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Condutores elétricos de potência em baixa tensão

Definição

Condutores elétricos de potência em baixa tensão podem ser fios ou cabos de cobre ou alumínio capazes de transportar energia elétrica em circuitos com tensões elétricas de até 1000 V.

Os principais componentes de um fio ou cabo de potência em baixa tensão são o condutor, a isolação e a cobertura, conforme indicado na figura 1.

Figura 1: Fio ou cabo elétrico de potência em baixa tensão típico

O condutor pode ser constituído por um único fio metálico maciço rígido ou por um conjunto de fios torcidos formando um condutor flexível.

Alguns cabos elétricos podem ser dotados apenas de condutor e isolação, sendo chamados então de condutores isolados, enquanto que outros podem possuir adicionalmente a cobertura (aplicada sobre a isolação), sendo chamados de cabos unipolares ou multipolares, dependendo do número de condutores (veias) que possuem. A figura 2 mostra exemplos desses três tipos de condutores elétricos.

Figura 2: Tipos de cabos elétricos de potência em baixa tensão

Metais utilizados como condutores elétricos

Em função de suas propriedades elétricas, térmicas, mecânicas e custos, o cobre e o alumínio são os metais mais utilizados desde os primórdios da indústria de fabricação de fios e cabos elétricos. A prática nos leva a observar que, quase sempre, as linhas aéreas são construídas em alumínio e as instalações internas são com condutores de cobre. De acordo com a norma de instalações elétricas de baixa tensão, a NBR 5410, é proibido o uso de alumínio em instalações residenciais. As três principais diferenças entre o cobre e o alumínio são: condutividade elétrica, peso e conexões.

Condutividade elétrica e resistividade

A condutividade elétrica expressa capacidade que os materiais têm de transportar corrente elétrica. A resistividade, por sua vez, que é definida como o inverso da condutividade elétrica, é a propriedade que os materiais possuem de dificultar a passagem da corrente.

A norma IACS (“International Annealed Copper Standard”), adotada internacionalmnete, é fixada em 100% para a condutividade de um fio de cobre de 1 metro de comprimento com 1 mm2 de seção e cuja resistividade a 20ºC seja de 0,01724 Ω.mm2/m (lembrando que a resistividade varia com a temperatura). Dessa forma, esse é o padrão de condutividade adotado, o que significa que todos os demais condutores, sejam em cobre, alumínio ou outro metal qualquer, têm suas condutividades sempre referidas a aquele condutor. A tabela 1 ilustra essa relação entre condutividades.

Tabela 1: Condutividade relativa entre diferentes materiais

Material Condutividade relativa

Condutividade elétrica (S/m)

A tabela 1 pode ser entendida da seguinte forma: o alumínio, por exemplo, conduz 39,4 % (100 - 60,6) menos corrente elétrica que o cobre mole. Na prática, isso significa que, para conduzir a mesma corrente, um condutor em alumínio precisa ter uma seção aproximadamente 60 % maior que a de um fio de cobre mole. Ou seja, se tivermos um condutor de 10 mm2 de cobre, seu equivalente em alumínio será de 10 x 1,6

= 16 mm2 . Esse valor é aproximado porque a relação entre as seções não é apenas geométrica e também depende de alguns fatores que consideram certas condições de fabricação do condutor, tais como eles serem nus ou recobertos, sólidos ou encordoados, etc.

Peso

A densidade do alumínio é de 2,7 g/cm3 e a do cobre de 8,9 g/cm3 . Se calcularmos a relação entre o peso de um condutor de cobre e o peso de um condutor de alumínio, ambos transportando a mesma corrente elétrica verifica-se que, apesar de o condutor de alumínio possuir uma seção cerca de 60% maior, seu peso é da ordem da metade do peso do condutor de cobre.

A partir dessa realidade física, estabeleceu-se uma divisão clássica entre a utilização do cobre e do alumínio nas redes elétricas. Quando o maior problema em uma instalação envolver o peso próprio dos condutores, prefere-se o alumínio por sua leveza. Esse é o caso das linhas aéreas em geral, onde as dimensões de torres e postes e os vãos entre eles dependem diretamente do peso dos cabos por eles sustentados. Por outro lado, quando o principal aspecto não é o peso, mas o espaço ocupado pelos condutores, escolhe-se o cobre por possuir um menor diâmetro. Essa situação é encontrada nas instalações internas, onde os espaços ocupados pelos eletrodutos, eletrocalhas, bandejas e outros são importantes na definição da arquitetura do local. Deve-se ressaltar que, embora clássica, essa divisão entre a utilização de condutores de cobre e alumínio possui exceções, devendo ser cuidadosamente analisada em cada caso.

Conexões

Uma das diferenças mais marcantes entre cobre e alumínio está na forma como se realizam as conexões entre condutores ou entre condutor e conector.

O cobre não apresenta requisitos especiais quanto ao assunto, sendo relativamente simples realizar as ligações dos condutores de cobre. No entanto, o mesmo não ocorre com o alumínio. Quando exposta ao ar, a superfície do alumínio é imediatamente recoberta por uma camada invisível de óxido, de difícil remoção e altamente isolante. Assim, em condições normais, se encostarmos um condutor de alumínio em outro, é como se estivéssemos colocando em contato dois isolantes elétricos, ou seja, não haveria contato elétrico entre eles. Nas conexões em alumínio, um bom contato somente será conseguido se rompermos essa camada de óxido. Essa função é obtida através da utilização de conectores apropriados que, com a aplicação de pressão suficiente, rompem a camada de óxido. Além disso, quase sempre são empregados compostos que inibem a formação de uma nova camada de óxido uma vez removida a camada anterior.

Flexibilidade dos condutores elétricos

Um condutor elétrico pode ser constituído por uma quantidade variável de fios, desde um único fio até centenas deles. Essa quantidade de fios determina a flexibilidade do cabo. Quanto mais fios, mais flexível o condutor e vice-versa.

Para identificar corretamente o grau de flexibilidade de um condutor, é definida pelas normas técnicas da ABNT na chamada classe de encordoamento. De acordo com essa classificação apresentada pela NBR

6880, são estabelecidas seis classes de encordoamento, numeradas de 1 a 6. A norma define ainda como caracterizar cada uma das classes, o que está indicado na coluna “características” da tabela 2.

Tabela 2: Classes de encordoamento de condutores elétricos conforme a NBR 6880

Classe de encordoamento Descrição Características

1 Condutores sólidos (fios) Estabelece uma resistência elétrica máxima à 20ºC em

Ω/km

2 Condutores encordoados, compactados ou não

Estabelece uma resistência elétrica máxima à 20ºC em Ω/km e um número mínimo de fios no condutor

3 Condutores encordoados, não compactados

Estabelece uma resistência elétrica máxima à 20ºC em Ω/km e um número mínimo de fios no condutor

4, 5 e 6 Condutores flexíveis Estabelece uma resistência elétrica máxima à 20ºC em

Ω/km e diâmetro máximo dos fios elementares do condutor

Em relação aos termos utilizados na tabela 2, temos:

• Um fio é um produto maciço, composto por um único elemento condutor. Trata-se de uma ótima solução econômica na construção de um condutor elétrico, porém apresenta uma limitação no aspecto dimensional e na reduzida flexibilidade, sendo, em conseqüência, limitado a produtos de pequenas seções (até 16 mm2).

Figura 3: Fio

• O termo condutor encordoado tem relação com a construção de uma corda, ou seja, partindo-se de uma série de fios elementares, eles são reunidos (torcidos) entre si, formando então o condutor. Essa construção apresenta uma melhor flexibilidade do que o fio. As formações padronizadas de condutores encordoados (cordas) redondos normais são: 7 fios (1+6), 19 fios (1+6+12), 37 fios (1+6+12+18) e assim sucessivamente. Nessa formação, a camada mais externa possui o número de fios da camada anterior mais seis.

Figura 4: Condutor encordoado redondo normal

• Um condutor encordoado compactado é uma corda na qual foram reduzidos os espaços entre os fios componentes. Essa redução é realizada por compressão mecânica ou trefilação. O resultado desse processo é um condutor de menor diâmetro em relação ao condutor encordoado redondo normal, porém com menor flexibilidade.

Figura 5: Condutor encordoado compactado

• Um condutor flexível é obtido a partir do encordoamento de um grande número de fios de diâmetro reduzido.

Figura 6: Condutor flexível

Observar que a NBR 6880 estabelece valores de resistência elétrica máxima, número mínimo e diâmetro máximo dos fios que compõem um dado condutor. Isso, na prática, resulta que diferentes fabricantes possuam diferentes construções de condutores para uma mesma seção nominal (por exemplo, 10 mm2). A garantia de que o valor da resistência elétrica máxima não seja ultrapassado está diretamente relacionada à qualidade e à pureza do cobre utilizado na confecção do condutor.

Isolação dos condutores elétricos

Histórico

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