Slide - Aula 2 - Dimensionamento de Condutores 2022-2

1 Instalações Elétricas Prediais ELE1087 AULA 02 DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES 3  CONDUTORES  Condutor elétrico é todo material que possui a propriedade de conduzir energia elétrica, sendo os fios e os cabos os tipos mais comuns de condutores.  Um fio é um condutor sólido, maciço, provido de isolação, usado diretamente como condutor de energia elétrica.  Já o cabo é um condutor constituído por vários fios encordoados, isolados uns dos outros ou não. FIO CABO CABO FLEXÍVEL 4  CONDUTORES  Os condutores utilizados nas instalações de baixa tensão poderão ser de cobre ou alumínio, com isolação de PVC ou de outros materiais previstos por normas, como EPR ou XLPE.  São comercializados, normalmente, em rolos de 100m em diversas cores que em instalações devem seguir a seguinte padronização:  Condutor Fase: preto, branco, vermelho ou cinza;  Condutor Neutro: azul claro;  Condutor de Proteção (Terra): verde ou verde-amarelo. 5  CONDUTORES  ISOLAÇÃO X ISOLAMENTO: Possui somente o condutor e a isolação;  ISOLAÇÃO: Aspecto qualitativo. Exemplo: isolação de PVC, polietileno, etc.;  ISOLAMENTO: Aspecto quantitativo, ou seja, Condutor com tensão de isolamento para 750 V, 1kV, resistência de isolamento de 12MΩ, etc.;  Tensão de Isolamento: Indicada por dois valores Vo/V (tensões de fase-neutro e fase-fase, respectivamente). CONDUTORES ISOLANTES 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 Policloreto de Vinila (PVC) maior que 300 mm² Borracha - etileno - propileno (EPR) Polietileno reticulado (XLPE) 70 70 90 90 100 100 130 130 160 140 250 7  CONDUTORES  RESISTÊNCIA A INCÊNDIOS  Propagadores de Chama (ex.: XLPE)  Entram em combustão sob ação direta da chama e assim permanecem mesmo após a retirada da chama.  Exemplos: Etilenopropileno (EPR) e o Polietileno Reticulado (XLPE).  Não-Propagadores de Chama (ex.: PVC)  Removida a chama ativadora, a combustão cessa.  Exemplos: Cloreto de Polivinila (PVC) e o Neoprene. 8  CONDUTORES  Barra: Condutor rígido em forma de tubo ou seção perfilada fornecido em trechos retilíneos. São usadas diretamente como condutores (em geral nus) em equipamentos como QDs;  Barramento: Conjunto de barras de mesma tensão nominal com seus suportes e acessórios;  Cordão: Cabo flexível formado por dois ou mais condutores isolados ou cabos unipolares dispostos helicoidalmente, sem cobertura;  Seção Nominal (fio ou cabo): Área da seção transversal do fio ou a soma das seções dos fios componentes do cabo (em mm²). Não inclui a isolação e a cobertura;  Seção Nominal (cabo multifilar): Produto da seção do condutor de cada veia pelo número de veias que constituem o cabo. CONDUTORES 10  CONDUTORES  Condutor Isolado: Possui somente o condutor e a isolação;  Condutor Unipolar: Condutor, isolação e uma camada de revestimento chamada cobertura, para proteção mecânica (preto);  Condutor Multipolar: Possui sob a mesma cobertura dois ou mais condutores isolados, denominados veias (bipolares, tripolares,...). 11  CONDUTORES Condutores Aplicações Condutores Isolados Circuitos terminais, circuitos de distribuição e ligações internas de QDs. Cabos Unipolares Circuitos terminais e circuitos de distribuição Cabos Multipolares Circuitos terminais, circuitos de distribuição e ligações de equipamentos móveis ou portáteis (cabos flexíveis) Cabos Multiplexados Circuitos de distribuição e circuitos terminais (em certos casos) Cordões Ligações de equipamentos móveis ou portáteis CONDUTORES 13  CONDUTORES  Em instalações residenciais só podem ser empregados condutores de cobre (exceto condutores de aterramento e proteção).  Em (grandes) instalações comerciais é permitido o emprego de condutores de alumínio (Al) para seção ≥ 50 𝑚𝑚2.  Em instalações industriais pode ser utilizados condutores de alumínio desde que satisfeitas simultaneamente as condições:  Seção nominal dos condutores ≥ 16 𝑚𝑚2.  Potência instalada ≥ 50 𝑘𝑊.  O Cobre tem sido o mais usado, sobretudo em condutores providos de isolação (em instalações residenciais e comerciais). O Alumínio domina o campo dos condutores nus para transmissão e distribuição. 14  CONDUTORES  SEÇÃO NOMINAL: Não corresponde a um valor estritamente geométrico (área) e sim a um valor determinado por uma medida de resistência, denominada “Seção Elétrica Efetiva”;  A seção nominal é dada em milímetros quadrados (mm²), de acordo com a IEC. 15  DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES  Seção Mínima dos Condutores (NBR 5410/2004) 16  CRITÉRIO DA CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE  Objetivo: Dimensionar a Seção Nominal do condutor Fase. Condutores Neutro e Proteção são definidos em função do Fase.  Informações necessárias para o dimensionamento: Tipo de Isolação; Maneira de Instalar; Corrente de Projeto; Fatores de Correção para o Dimensionamento de Condutores: Fator de Correção de Temperatura; Fator de Correção de Agrupamento; Corrente Corrigida. Número de Condutores Carregados; 17  DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES  Seção do Condutor Neutro em relação ao Condutor Fase 18  DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES  Seção do Condutor Proteção MANEIRA DE INSTALAR Tabela 33 – Tipos de linhas elétricas Método de instalação número Esquema ilustrativo Descrição Método de referência 1) 1 Conduítes isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante 2) A1 2 Cabo multipolar em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante 2) A2 3 Conduítes isolados ou cabos unipolares em eletroduto aparente de seção circular sobre parede ou espaçado desta menos de 0,3 vez o diâmetro do eletroduto B1 4 Cabo multipolar em eletroduto aparente de seção circular sobre parede ou espaçado desta menos de 0,3 vez o diâmetro do eletroduto B2 5 Conduítes isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção não-circular sobre parede B1 6 Cabo multipolar em eletroduto aparente de seção não-circular sobre parede B2 7 Conduítes isolados ou cabos unipolares em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria B1 8 Cabo multipolar em eletroduto de seção circular embutido em alvenaria B2 11 Cabos unipolares ou cabo multipolar sobre parede ou espaçado desta menos de 0,3 vez o diâmetro do cabo C 11A Cabos unipolares ou cabo multipolar fixado diretamente no teto C MANEIRA DE INSTALAR Tabela 33 (continuação) Método de instalação número Esquema ilustrativo Descrição Método de referência 1) 11B Cabos unipolares ou cabo multipolar afastado do teto mais de 0,3 vez o diâmetro do cabo C 12 Cabos unipolares ou cabo multipolar em bandeja não-perfurada, perfilado ou prateleira 3) C 13 Cabos unipolares ou cabo multipolar em bandeja perfurada, horizontal ou vertical 4) E (multipolar) F (unipolares) 14 Cabos unipolares ou cabo multipolar sobre suportes horizontais, eletrocalha aramada ou tela E (multipolar) F (unipolares) 15 Cabos unipolares ou cabo multipolar afastado(s) da parede mais de 0,3 vez o diâmetro do cabo E (multipolar) F (unipolares) 22 CORRENTE NOMINAL OU DE PROJETO (𝐼𝑝)  CIRCUITOS MONOFÁSICOS (FASE-NEUTRO)  𝑃𝑛: potência nominal da lâmpada ou equipamento. Corresponde à potência de saída do equipamento (em W);  𝑣𝑓𝑛 − 𝑣𝑓𝑓: tensão fase-neutro (fase) e fase-fase (linha), 127 V - 220 V ou 220 V – 380 V;  𝜂 : rendimento, ou seja, relação entre a potência de saída e a potência de entrada;  Em iluminação fluorescente, 𝜂 se refere aos reatores que consomem elevada corrente reativa da rede de alimentação;  Para lâmpadas incandescentes e equipamentos puramente resistivos (ferro de passar, chuveiro, etc). 𝑰𝒑 = 𝑷𝒏 𝒗𝒇𝒏 × 𝜼 × 𝒄𝒐𝒔𝝋 𝜼 = 𝟏 𝒆 𝒄𝒐𝒔𝝋 = 𝟏 23 CORRENTE NOMINAL (𝐼𝑝)  CIRCUITOS TRIFÁSICOS (3 F) EQUILIBRADOS:  CIRCUITOS TRIFÁSICOS (3 F - N) DESEQUILIBRADOS: 𝑰𝒑 = 𝑷𝒏 𝟑 × 𝒗𝒇𝒏 × 𝜼 × 𝒄𝒐𝒔𝝋 𝑰𝒑 = 𝑷𝒏 𝟑 × 𝒗𝒇𝒇 × 𝜼 × 𝒄𝒐𝒔𝝋 24 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝  De Temperatura (fator 𝑘1 ou FCT - Tab. 4.6)  Caso a temperatura ambiente (ou do solo) seja diferente daquela para a qual as tabelas foram previstas.  30ºC para cabos aéreos e 20ºC para cabos enterrados.  Agrupamento de Condutores (fator 𝑘2 ou FCAc - Tab. 4.7)  Quando forem 03 ou mais condutores carregados.  Obs.: Quando a distância horizontal entre cabos adjacentes for ≥ 2 × Dext, não é preciso aplicar fator de redução.  Agrupamento de Eletrodutos (fator k3 ou FCAe - Tab. 4.13 e Tab. 4.14) 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 × 𝐹𝐶𝐴𝑒 25 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 26 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 27 CONCEITOS SOBRE RESISTIVIDADE E TEMPERATURA  FATOR DE CORREÇÃO DA TEMPERATURA  Diminuição da temperatura ambiente: T 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 𝐼′𝑝 ↔ 𝐼𝑛 𝐼𝑛 ↔ 𝑆𝑛 28 CONCEITOS SOBRE RESISTIVIDADE E TEMPERATURA  FATOR DE CORREÇÃO DA TEMPERATURA  Elevação da temperatura ambiente: T 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 𝐼′𝑝 ↔ 𝐼𝑛 𝐼𝑛 ↔ 𝑆𝑛 29 NÚMERO DE CONDUTORES CARREGADOS A CONSIDERAR  Condutor Carregado:  Aquele que efetivamente é percorrido pela corrente elétrica no funcionamento normal do circuito – FASE e NEUTRO.  O condutor de proteção (PE) não é considerado como condutor carregado.  02 Condutores Carregados  1 F – 1 N (fase-neutro, monofásico)  1 F – 1 F (fase-fase, bifásico)  03 condutores carregados.  2 F – 1 N (bifásico)  3 F (trifásico)  3 F – 1 N (trifásico equilibrado, 𝐼𝑁 = 0)  04 condutores carregados  3 F – 1 N 30 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – PVC 31 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – EPR ou XLPE 32 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – PVC 33 EXEMPLO  Dimensionar os condutores para um circuito terminal (F-F) de um chuveiro elétrico, dados:  Pn = 4500W; VFF=220V; isolação PVC; cosφ=1; embutidos em alvenaria; temp. ambiente 30°C. P = 4.500 W QD 1 34 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – PVC 35 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – EPR ou XLPE 36 EXEMPLO  Dimensionar os condutores para um circuito terminal (F-F) de um chuveiro elétrico, dados:  Pn = 4500W; VFF=220V; isolação PVC, embutidos em alvenaria; temp. ambiente 35°C. P = 4.500 W QD 1 2 3 4 2 3 4 37 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 38 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 39 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – PVC 40 EXEMPLO  Dimensionar os condutores para um circuito alimentador trifásico equilibrado de um quadro de distribuição de uma instalação de iluminação industrial, dados: 𝑷𝒏 = 𝟑𝟔. 𝟎𝟎𝟎 𝑾 (iluminação fluorescente); 𝑽𝑭𝑭 = 𝟐𝟐𝟎 𝑽; 𝒄𝒐𝒔 𝝓 = 𝟎, 𝟗; 𝜼 = 𝟎, 𝟗𝟐, condutores com isolação de polietileno reticulado; condutores unipolares instalados em canaleta fechada enterrado; temperatura do solo de 20°𝑪. Tabela 33 (continuação) Método de instalação número Esquema ilustrativo Descrição Método de referência (1) 52 Cabos unipolares ou cabo multipolar embutido(s) diretamente em alvenaria sem proteção mecânica adicional C 53 Cabos unipolares ou cabo multipolar embutido(s) diretamente em alvenaria com proteção mecânica adicional C 61 Cabo multipolar em eletroduto(de seção circular ou não) ou em canaleta não-ventilada enterrado(a) D 61A Cabos unipolares em eletroduto( de seção não-circular ou não) ou em canaleta não-ventilada enterrado(a)(8) D 63 Cabos unipolares ou cabo multipolar diretamente enterrado(s), com proteção mecânica adicional(9) D 71 Condutores isolados ou cabos unipolares em moldura A1 42 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – EPR ou XLPE 43 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – PVC 44  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO  O valor da tensão padrão não é o mesmo, considerando desde o ponto de tomada até o ponto mais afastado. O que ocorre é uma queda de tensão provocada pela passagem da corrente em todos os elementos do circuito (interruptores, condutores, conexões, etc.).  A Queda de tensão em uma instalação é considerada desde a origem da mesma até o último ponto de utilização de qualquer circuito terminal e deverá estar dentro dos limites prefixados pela NBR 5410/2004;  A norma fixa valores percentuais máximos admissíveis para a queda de tensão, em função do valor da tensão nominal, para os diversos tipos de instalação e cargas; 45  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO A queda de tensão nos circuitos alimentadores e terminais (pontos de utilização) de uma instalação elétrica produz efeitos que podem levar os equipamentos à redução da vida útil até a sua queima; Essa queda de tensão faz com que os equipamentos recebam em seus terminais uma tensão inferior aos valores nominais, prejudicando o seu desempenho; 46  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO  Instalações alimentadas a partir da rede de alta tensão (AT), isto é, a partir da subestação:  Iluminação e tomadas: 7%;  Outros usos: 7%.  Instalações alimentadas diretamente em rede de baixa tensão (BT):  Iluminação e tomadas: 5%;  Outros usos: 5%. 47  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO 48  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO  Informações necessárias para o dimensionamento: Maneira de Instalar; Material do eletroduto – Magnético (Aço ou Alumínio) ou Não Magnético (PVC); Tipo do circuito (monofásico, trifásico, etc.); Corrente de Projeto Ip (A); Fator de Potência Médio do circuito; Comprimento ℓ (km) do circuito; Tipo de Isolação; Tensão (V) do circuito; Queda de tensão e% admissível. 49  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO  Queda de Tensão Unitária ΔVunit  A unidade é Volt/Ampère.km e é calculada pela seguinte expressão:  Com o valor calculado, consultar as tabelas de queda de tensão para condutores que apresente as mesmas condições de instalação. Assim, encontramos o valor cuja queda de tensão seja igual ou imediatamente inferior à calculada, identificando a seção nominal do condutor correspondente;  O processo de cálculo indicado acima é usado para circuitos terminais que servem a uma única carga;  Em circuitos com várias cargas distribuídas teremos que calcular a Queda de Tensão Trecho a Trecho ou aplicar o método simplificado WattsxMetros. Δ𝑉𝑢𝑛𝑖𝑡 = 𝑒(%) × 𝑉 𝐼𝑝 × ℓ 50  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO  Tabela 4.18: Queda de Tensão Unitária ΔVunit (V/A.km) Condutores Isolados com PVC em Eletroduto ou Calha fechada. 51 EXEMPLO  Dimensionar os condutores para um circuito terminal (F-F) de um chuveiro elétrico pelos métodos de capacidade de condução de corrente e da queda de tensão unitária. Dados:  Pn = 5400W; VFF=220V; isolação PVC; cosφ=1; eletroduto de PVC embutidos em alvenaria; temp. ambiente 30°C. 52 MÉTODO QUEDA DE TENSÃO TRECHO A TRECHO  Este método pode ser aplicado a circuitos terminais com cargas (lâmpada e tomadas), distribuídas ao longo do mesmo, em instalações de casas e apartamentos. 1. Inicialmente calcula-se a corrente de cada trecho do circuito; 2. Calcula-se a queda de tensão trecho a trecho, através da expressão: ΔV = ΔVunit . I (trecho, A) . ℓ (trecho,km) 3. Soma-se no final a queda de todos os trechos e teremos a queda acumulada ΔV ; 4. A queda total (percentual) do circuito será : e% = ΔV . 100 / V  Com este resultado verifica-se se e% é ≤ a 2% , definido pela NBR5410/04 53 EXEMPLO  Dimensionar o circuito terminal de um apartamento cujas cargas estão representadas na figura a seguir, pelos dois métodos de queda de tensão apresentados anteriormente.  Instalação em eletroduto de PVC embutido em alvenaria; temperatura ambiente de 30°C; isolação de PVC, tensão 127 V, e% de 2%, 𝒇𝒑 = 𝟏. 54  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO  Tabela 4.18: Queda de Tensão Unitária ΔVunit (V/A.km) Condutores Isolados com PVC em Eletroduto ou Calha fechada. 55 EXEMPLO 3  Considerando um circuito de iluminação de um estacionamento, conforme esquema seguinte: eletroduto de PVC embutido no solo, temperatura de 25°C, utilizando lâmpadas a vapor de mercúrio de 250 W, com reator de 220 V e fator de potência aproximadamente 0,88.  Tipo de isolação do condutor: PVC; 56 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 Tabela 33 (continuação) Método de instalação número Esquema ilustrativo Descrição Método de referência (1) 52 Cabos unipolares ou cabo multipolar embutido(s) diretamente em alvenaria sem proteção mecânica adicional C 53 Cabos unipolares ou cabo multipolar embutido(s) diretamente em alvenaria com proteção mecânica adicional C 61 Cabo multipolar em eletroduto(de seção circular ou não) ou em canaleta não-ventilada enterrado(a) D 61A Cabos unipolares em eletroduto( de seção não-circular ou não) ou em canaleta não-ventilada enterrado(a)(8) D 63 Cabos unipolares ou cabo multipolar diretamente enterrado(s), com proteção mecânica adicional(9) D 71 Condutores isolados ou cabos unipolares em moldura A1 58 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 59 FATORES DE CORREÇÃO DA CORRENTE DE PROJETO 𝐼𝑝 𝐼′𝑝 = 𝐼𝑝 𝐹𝐶𝑇 × 𝐹𝐶𝐴𝑐 60 CAPACIDADE DE CONDUÇÃO DE CORRENTE – PVC 61  CRITÉRIO DO LIMITE DE QUEDA DE TENSÃO  Tabela 4.18: Queda de Tensão Unitária ΔVunit (V/A.km) Condutores Isolados com PVC em Eletroduto ou Calha fechada. 62  MÉTODO DOS WATTSxMETROS  O método 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 × 𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 considera somente a resistência ôhmica dos condutores. Não considera a reatância indutiva que também influi na queda de tensão.  Considera também que a corrente elétrica se distribui de forma homogênea pelo condutor, fato que não ocorre devido ao efeito pelicular criado pelo campo magnético gerado pela própria corrente elétrica que passa pelo condutor. Logo, a densidade de corrente é maior na periferia do condutor (efeito pelicular ou skin effect).  No entanto, para condutores com diâmetros pequenos, a reatância indutiva e o efeito pelicular têm influência limitada e este método produz uma aproximação aceitável. 63 EXEMPLO  Dimensionar o circuito terminal de um apartamento cujas cargas estão representadas na figura a seguir, pelos dois métodos de queda de tensão apresentados anteriormente.  Instalação em eletroduto de PVC embutido em alvenaria; temperatura ambiente de 30°C; isolação de PVC, tensão 127 V, e% de 2%, 𝒇𝒑 = 𝟏. 64  MÉTODO DOS WATTSxMETROS  Tabela 4.19: Soma dos Produtos WattsxMetros, V = 127 V, Monofásico e fator de potência unitário. 66  MÉTODO DOS WATTSxMETROS  Tabela 4.19: Soma dos Produtos WattsxMetros, V = 127 V, Monofásico e fator de potência unitário. 67  MÉTODO DOS WATTSxMETROS  Tabela 4.20: Soma dos Produtos WattsxMetros, V = 220 V, Bifásico e fator de potência unitário. 68