em consideração o fator de carga de 100 ou seja os con dutores permanentemente carregados Caso o carregamento seja inferior a 100 os fatores de correção podem ser aumentados porém a Norma não apresenta nenhuma informação de quais fatores devem ser aplicados Explor Importante A NBR 5410 considera que as linhas enterradas incluem os casos de cabos diretamente enterrados e os cabos no interior de dutos geralmente eletrodutos enterrados Trocando ideias Tabela 11 Linhas enterradas conforme Tabela 33 da NBR 5410 Fonte adaptada de NBR 54102004 p 94 Apesar de as capacidades de condução de corrente serem diferentes nos méto dos de instalação apresentados na Tabela 11 por simplificação a 5410 unifica e determina o método de referência em D Em complemento vale observar que os valores de capacidade de condução de corrente da 5410 para o método D foram calculados para uma profundidade das linhas elétricas de 07 m Geralmente quanto mais profundo mais úmido e 20 21 temperatura menor para profundidades usuais de 70 a 120 cm não se deve apli car nenhum fator de correção Em casos específicos a 5410 indica a utilização da Norma 113011990 Sobre agrupamento de circuitos em linhas enterradas a 5410 apresenta as Ta belas 44 e 45 com os fatores de correção aplicáveis Resistividade Térmica do Solo Ainda referente às linhas enterradas vale destacar o fator resistividade térmica do solo o qual varia de 05 KmW argila pura a 10 KmW areia com um pouco de argila podendo atingir 50 KmW em terrenos com impureza tais como resíduos industriais materiais orgânicos etc É importante saber que a umida de do terreno afeta significativamente a resistividade térmica do solo Um aumento da umidade reduz a resistividade de solo e melhora a dissipação térmica As capacidades de condução de corrente indicadas nas tabelas 36 e 37 da 5410 para o método de referência D linhas subterrâneas foram determinadas consi derando uma resistividade térmica do solo média de 25 KmW Para visualizar o método de referência D veja a Tabela 12 Tabela 12 Capacidade de condução de corrente em cabos EPRXLPE conforme a Tabela 37 da NBR 5410 Fonte Adaptada de ABNT NBR 54102004 p 102 21 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica A Tabela 13 conforme a Tabela 41 da Norma fornece fatores de correção para resistividades térmicas de solos diferentes de 25 KmW Explor Tabela 13 Fatores de correção com resistividades térmicas em solos diferentes de 25 KmW conforme Tabela 41 da NBR 5410 Resistividade térmica kmW 1 15 2 3 Fator de correção 118 11 105 096 NOTAS 1 Os fatores de correção dados são valores médios para as seções nominais abrangentes nas tabelas 38 e 37 com uma dispersão geralmente inferior a 5 2 Os fatores de correção são aplicáveis a cabos em eletrodutos enterrados a uma profundidade de até 08 m 3 Os fatores de correção para cabos diretamente enterrados são mais elevados para resistividades térmicas inferio res a 25 KmW e podem ser calculados pelos métodos indicados na ABNT NBR 11301 Fonte adaptada de NBR 54102004 p 107 O procedimento para aplicação do fator de correção é o mesmo utilizado na apli cação dos fatores de correção de temperatura ou fator de correção de agrupamento Em projetos nos quais sejam utilizadas linhas elétricas subterrâneas recomenda se a contratação de serviço especializado para medir a resistividade térmica do solo Importante Deu para perceber a necessidade da correta identificação da maneira de instalar para a rea lização do dimensionamento de condutores Você deve ter notado a forte correlação entre os métodos de referência tipos de condutores bem como quando necessário o uso de fa tores de correção no dimensionamento de condutores No entanto os procedimentos para a determinação dos condutores até aqui estudados atendem na prática somente aos dois primeiros critérios estabelecidos pela Norma mas para completar o critério capacidade de condução de corrente ainda falta levar em consideração as harmônicas Trocando ideias Corrente de Projeto Considerando as Harmônicas As tensões e correntes harmônicas estão presentes praticamente em todos equi pamentos eletrônicos Tais aparelhos provocam deformações nos sinais senoidais fundamentais da rede elétrica A decomposição desses sinais deformados em senoi de perfeitas de diferentes frequências e amplitudes resulta nas denominadas com ponentes harmônicas de um sinal Relembrando no subitem da Norma 62622a indicase que a capacidade de condução de corrente dos condutores de fase deve ser igual ou superior à corrente de projeto IB do circuito incluindo as componentes harmônicas 22 O valor eficaz da corrente de projeto Ib em um circuito percorrido por correntes harmônicas de ordens ímpares é dado por Ib I1² I3² I5² I7² In² Suponto uma instalação na qual as correntes em um circuito incluindo as harmônicas sejam I1 110A I3 57A I5 25A e I7 17A a corrente de projeto Ib fica Ib I1² I3² I5² I7² Ib 110² 57² 25² 17² Ib 12750A Assim para a determinação do condutor nesse caso ao invés de considerar a corrente de projeto Ib 110A devese considerar Ib 12750A No exemplo vale destacar que em geral de todas as correntes harmônicas percorridas nos circuitos a mais significativa é a de terceira ordem e por isso a 5410 indica o cálculo da THD3 sigla em inglês equivalente à taxa de distorção harmônica e nesse caso de terceira ordem e a utiliza como referência para determinação do fh fator harmônico da Corrente do Neutro In corrente do neutro e consequentemente da seção nominal do condutor neutro quando existir Em resumo os subitens a seguir da Norma apresentam os seguintes parâmetros 62626 THD3 e múltiplos 15 Sn Sf utilizase a Tabela 48 da norma Ver a Tabela 14 62623 15 THD3 e múltiplos 33 Sn Sf 62625 THD3 e múltiplos 33 Sn Sf Onde Sn seção do condutor neutro Sf seção do condutor fase Tabela 14 Seção reduzida do condutor neutro conforme a Tabela 48 da NBR 5410 Seção dos condutores de fase mm² Seção reduzida do condutor neutro mm² S 25 S 25 35 25 50 25 70 35 95 50 120 70 150 70 185 95 240 120 300 150 400 185 As condições de utilização desta tabela são dadas em 62626 Corrente do Neutro Considerando as Harmônicas Suponto que no exemplo anterior fosse um circuito trifásico com neutro para encontrar a seção do condutor neutro devese percorrer os seguintes passos 1 Inicialmente determinase a taxa harmônica de terceira ordem fazendo THD3 I3I1 100 Onde I1 corrente fundamental I3 corrente de harmônica de 3ª ordem Portanto THD3 57110 THD3 052 100 ou 52 2 Assim retomando o subitem da Norma e o parâmetro respectivamente 62625 no qual informa que THD3 e múltiplos 33 Sn Sf devese determinar o fh localizando na Tabela F1 da Norma aqui apresentado como Tabela 15 em qual faixa da taxa de terceira harmônica encontrase a taxa THD3 calculada Tabela 15 Fator fh para determinação da corrente do fio neutro conforme Tabela F1 da NBR 5410 Taxa de terceira harmônica Circuito trifásico com neutro Circuito trifásico com duas fases e neutro 33 a 35 115 115 36 a 40 119 119 41 a 45 124 123 46 a 50 135 127 51 a 55 145 130 56 a 60 155 134 61 a 65 164 138 66 173 141 Nesse caso como pode ser visto no destaque da Tabela 15 considerando um circuito trifásico com neutro o fator fh 145 Finalmente com o fh e a corrente Ib corrente de projeto incluindo as componentes harmônicas encontradas determinase a corrente do condutor neutro aplicando 25 IN fh IB IN 145 1275 IN 1849 A Dessa forma nesse exemplo enquanto que para determinar os condutores fase utilizaríamos como referência a corrente de 1275 A para o condutor neutro seria utilizado 1849 A Exemplo de Dimensionamento pela Capacidade de Corrente Vejamos um exemplo de dimensionamento de condutores pelo critério da capa cidade de condução de corrente considerando os fatores de correção previstos na 5410 temperatura agrupamento e carregamento de neutro Nos casos em que não existam as condições abordadas neste exemplo os fato res de correção devem ser desconsiderados Sejam os circuitos A B e C 220380 V constituídos por cabos unipolares não halogenados instalados em leitos com temperatura ambiente de 40 C Circuito A trifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas IBA 85A com THD3 32 Circuito B trifásico com neutro circuito não equilibrado corrente de proje to incluindo as harmônicas IBB 100A com THD3 38 Circuito C bifásico corrente de projeto incluindo as harmônicas IBC 90A com THD3 15 Para realizar o dimensionamento considerando todos os fatores citados inicial mente considerase os fatores de correção comuns aos três circuitos Assim verifi case que o FCT a ser utilizado é FCT 091 Tabela 16 Fatores de correção de temperatura conforme Tabela 40 da NBR 5410 Temperatura ºC Isolação PVC EPR ou XLPE Ambiente 10 122 115 15 117 112 20 112 108 25 106 104 35 094 096 40 087 091 Fonte adaptada de NBR 54102004 p 106 Já o fator FCA pode ser encontrado na Tabela 42 da Norma conforme indicado na Tabela 17 Nesse caso FCA 082 25 Tabela 17 Fatores de correção de temperatura conforme a Tabela 40 da NBR 5410 27 Uma vez identificado o método de referência localizase a tabela de capacidades de condução de corrente conforme o tipo de cabo neste caso a Tabela 39 da 5410 aqui chamada de Tabela 20 Tabela 20 Recorte da Tabela 39 da NBR 5410 Fonte Adaptada de NBR 54102004 p 104 Nesse caso para o circuito A com uma corrente corrigida de 114 A o cabo com capacidade imediatamente maior é o de 25 mm² como pode ser visto na Tabela 20 Para o caso do circuito B com uma corrente corrigida de 156 A o cabo com capacidade imediatamente maior é o de 35 mm² como pode ser visto na Tabela 21 Tabela 21 Recorte da Tabela 39 da NBR 5410 Fonte Adaptada de NBR 54102004 p 105 27 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Note que não há na Tabela 21 quatro condutores carregados como é o circuito B mas nesse caso utilizase a coluna de três condutores carregados mesmo Para o caso do circuito C com uma corrente corrigida de 121 A o cabo com ca pacidade imediatamente maior é o de 16 mm² como pode ser visto na Tabela 22 Tabela 22 Recorte da Tabela 39 da NBR 5410 Fonte adaptada de NBR 54102004 p 104 Foram considerados justapostos os circuitos trifásicos em disposição trifólio e o bifásico Reunindo os dados encontrados do dimensionamento realizado fica Tabela 23 Resumo dos dados finais obtidos no exercício Circuito Número de condutores carregados IB A S mm² A 3 trifólio 114 25 B 4 trifólio 156 35 C 2 justapostos 121 16 Estudando o material apresentado aqui e até em outras literaturas notase que se aplica os fatores de correção ora nas capacidades de condução de correntes ora nas correntes dos circuitos Qual seria o procedimento mais apropriado Explor Analisando a pergunta e o estudo realizado podese concluir que tanto faz Para comprovar isso se retomarmos o exemplo apresentado anteriormente e aplicarmos os fatores de correção adequadamente nas correntes das tabelas da Norma chega remos aos mesmos resultados 28 29 Ou seja se forem aplicados os fatores de correções nas capacidades de con dução de corrente por circuito com a expressão genérica a seguir os resultados ficam como na Tabela resumo 24 na sequência Tabela 24 Resumo dos dados fi nais obtidos no exercício aplicados os fatores de correção nas correntes da tabela do fabricante Circuito S mm² IZ tabela A FCT FCA FCCN IZ A IB A 25 135 091 082 101 85 B 35 169 091 082 086 108 100 C 16 121 091 082 90 90 Observe na Tabela 24 que considerando os cabos determinados anteriormente e as suas respectivas capacidades de condução de correntes determinase as corren tes corrigidas chamadas aqui de IZ por circuito as quais comparadas às correntes de projeto originais aqui chamadas de IB permitese concluir que os respectivos cabos escolhidos atendem plenamente ao critério de dimensionamento por capa cidade de condução de corrente também quando têm os seus fatores de correção aplicados adequadamente nas capacidades de condução de corrente ou seja tem se o mesmo resultado de dimensionamento Importante Dessa forma foi possível no presente estudo desenvolver o conhecimento necessário para o dimensionamento dos condutores utilizando o critério da seção mínima e capacidade de condução de corrente por completo procedimentos esses que atendem a maior parte das situações de projetos No entanto existem outras circunstâncias em que a distância da linha elétrica influencia significativamente no dimensionamento pois surge a queda de tensão Trocando ideias Assim façamos um estudo utilizando um dos métodos de dimensionamento que considera a queda de tensão Importante Desenvolver o dimensionamento de condutores em conformidade com a NBR 54102004 requer muito mais do que consultar uma tabela prática ou tomar decisões baseadas na própria experiência pois um detalhe na maneira de instalar pode fazer com que a esco lha não atenda aos critérios estabelecidos na Norma Este material de estudo foi cuidadosamente realizado considerando o dimensionamen to de circuitos industriais conforme os dois primeiros critérios ou seja será necessário estudar os critérios seguintes tais como considerar as quedas de tensões e a correta es colha dos dispositivos de proteção É importante deixar claro que o universo das instalações industriais é deveras maior do que o condensado nos exemplos estudados contudo a ideia é propiciar uma base fundamental de modo que o conhecimento adquirido permita aprofundar o saber em seus projetos reais ou em outros materiais clássicos da Engenharia Elétrica como por exemplo nas referências sugeridas ao final em especial de Mamede Filho 2010 ou de Cotrim 2008 2005 Em Síntese 29 UNIDADE Estudo e Aplicação dos Critérios de Dimensionamento de Condutores e Dispositivos de Proteção Aplicados a Circuitos Terminais Estudo e Aplicação dos Fatores de Correção Temperatura Agrupamento Harmônica Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade Livros Instalações elétricas e o projeto de arquitetura CARVALHO JR R de Instalações elétricas e o projeto de arquitetura 8 ed rev São Paulo Edgard Blücher 2018 Instalações elétricas industriais MAMEDE FILHO J Instalações elétricas industriais 7 ed Rio de Janeiro LTC 2010 Segurança e higiene do trabalho ROSSETE C A Segurança e higiene do trabalho São Paulo Pearson Education do Brasil 2015 Fundamentos de instalações elétricas SAMED M A S Fundamentos de instalações elétricas São Paulo Saberes 2017 NR12 segurança em máquinas e equipamentos SANTOS J R dos ZANGIROLAMI J Z NR12 segurança em máquinas e equipamentos São Paulo Érica 2015 30 31 Referências COTRIM A M B Instalações elétricas 5 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2008 Instalações elétricas 4 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2005 MAMEDE FILHO J Instalações elétricas industriais 7 ed Rio de Janeiro LTC 2010 TAMIETTI R P Condutores elétricos passo a passo das instalações elétricas residenciais Belo Horizonte MG IEA Centene 2001 p 525 Disponível em httpsbitly2TkVtgk Acesso em 4 mar 2019 31 Cruzeiro do Sul Educacional