Definição Os condutores elétricos constituem os principais componentes das linhas elétricas que conduzem eletricidade até as cargas elétricas. Define-se condutor elétrico como sendo o produto metálico, geralmente de forma cilíndrica, utilizado para transportar energia elétrica ou transmitir sinais elétricos. 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.

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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.

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Basicamente podemos considerar três tipos de condutores elétricos:

• fios – usados diretamente no transporte de eletricidade. Podem ser nus (sem isolação) ou com isolantes (PVC, XLPE, etc).

• cabos – são os conjuntos de fios encordoados, isolados ou não entre si, podendo o conjunto ser isolado ou não.

• barramento – condutor rígido, em forma de tubo ou de seção perfilada. São utilizados diretamente em equipamentos, tais como quadros de distribuição.

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É importante definir também os conceitos de cabos unipolares e cabos multipolares. Cabos unipolares são cabos constituídos por um único condutor isolado e dotado de cobertura. Um cabo multipolar é constituído por dois ou mais condutores isolados e dotado de cobertura. Os condutores isolados constituintes dos cabos uni e multipolares são chamados de veias. Os cabos multipolares contendo 2, 3, 4, etc. veias são chamados, respectivamente, de bipolares, tripolares, tetrapolares, etc. Nos cabos uni e multipolares, a cobertura age principalmente como proteção da isolação, impedindo seu contato direto com o ambiente.

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Em termos de materiais, os mais usados são o alumínio e o cobre. Os condutores de alumínio são mais utilizados em linhas de distribuição e transmissão de energia elétrica. As instalações de baixa tensão são constituídas basicamente por condutores de cobre, sendo o alumínio utilizado somente em ocasiões específicas.

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Materiais utilizados como condutores elétricos

Os materiais utilizados para condução de corrente elétrica são classificados em dois grandes grupos:

a) Materiais de elevada resistividade;

b) Materiais de elevada condutividade.

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Condutividade: é a facilidade com o qual um material é capaz de conduzir um corrente elétrica, ou seja, o recíproco da resistividade.

É representado pela letra grega: σ (lê-se: sigma).

A unidade internacional da condutividade é o siemens/m (S/m).

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Resistividade: é a capacidade que um material tem de se opor ao fluxo da corrente elétrica.

É representado pela letra grega: ρ (lê-se: rô)

A unidade internacional da resistividade é o ohm metro (Ω.m).

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Os materiais de elevada resistividade destinam-se às seguintes aplicações:

Transformação de energia elétrica em térmica. Exemplo:fornos elétricos, chuveiros, aquecedores, ferros

elétricos, etc. Transformação de energia elétrica em luminosa. Exemplo: filamentos para iluminação em geral (tungstênio). Criar nos circuitos certas condições destinadas a provocar

queda de tensão. Exemplo: resistores e reostatos.

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Os materiais de elevada condutividade, destinam-se a todas as aplicações em que a corrente elétrica deve circular com as menores perdas possíveis, como por exemplo: ligações de aparelhos, equipamentos, dispositivos e transformações de energia elétrica em outra forma de energia.

Dentre os materiais de elevada condutividade e que possuem maior diversidade de utilização, podemos citar: cobre, chumbo, bronze, alumínio, platina, latão, prata e mercúrio.

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Para um condutor de cobre de seção transversal de 1,5mm² com 1 m de comprimento, calcule a seção transversal equivalente para os seguintes materiais, considerando o mesmo comprimento:

a) Alumínio; b) Tungstênio; c) Prata; d) Ferro; e) Latão.

Dados: ρcu = 1,72 x 10-8 Ω.m; ρal = 2,82 x 10-8 Ω.m ρw = 5,60 x 10-8 Ω.m; ρag = 1,59 x 10-8 Ω.m; ρfe = 1,00 x 10-8 Ω.m; ρlatao = 0,80 x 10-7 Ω.m.

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Exercício de fixação:

Uma fiação é feita com um fio de resistividade igual a 0,078 Ωmm²/m, que possui 780 m de comprimento. A área da secção desse fio vale 78 mm² e a sua resistência é de R ohms. Um eletricista contratado trocou o fio por outro de resistividade 0,040 Ωmm²/m e de diâmetro igual a 4 mm, a fim de diminuir a resistência oferecida à passagem da corrente. Considerando a situação descrita pergunta-se:

a) Qual a resistência do fio retirado?

b) Qual a resistência do novo fio?

c) Qual das duas fiações dá menos prejuízo?

d) O eletricista exerce bem a sua profissão?

e) Qual deveria ser a área do novo fio para que a resistência nova tivesse metade do valor da resistência antiga?

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Formas Geométricas: Os condutores, sejam de cobre ou de alumínio, são construídos de

diversas formas e cada uma delas possui um determinado tipo de aplicação, e segundo as alternativas possíveis, podem ser:

Redondo Sólido (fio); Condutor encordoado; e Condutor encordoado compactado.

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A NBR 6880 estabelece, para condutores de cobre 6 classes de encordoamento, numeradas de 1 a 6 com graus diferentes de flexibilidade:

• Classe 1: fios sólidos

• Classe 2: Condutores encordoados compactados ou não

• Classe 3: Condutores encordoados, não compactados

• Classe 4, 5 e 6: Condutores flexíveis.

Exemplo de uma seção nas diferentes categorias fabricado pela Prysmian:

Condutor 10 mm²:

Classe 1 - Um único fio circular.

Classe 2 - Sete fios não compactados ou seis fios compactados.

Classe 4 - Quarenta e cinco fios.

Classe 5 - Setenta e dois fios.

Classe 6 - Duzentos e setenta e dois fios.

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Isolação:

É um conjunto de materiais isolantes aplicados sobre o condutor, cuja finalidade é isolá-lo eletricamente do ambiente em que circunda.

Não se deve confundir isolação com isolamento.

Isolação: define o aspecto qualitativo, como por exemplo, isolação de PVC, XLPE, EPR, HEPR, etc.

Isolamento: se refere ao aspecto quantitativo, exemplo, condutor com tensão de isolamento para 750V, 1KV; resistência de isolamento de 12MΩ, 5MΩ, etc.

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Materiais empregados na isolação dos condutores:

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Termoplásticos Policloreto de vinila – PVC Polietileno – PE ou PET

Termofixos

Polipropileno Reticulado – XLPE Etileno Propileno - EPR

Estratificados Papel impregnado em massa Papel impregnado com óleo fluído sob pressão

Outros materiais Fibra de vidro Verniz

Os Termoplásticos amolecem com o aumento da temperatura, já os

termofixos não.

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Cobertura:

O material mais utilizado é o PVC

Principais características do PVC isolante:

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Resistência do PVC aos produtos químicos:

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As cores dos fios e cabos de baixa tensão:

A norma brasileira de instalações de baixa tensão (NBR 5410/04) faz recomendações claras a respeito da maneira adequada para se identificar os componentes em geral e os condutores em particular.

Condutor Neutro: “6.1.5.3.1 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor neutro deve ser identificado conforme essa função. Em caso de identificação por cor, deve usada a cor azul-claro na isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar ou na cobertura do cabo unipolar”.

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Condutor de proteção: “6.1.5.3.2 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor de proteção (PE) deve ser identificado de acordo com essa função. Em caso de identificação por cor, deve ser usada a dupla coloração verde-amarela ou a cor verde (cores exclusivas da função de proteção), na isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar ou na cobertura do cabo unipolar”.

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Condutor PEN: "6.1.5.3.3 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor PEN deve ser identificado de acordo com essa função. Em caso de identificação por cor, deve ser usada a cor azul-clara, com anilhas verde-amarelo nos pontos visíveis ou acessíveis, na isolação do condutor isolado ou da veia do cabo multipolar ou na cobertura do cabo unipolar".

Condutor Fase: "6.1.5.3.4 Qualquer condutor isolado, cabo unipolar, ou veia de cabo multipolar utilizado como condutor de fase deve ser identificado de acordo com essa função. Em caso de identificação por cor, poderá ser usada qualquer cor, observadas as restrições estabelecidas em 6.1.5.3.1, 6.1.5.3.2 e 6.1.5.3.3”.

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Seção Nominal

As seções nominais são dadas em milímetros quadrados (mm²), de acordo com uma serie definida pela IEC (International Electrotechnical Commission) e internacionalmente aceita, conforme tabela.

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0,5 0,75 1 1,5 2,5 4 6 10

16 25 35 50 70 95 120 150

185 240 300 400 500 630 800 1000

Chamamos de dimensionamento técnico de um circuito à aplicação dos diversos itens da NBR 5410/2004 relativos à escolha da seção de um condutor e do seu respectivo dispositivo de proteção.

Os seis critérios da norma são:

a) Seção mínima; conforme 6.2.6;

b) Capacidade de condução de corrente; conforme 6.2.5;

c) Queda de tensão; conforme 6.2.7;

d) Sobrecarga; conforme 5.3.3;

e) Curto-circuito; conforme 5.3.5;

f) Proteção contra choques elétricos; conforme 5.1.2.2.4 (quando aplicável).

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Tabela 47: NBR 5410/04, 6.2.6.1.1

Seção do Condutor Neutro

A norma NBR 5410/04 determina:

1. O condutor neutro não pode ser comum a mais de um circuito (6.2.6.2.1).

2. O condutor neutro de um circuito monofásico deve ter a mesma seção do condutor de fase (6.2.6.2.2).

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Num circuito trifásico com neutro e cujos condutores de fase tenham uma seção superior a 25 mm2, a seção do condutor neutro pode ser inferior à dos condutores de fase, sem ser inferior aos valores indicados na tabela 48, em função da seção dos condutores de fase, quando as três condições seguintes forem simultaneamente atendidas:

• O circuito for presumivelmente equilibrado, em serviço normal;

• A corrente das fases não contiver uma taxa de terceira harmônica e múltiplos superior a 15%; e

• O condutor neutro for protegido contra sobrecorrentes conforme 5.3.2.2.

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A NBR 5410/04 indica , por meio de tabelas de Capacidade de Condução de Corrente e submetida aos fatores de correção eventuais.

O que deve ser observado:

Tipo de isolação: determina a temperatura máxima a que o condutores poderão estar submetidos em regime contínuo.

Maneira de Instalar: exerce certa influencia no que se refere à capacidade de troca de calor entre os condutores e o ambiente.

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Referencia Descrição

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

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Estas tabelas foram determinadas considerando a temperatura ambiente de 30ºC e a temperatura do solo de 20ºC. Além do conhecimento do método de instalação é necessária a determinação do número de condutores carregados do circuito sob análise, conforme tabela abaixo.

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Sendo conhecidos os itens anteriores, ou seja:

1. Tipo de isolação dos condutores;

2. Maneira de instalar o circuito;

3. Corrente de projeto;

4. Número de condutores carregados do circuito.

Consultamos uma das tabelas de capacidade de condução de corrente (tabelas 36 a 39).

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Exercícios:

1.Determinar a seção dos condutores fase do circuito trifásico mostrado na figura abaixo. Serão utilizados cabos de PVC, dispostos em eletroduto aparente.

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2. Para o circuito abaixo determine o condutor necessário a sua alimentação, considerando condutores de PVC instalado em eletrodutos embutidos em alvenaria.

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3. Dimensionar os condutores para um chuveiro, tendo como dados: Pn = 5400W, V=220V, cosφ = 1, isolação de PVC, eletroduto de PVC embutido em alvenaria; temperatura ambiente: 30°C; comprimento: 20,00m.

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Fatores de Correção para Temperatura – k1

Utilizado para temperaturas ambientes diferentes de 30ºC para linhas não subterrâneas e de 20ºC (temperatura do solo) para linhas subterrâneas. (tabela 40 – NBR 5410/04).

Fatores de correção para resistividade térmica do solo – k2

Utilizado em linhas subterrâneas, onde a resistividade térmica do solo seja diferente de 2,5K.m/W. (Tabela 41 - NBR 5410/04).

Fatores de Correção para Agrupamento de Circuitos – k3

Para linhas elétricas contendo um total de condutores superior às quantidades indicadas nas tabelas. (tabela 42 a 45 - NBR 5410/04).

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Onde:

I’B= Corrente Corrigida.

IB= Corrente do Condutor.

K1= FC de temperatura (tab.40)

K2= FC para resistividade térmica (tab.41)

K3= FC de agrupamento (tab.42 a 45)

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Os fatores das tabelas 42 a 45 são válidos para grupos de condutores semelhantes, igualmente carregados, ou seja, contidas no intervalo de 3 seções normalizadas sucessivas.

Quando os condutores de um grupo não preencherem essa condição, o fator de agrupamento deve ser obtido:

1. Cálculo caso a caso, utilizando, por exemplo, a ABNT 11301;

2. Caso não seja viável um cálculo específico, adoção do fator F da expressão:

Onde: F = fator de correção

N = numero de circuitos ou cabos multipolares

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