Dimensionamento de condutores

Dimensionamento de condutores

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6 Guia EM da NBR 5410

Os seis critérios de dimensionamento de circuitos de BT188
Capacidade de condução:o que diz a norma189
Cálculos de queda de tensão (I)195
Cálculos de queda de tensão (I)199
Dimensionamento econômico de condutores205

Os seis critérios de dimensionamento de circuitos de BT

Chamamos de dimensionamento técnico de um circuito a aplicação das diversas prescrições da NBR 5410 relativas à escolha da seção de um condutor e do seu respectivo dispositivo de proteção. Para que se considere um circuito completa e corretamente dimensionado,são necessários seis cálculos. Em princípio,cada um deles pode resultar numa seção diferente. E a seção a ser finalmente adotada é a maior dentre todas as seções obtidas.

Os seis critérios técnicos de dimensionamento são: –seção mínima;

–capacidade de condução de corrente;

–queda de tensão;

–proteção contra sobrecargas;

–proteção contra curtos-circuitos;

–proteção contra contatos indiretos (aplicável apenas quando se usam dispositivos a sobrecorrente na função de seccionamento automático).

Vejamos a seguir onde encontrar,na NBR 5410,os itens relacionados a cada um dos critérios mencionados.

Seção mínima

As seções mínimas admitidas em qualquer instalação de baixa tensão estão definidas na tabela 43,item 6.2.6 da norma. Dentre os valores ali indicados,destacamos dois: –a seção mínima de um condutor de cobre para circuitos de iluminação é de 1,5 mm2; e –a seção mínima de um condutor de cobre para circuitos

de força,que incluem tomadas de uso geral,é 2,5 mm2 .

Capacidade de condução de corrente

A capacidade de condução de corrente é um critério importantíssimo,pois leva em consideração os efeitos térmicos provocados nos componentes do circuito pela passagem da corrente elétrica em condições normais (corrente de projeto).

Este critério de dimensionamento é tratado na seção 6.2.5 da NBR 5410,que apresenta então tabelas para deter- minação das seções dos condutores pela capacidade de corrente. Mas não é só. O uso correto dessas tabelas requer que seus dados sejam devidamente traduzidos para a situação concreta,real,que o projetista tem pela frente. Ou,o que dá no mesmo,que o projetista converta os dados reais do circuito que está dimensionando em equivalências harmonizadas com as condições nas quais foram baseados os números fornecidos pela norma. Na prática,aliás,é este o processo que efetivamente ocorre.

Por isso,para possibilitar esse casamento entre as situações reais dos projetos e as situações assumidas na obtenção dos valores de capacidade de condução de corrente por ela fornecidos,a norma inclui,na mesma seção 6.2.5,uma série de fatores de correção.

O artigo “Capacidade de condução:o que diz a norma” promove uma visita circunstanciada à seção 6.2.5 da NBR 5410 e,assim,uma análise objetiva de como é realizado o dimensionamento de um circuito pelo critério da capacidade de condução de corrente.

Queda de tensão

Este critério é tratado em 6.2.7 da NBR 5410. Nessa seção,mais precisamente na tabela 46,a norma fixa os limites máximos admissíveis de queda de tensão nas instalações alimentadas por ramal de baixa tensão (4%) e por transformador/gerador próprio (7%) (figura 1).

Em outro ponto,6.5.3.4.4,é abordada a queda de tensão máxima permitida durante a partida de motores. Ela é fixada em,no máximo,10% nos terminais do motor,desde

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Fig.1 – Limites de queda de tensão fixados pela NBR 5410: 4% para as instalações alimentadas diretamente pela rede de distribuição pública de baixa tensão;e 7% para as instalações que contam com subestação própria ou com geração própria.Além disso,a queda de tensão máxima admissível nos circuitos terminais é de 4%.

que não ultrapasse os valores da tabela 46 para as demais cargas no momento da partida. Isto,na prática,é uma situação muito difícil de ser calculada,a menos que se possua um bom diagrama de impedâncias da instalação e se realize um estudo de fluxo de potência.

Os artigos “Cálculos de queda de tensão”,apresentados mais adiante,trazem métodos e exemplos práticos de muita utilidade na verificação do critério da queda de tensão, quando do dimensionamento de circuitos.

Sobrecarga e curto-circuito

Na NBR 5410,a proteção contra sobrecorrentes é objeto do capítulo 5.3 e das seções 5.7.4,6.3.4 e 6.3.7. Ela enfoca o assunto estabelecendo prescrições para a proteção contra correntes de sobrecarga,de um lado,e para a proteção contra correntes de curto-circuito,de outro.

Neste Guia EM da NBR 5410,o tema é exaustivamente examinado no capítulo pertinente (“Proteção contra sobrecorrentes”). Aí o projetista encontra orientação prática sobre a aplicação do critério da proteção contra sobrecorrentes no dimensionamento dos circuitos.

De qualquer forma,que tal dar uma olhada,aqui,no que diz a nota 3 de 5.3.1? É uma mensagem que costuma passar despercebida,mas indispensável para compreender o que é exatamente a proteção contra sobrecorrentesde que tratam as normas de instalações elétricas em geral (do Brasil e de outros países). Diz a nota:“A proteção dos condutores realizada de acordo com esta seção não garante necessariamente a proteção dos equipamentos ligados a esses condutores”. Ou seja,as regras estabelecidas em 5.3.3 (Proteção contra correntes de sobrecargas) e 5.3.4 (Proteção contra correntes de curto-circuito) têm em mente exclusivamente a proteção dos condutores de um circuito.

Por exemplo,não se pode esperar que um disjuntor de 20 A,situado no quadro de distribuição de uma residência,e ao qual esteja ligado um condutor de 2,5 mm2,consiga proteger adequadamente contra sobrecorrentes um aparelho de videocassete de 300 VA – 127 V (menos de 3 A). Dependendo do caso,pode até ser que o disjuntor atue devido a algum problema ocorrido no aparelho,mas,de modo geral,presume-se que o aparelho tenha sua própria proteção,incorporada.

Proteção contra contatos indiretos

Via de regra,a verificação da proteção contra contatos indiretos,como etapa do dimensionamento de um circuito, só se aplica aos casos em que isso (proteção contra contatos indiretos por seccionamento automático da alimentação) é atribuído a dispositivos a sobrecorrente.

O objetivo da medida de proteção,enunciada no artigo 5.1.3.1 da NBR 5410,é assegurar que o circuito se- ja automaticamente desligado caso algum dos equipamentos por ele alimentados venha a sofrer uma falta à terra ou à massa capaz de originar uma tensão de contato perigosa.

Como mencionado,há casos em que esse seccionamento automático visando a proteção contra choques pode (e deve,no caso do TN-C) ser implementado com o uso de dispositivo a sobrecorrente. A regra pertinente,explicada em detalhes no artigo “Seccionamento automático (I): uso de dispositivo a sobrecorrente”[ver capítulo sobre proteção contra choques],envolve aspectos conceitualmente equivalentes aos de queda de tensão. Portanto,é um critério que pode pesar seja na seção do condutor,seja no comprimento do circuito,seja,enfim,em ambos. De qualquer forma,é uma verificação obrigatória (caso de seccionamento automático com dispositivo a sobrecorrente,bem entendido),ainda que outros critérios de dimensionamento, como o da própria queda de tensão,venham a prevalecer.

Capacidade de condução:o que diz a norma

No dimensionamento de um circuito elétrico,todos os seis critérios técnicos apontados no artigo anterior têm a sua importância. Nenhum deles pode ser deixado de lado. Mas é compreensível que o critério da capacidade de condução de correnteprojete,como ocorre na prática,uma importância que parece superior à dos demais. Pois ele constitui o ponto de partida natural do processo de dimensionamento,além de funcionar,em certa medida,como o pivô do jogo.

De fato,após o estudo prévio da carga a ser alimentada por um circuito,com o conseqüente cálculo da corrente de projeto (IB),o passo seguinte — e efetivamente o primeiro no que se refere ao dimensionamento dos componentes do circuito— é determinar a capacidade de condução de corrente,vale dizer,determinar a seção de condutor que,nas condições reais do circuito,oferece capacidade de condução de corrente suficiente para a circulação de IB,sem riscos. Para tanto,o projetista recorre a tabelas que figuram na se- ção 6.2.5 da NBR 5410. Nessas tabelas,ele apura então a se-ção de condutor que atende às necessidades do seu circuito. 189

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São quatro as tabelas diretamente encarregadas de informar a capacidade de condução de corrente dos condutores:as de número 31 a 34. Duas delas se aplicam a condutores com isolação termoplástica (31 e 3) e as outras duas a condutores com isolação termofixa (32 e 34).

Convém lembrar,inicialmente,que os valores fornecidos pelas tabelas 31 a 34 são para uma temperatura no condutor igual à máxima admissível pelo material da isolação, aplicada permanentemente. Esta situação pode não corresponder a de vários casos reais,em que a carga tem um regime de operação intermitente ou temporário. Nestas circunstâncias,há métodos de cálculos específicos para se obter a seção do condutor,que resulta sempre menor que a das tabelas mencionadas.

Outro detalhe das tabelas,como lembra a nota de 6.2.5.1,é que elas não levam em conta os cabos providos de armação metálica. Embora não sejam muito comuns,estes tipos de cabos,dotados de proteção mecânica,têm lá suas aplicações. Existe um tipo de cabo armado,com fita metálica,cuja capacidade de condução de corrente pode ser considerada praticamente a mesma de um cabo não-armado,uma vez que a fita metálica atua como uma espécie de trocador de calor com o meio ambiente.

E quanto à influência da temperatura ambiente? As próprias tabelas de capacidade de condução de corrente ressaltam que a temperatura ambiente considerada é de 30°C (ou,no caso de linhas subterrâneas,temperatura no solo de 20°C). Portanto,para aplicação correta dos valores de capacidade tabelados,o projetista deve estimar a temperatura do local onde o cabo estará instalado. Qual? A rigor,a temperatura anual máxima registrada no lo- cal,em séries históricas. Quanto mais precisa for essa estimativa, melhor. Pois,como se deduz da tabela 34,que indica os fatores de correção por temperatura, diferenças de 5°C podem resultar em diferenças de 10% ou mais no fator de correção, o que pode significar uma troca de seção de cabo.

Por fim,mas não por último — ao contrário,a questão que agora se analisa é de longe a mais rumorosa —,a aplicação correta da tabela de capacidade de corrente exige que os valores fornecidos sejam interpretados como representativos de uma linha elétrica constituída de um único circuito. Enfim,é como se a linha da tabela fosse mãe de filho único. Só que,na vida real,a grande maioria das mães tem mais de um filho. Portanto,se o circuito que estamos dimensionando não for o único a desfrutar da linha elétrica — ou o único filho da mãe —,é necessário aplicar à corrente de projeto IBdo nosso circuito,antes de com ela ingressar na tabela de capacidade de corrente,o chamado fator de correção para agrupamento. Este fator,indicado nas tabelas 37 a 42 da NBR 5410,considera os efeitos térmicos mútuos entre os condutores contidos no mesmo conduto. Tem o sentido de uma penalidade,evidentemente. Mas,como na analogia,filhos a mais são bocas a mais para alimentar.

Fazendo um passeio pelas tabelas que tratam dos fatores de correção por/para agrupamento,vamos nos deter um pouco na tabela 37. Ela fornece,como mencionado no capítulo sobre linhas elétricas [Ver,em particular,a tabela I do

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© Copyright - Revista EletricidadeModerna artigo “Roteiro das linhas elétricas”],fatores de correção (por agrupamento) para uma grande variedade de tipos de linhas. Na verdade,ela só não se presta às linhas enterradas. No mais,a tabela 37 é pau para toda a obra:linhas fechadas de todos os tipos e também todo gênero de linha aberta. As linhas elétricas fechadas são atendidas pelos valores dados na linha 1 da tabela; e as linhas elétricas abertas pelos valo- res indicados nas linhas 2 a 5 da tabela (a tabela I aqui publicada reproduz esta parte — linhas 2 a 5 — da tabela 37).

Só que tem um detalhe. E que envolve,em particular,as linhas abertas. Os fatores de correção da tabela 37,como ela própria adverte,são válidos para cabos dispostos em uma única camada. O que fazer,se a linha elétrica contiver mais de uma camada de cabos?

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1 Seja a instalação mostrada na figura 1,composta de 10 circuitos,cujas correntes de projeto estão indicadas na tabela B1.

Pelos valores das correntes de projeto indicadas,percebemos que os circuitos são semelhantes,uma vez que as seções resultantes para os cabos provavelmente estarão contidas em um intervalo de três valores sucessivos normalizados.Pela figura,vemos que os cabos multipolares estão em camada única e,portanto,estamos tratando de um caso típico de aplicação da tabela I (tabela 37 da NBR 5410).Entrando com 10 circuitos na tabela,encontramos o fator de correção por agrupamento de 0,72.

2 Seja a instalação mostrada na figura 2,composta de 30 circuitos,cujas correntes de projeto resultariam em cabos semelhantes,ou seja,contidos em um intervalo de três seções nominais consecutivas.

Pela figura,vemos que os cabos multipolares estão em várias camadas e,portanto,estamos tratando de um caso típico de aplicação da tabela I (tabela 42 da NBR 5410).Entrando na tabela com 10 cabos multipolares num plano horizontal,encontramos o multiplicador 0,70.Para três cabos num plano vertical,temos o multiplicador 0,73.Portanto,o fator de correção por agrupamento neste exemplo é de 0,70 x 0,73 = 0,51.

3 Considerem-se os dois exemplos anteriores,mas suponhamos,agora,que as correntes de projeto são diferentes a ponto de resultar em cabos não semelhantes,ou seja,com seções não contidas num intervalo de três valores normalizados sucessivos.

No primeiro exemplo (figura 1),não podemos mais,na nova situação,utilizar a tabela I e devemos então calcular o fator de correção pela fórmula F = 1/√n.Como n = 10 (cabos multipolares), temos:

F = 1/√10 = 0,32

Analogamente,no segundo exemplo (figura 2),para n = 30, temos:

F = 1/√30 = 0,18

Como se pode verificar,a aplicação da fórmula para cálculo do fator de correção pode levar a resultados muito severos.Isso indica que,para certas situações,deve-se rever a maneira de instalar e a disposição dos cabos escolhida,de forma a se obter fatores de correção menos penalizantes.

Exemplos de aplicação

Tab.B1 – Circuitos do exemplo e correntes de projeto respectivas

Fig.1 – Cabos multipolares em camada única

Fig.2 – Cabos multipolares em três camadas

Aí entra a tabela 42 da norma,aqui reproduzida como tabela I. Como se vê,a tabela fornece um par de valores,que devem ser multiplicados para a obtenção do fator de correção pertinente:o projetista identifica,de um lado,o valor correspondente ao número de circuitos trifásicos ou de cabos multipolares por camada; e,de outro,o valor correspondente ao número de camadas; e multiplica ambos,obtendo então o fator de correção para o agrupamento considerado.

Ressalte-se,como reza a nota 2 da tabela original (tabela 42 da norma),que os valores individuais dos planos horizontal e vertical não podem ser utilizados isoladamente, isto é,não podem ser aplicados a cabos instalados em camada única — retomando-se,neste caso,a orientação da tabela 37 (aqui,tabela I).

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