Em conformidade com a NBR-5410, no tocante a seleção e instalação de componentes, notadamente os condutores elétricos e do seu respectivo dispositivo de proteção, temos muita literatura na própria norma, que passamos a detalhar.
Segundo a norma temos seis critérios que devem ser utilizados para dimensionamento dos condutores de fase e de neutro e o resultando de cada um dos métodos deve ser comparado aos demais, resultando como o melhor ajustado o que determinar a seção final que seja a maior dentre todas as obtidas. que são:
Critério da proteção contra choques elétricos conforme transcrição na íntegra abaixo da cláusula 5.1.2.2.4 da NBR-5410, versão corrigida 17.03.2008 – Publicação da Associação Brasileira de Normas técnicas – Instalações elétricas de baixa tensão – ISBN 978-85-07-00562-9;
O princípio do seccionamento automático da alimentação, sua relação com os diferentes esquemas de aterramento e aspectos gerais referentes à sua aplicação e as condições em que se torna necessária proteção adicional são descritos a seguir:
Princípio de funcionamento automático: um dispositivo de proteção deve seccionar automaticamente a alimentação de um circuito ou equipamento por ele protegido sempre que uma falta (entre parte viva e massa ou entre parte viva e condutor de proteção) no circuito ou equipamento der origem a uma tensão de contato superior ao valor pertinente da tensão de contato limite. A tensão de contato limite para diferentes situações, em função das influências externas dominantes são dadas no anexo C da norma NBR-5410.
Seccionamento automático e esquemas de aterramento:
As condições a serem observadas no seccionamento automático da alimentação, incluindo o tempo máximo admissível para atuação do dispositivo de proteção, são estabelecidas nas tabelas abaixo:
Tabela 1 - Tempo de seccionamento máximo para esquema de aterramento TN
Tempos de seccionamento maiores: Independente do esquema de aterramento, admite-se um tempo desse acionamento maior que os tratados na alínea 1.1.2, mas não superior a 5 segundos, para circuitos de distribuição, bem como para circuitos terminais que alimentem unicamente equipamentos fixos, des de que uma falta no circuito de distribuição, circuito terminal ou equipamento fixo (para os quais esteja sendo considerado o tempo de seccionamento menor de até 5 segundos) não propague, para equipamentos portáteis ou equipamentos móveis deslocados manualmente em funcionamento, ligados a outros circuitos terminais da instalação, uma tenção de contato superior ao valor pertinente.
Tempos de secionamento maiores: da mesma forma, como indicado anteriormente, admitem ser tempos de secionamento maiores que os máximos impostos por
uma determinada situação de influência externa, se forem adotadas providências compensatórias.
Proteção adicional: se, na aplicação do seccionamento automático da alimentação, não for possível atender, conforme o caso, aos tempos de secionamento máximos de que tratam as alíneas anteriores, deve se realizar uma e equipotencialização suplementar conforme norma.
Integral de Joule: O dimensionamento de um condutor e seu dispositivo de proteção deve respeitar a quantidade máxima de energia que o cabo é capaz de suportar, sem ser danificado pela temperatura que alcançará caso uma sobrecarga ou curto-circuito seja alimentado por ele, até que o dispositivo de proteção seja acionado. O calculo da energia passante é obtido conforme segue:
O valor da integral de Joule pode ser obtido conforme determina a IEC-949 (1988).
Onde:
I – corrente admissível no condutor (A)
S – Seção nominal do condutor (mm²)
ɵf = temperatura final do condutor (ºC)
ɵi = temperatura inicial do condutor (ºC)
β = Recíproco do coeficiente de temperatura da resistência do condutor em ºC(K) tabela 2 abaixo
K – Constante do material condutor, tabela 2 abaixo
X e Y – tabela 3 abaixo
Tabela 2 – dados para condutores
Material | K | β |
Cobre | 226 | 234,5 |
Alumínio | 148 | 228 |
Tabela 3 – dados para condutores em cobre
Isolação | X | Y |
PVC ≤ 3kV | 0,29 | 0,06 |
PVC ≥ 3kV | 0,27 | 0,05 |
XLPE | 0,41 | 0,12 |
EPR ≤ 3kV | 0,38 | 0,10 |
EPR ≥ 3kV | 0,32 | 0,07 |
Calculado o valor da integral de Joule para o cabo escolhido, cujo resultado terá unidade de medida A².s, temos que nos certificar de que o dispositivo de seccionamento automático tem valor de energia passante para abertura dos contatos inferior ao limite de suportabilidade do cabo, caso contrário, antes do disjuntor abrir, o cabo já foi danificado e isso não é aceitável.
Critério da Sobrecarga conforme 5.3.3 da NBR-5410;
Os condutores e seus dispositivos de proteção devem ser dimensionados em conjunto, de modo que o circuito e sua carga esteja sob a proteção de dispositivos capazes de detectar e interromper correntes de defeito, mas também o cabo deve estar protegido. De maneira a compreender essa relação, a integral de Joule que o cabo é capaz de suportar deve ser igual ou ligeiramente maior do que a integral de Joule capaz de sensibilizar o dispositivo de proteção associado a este condutor, de modo que o dispositivo interrompa o circuito antes de o cabo ser solicitado acima das suas capacidades térmica e mecânica.
Os dispositivos de proteção devem ser escolhidos entre três categorias distintas:
Dispositivos capazes de prover simultaneamente proteção contra sobrecorrentes de sobrecarga e de sobrecorrentes de curto-circuito:
Estes dispositivos de proteção devem interromper qualquer sobrecorrente inferior ou igual à corrente de curto-circuito presumida no ponto em que o dispositivo for instalado. Esses dispositivos podem ser disjuntores, fusíveis tipo gG ou disjuntores associados a dispositivos fusíveis.
Dispositivos capazes de prover apenas proteção contra correntes de sobrecarga:
Estes dispositivos geralmente possuem característica de atuação a tempo inverso e podem apresentar uma capacidade de interrupção inferior à corrente de curto-circuito presumida no ponto de instalação.
Dispositivos capazes de prover apenas proteção contra correntes de curto-circuito:
Estes dispositivos podem ser utilizados quando a proteção contra sobrecargas for provida por outros meios ou nos casos em que se admite omitir a proteção contra sobrecarga. Os condutores vivos protegidos contra sobrecargas são considerados protegidos contra qualquer falta capaz de produzir sobrecorrentes na faixa das correntes de sobrecarga. Estes dispositivos somente magnéticos, como são chamados, devem interromper qualquer corrente de curto-circuito inferior ou igual à corrente de curto-circuito presumida. Eles podem ser: Disjuntores somente magnéticos, Fusíveis gG, gM ou aM.
Para que a proteção dos condutores contra sobrecargas fique assegurada, as característica de atuação do dispositivo destinado a provê-la devem ser tais que:
IB ≤ IN ≤ IZ
Onde:
IB – Corrente de projeto do circuito
IZ – Capacidade de condução de corrente dos condutores, nas condições previstas para sua instalação
IN – Corrente nominal do dispositivo de proteção (ou corrente de ajuste, para dispositivos ajustáveis), nas condições previstas para sua instalação.
I2 – Corrente convencional de atuação, para disjuntores, ou corrente convencional de fusão, para fusíveis.
I2 ≤ 1,45.IZ
Essa condição é aplicável quando for possível assumir que a temperatura de sobrecarga dos condutores não venha a ser mantida por um tempo superior a 100h durante 12 meses consecutivos, ou por 500h ao longo da vida útil do condutor. Quando isso não ocorrer, devemos seguir I2 ≤ IZ.
Critério do Curto-circuito; conforme 5.3.5 da NBR-5410;
As correntes de curto-circuito presumidas devem ser determinadas em todos os pontos da instalação onde se julgar necessário. Devem ser providos dispositivos que assegurem proteção contra curto-circuitos em todos os pontos onde uma mudança (por exemplo redução de seção) resulte em alteração do valor da capacidade de condução de corrente dos condutores.
A capacidade de interrupção de um dispositivo deve ser no mínimo igual à corrente de curto-circuito presumida no ponto onde for instalado. Em alguns casos pode ser necessário conferir as características do dispositivo de jusante quanto a esforços dinâmicos e energia de arco. Detalhes dessas características que necessitem de coordenação devem ser obtidos junto aos fabricantes destes dispositivos.
A integral de Joule que o dispositivo deixa passar deve ser inferior ou igual à integral de Joule necessária para aquecer o condutor desde a temperatura máxima de serviço contínuo até a temperatura limite de curto-circuito, o que pode ser indicado conforme abaixo:
Onde:
– Integral de Joule que o dispositivo de proteção deixa passar, em A².s
K2.S2 – Integral de Joule (energia) capaz de elevar a temperatura do condutor desde a máxima para serviço contínuo até a temperatura de curto-circuito, supondo-se aquecimento adiabático. O valor K é indicado na tabela abaixo e S é a seção do condutor, em mm².
Critério da seção mínima; conforme 6.2.6;
Segundo a NBR-5410:2004, a seção dos condutores de fase, em circuitos de corrente alternada, e dos condutores vivos, em circuitos de corrente contínua, não deve ser inferior ao valor pertinente dado na tabela abaixo.
Tabela de seção mínima dos condutores (1)
Critério da capacidade de condução de corrente conforme 6.2.5 da NBR-5410;
Esta maneira de dimensionar os condutores é destinada a garantir uma vida satisfatória aos condutores e isolações submetidos aos efeitos térmicos produzidos pela circulação das correntes equivalentes às suas capacidades de condução de corrente durante períodos prolongados em serviço normal. Essa maneira de dimensionar se aplica a cabos unipolares ou multipolares cuja tensão nominal não seja superior a 0,6/1kV, excluindo-se os cabos armados.
Os métodos de referência são os métodos de instalação. Para os quais a capacidade de condução de corrente foi determinada por ensaio ou por cálculo. São eles:
- A1 – Condutores isolados em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante.
- A2 – Cabo multipolar em eletroduto de seção circular embutido em parede termicamente isolante.
- B1 – Condutores isolados em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira.
- B2 – Cabo multipolar em eletroduto de seção circular sobre parede de madeira.
- C – Cabos unipolares ou cabo multipolar sobre parede de madeira.
- D – Cabo multipolar em eletroduto enterrado no solo.
- E – Cabo multipolar ao ar livre.
- F – Cabos unipolares justapostos (na horizontal, na vertical ou em trifólio) ao ar livre.
- G – Cabos unipolares espaçados ao ar livre.
É importante ressaltar que a corrente transportada por qualquer condutor, durante períodos prolongados em funcionamento normal, deve ser tal que a temperatura máxima para serviço contínuo não ultrapasse os limites dados no capítulo 7 desta apostila 4. Lá você terá mais dados sobre temperatura de trabalho dos condutores. Abaixo, você tem as temperaturas que interessam neste capítulo.
A capacidade de condução de corrente deve ser determinada conforme descrito abaixo:
Passo 1 – Obtenha a capacidade de condução de corrente do cabo selecionado nas tabelas 57 a 60. Essas tabelas fornecem as capacidades de condução de corrente para os métodos de referência A1, A2, B1, B2, C, D, E, F e G, aplicáveis aos diversos tipos de linhas, conforme a tabela 57 abaixo.
Essas tabelas 57 a 60 referem-se ao funcionamento contínuo em regime permanente (fator de carga 100%), em corrente contínua ou em corrente alternada com frequência de 50Hz ou 60Hz.
Passo 2 – Obtenha os fatores de correção nas tabelas 61 a 66 e corrija a capacidade de condução de corrente do condutor selecionado multiplicando a corrente obtida no passo 1 pelos fatores de correção obtidos no passo 2.
Critério da queda de tensão conforme 6.2.7 da NBR-5410.
Em qualquer ponto de utilização da instalação, a queda de tensão verificada não deve ser superior aos seguintes valores, dados em relação ao valor da tensão nominal da instalação:
- 7%, calculados a partir dos terminais secundários do transformador MT/BT, no caso do transformador de propriedade da unidade consumidora;
- 7%, calculados a partir dos terminais secundários do transformador MT/BT da empresa distribuidora de eletricidade, quando o ponto de entrega for aí localizado.
- 5%, calculados a partir do ponto de entrega, nos demais casos de ponto de entrega com fornecimento em tensão secundária de distribuição.
- 7%, calculados a partir dos terminais de saída do gerador, no caso de grupo gerador próprio.
De modo simplificado desconsiderando o efeito magnético, é possível calcular a queda de tensão de modo tolerável usando os valores de resistência dos condutores e as equações abaixo:
Para o cálculo da resistência ôhmica.
Onde:
R: Resistência elétrica em ohm.
ρ: Resistividade especifica do material (0,0172 para o cobre).
l: Comprimento do condutor em metros.
S: Seção do condutor em mm².
Exemplo: Um cabo de cobre, seção 2,5mm², alimentando uma tomada a 25m da fonte alimentadora.
R=(0,0172*25)/2,5 R=0,172Ω
Para o cálculo da queda de tensão:
Onde:
ΔV: Queda de tensão em volt.
R: Resistência elétrica por fase em ohm.
I: Corrente elétrica em ampère.
cosθ: Fator de potência.
Exemplo: Ainda com a mesma tomada, considerar que ela alimenta uma carga que consome 9A e que o fator de potência seja 0,8.
ΔV=2*0,172*9*0,8 ΔV=2,47V
Para o percentual de queda de tensão.
%ΔV = 100 * 2,47/220
%ΔV = 1,1227%.
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Bibliografia
ABNT NBR 5410:2004 Versão Corrigida:2008 - Instalações elétricas de baixa tensão. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. 30/09/2004.
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