Barramentos blindados: assim a eletricidade viaja por uma “autoestrada” - Parte I

Edição 98 - Março de 2014

Aula prática – Barramentos blindados -Parte I

Por Nunziante Graziano*

Em forte expansão, esse sistema elétrico de distribuição apresenta uma enorme conveniência e grande capacidade de carga com reduzi-

das dimensões. Vamos analisar aqui algumas das características técnicas e normativas que possibilitam essas afirmações.

Os recentes desenvolvimentos tecnológicos na construção civil, cada vez mais orientada na premissa de utilização de elementos pré-

fabricados, vem deixando cada vez menos opções para o sistema elétrico de distribuição. Excluindo-se as instalações aparentes, nem

sempre exequíveis devido à falta de paredes ou estruturas úteis para que se instalem eletrocalhas (e às vezes por causa do custo consi-

derável da mão de obra), não restam muitas possibilidades, tais como: distribuição subterrânea ou de piso, eletrocalhas presas ao teto

(onde o pé-direito permitir) ou a distribuição pré-fabricada por barramentos blindados.

Distribuição subterrânea ou de piso: largamente difundida no setor terciário, utiliza os espaços entre as lajes e os pisos elevados, forros

do andar inferior ou enterradas quando o layout de utilização já está previsto no projeto do edifício. Este sistema é muito útil como

complemento para a instalação dos circuitos terminais de distribuição, no caso de circuitos com pequenas cargas ou quando a proteção

e/ou controle são centralizados num único painel de distribuição, enquanto, para a distribuição principal centralizada em um único

quadro geral de distribuição com grande quantidade de circuitos alimentadores, pode ser considerado definitivamente obsoleto, especi-

almente para as dificuldades de alterações de cargas ou de layout após a conclusão da obra.

Distribuição pelo teto: apresenta praticamente as mesmas características de distribuição enterrada, mas presume a existência de um

pé-direito baixo, sem interferências móveis como talhas ou pontes rolantes no ambiente industrial, ou de forro para ambientes de escri-

tório. Quanto ao tipo de distribuição, convém considerar outros aspectos não negligenciáveis. Tal como é conhecido, o sistema tradicio-

nal de distribuição radial (feito a partir de um único quadro com uma linha dedicada) tem seus pontos fortes e fracos. As principais van-

tagens são:

• Maior continuidade de serviço, pois a operação exclusiva possibilita o desligamento de uma única carga;

• A maior facilidade na fase de projeto para o cálculo das correntes de carga e de defeito;

• Seletividade fácil de conseguir, pois, se o sistema for bem concebido, pode-se obter a intervenção exclusiva da proteção em circuitos

individuais.

As desvantagens, as quais são preponderantes nas plantas com um número elevado de circuitos, podem ser:

• Um grande número de circuitos e grandes volumes de cabos devido a grandes distâncias e relevantes quedas de tensão (muitas vezes

acompanhada por maiores dificuldades e custos de projeto);

• Um grande número de dispositivos de proteção nos quadros;

• Maior complexidade (sempre acompanhado por um custo mais elevado) do painel de distribuição;

• A necessidade de adotar linhas longas e de grandes seções para cargas de pequenas potências;

• Um baixo índice de utilização do cobre, pois como os cabos de distribuição para circuitos terminais são de pequenas ou médias seções,

sempre calculadas com fator de simultaneidade unitário, ao invés disso, nas eletrocalhas são amontoados e então deve-se corrigir o

fator de agrupamento conforme recomenda a ABNT NBR 5410, reduzindo até metade a eficiência da utilização de um cabo em eletroca-

lhas cheias.

Seria irrelevante dizer que estas desvantagens estão intrinsecamente ligadas a aumentos consideráveis dos custos de instalação.

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Dessa maneira, a distribuição por elementos pré-fabricados ou barramentos blindados pode ser uma alternativa viável, pois:

• apresenta um número de linhas substancialmente reduzido;

• apresenta número de dispositivos de proteção substancialmente reduzido nos quadros;

• geralmente tem uma menor complexidade, muitas vezes acompanhada de custo menor.

Nota 1: Os disjuntores instalados nos quadros geralmente são de grandes capacidades, nem sempre garantindo custos e dimensões dos

quadros menores quando comparados com o sistema de distribuição radial.

No entanto, o sistema com barramentos blindados tem desvantagens, como:

• uma menor continuidade de serviço, pois o desligamento de uma linha pode exigir, em princípio, a exclusão de todos os usuários;

• a dificuldade de calcular as reais correntes de carga e defeito, ainda na fase de projeto, especialmente para cargas não lineares;

• a calibração difícil das proteções, devido às correntes presumidas e não efetivas – especialmente se as cargas individuais não têm prote-

ção dedicada;

• a dificuldade de solução de defeitos, pois a localização se torna mais difícil.

Nos últimos anos tem havido, entretanto, diferentes realizações das ditas soluções “mistas”. Elas consistem de alimentação tipo radial

primária e uma distribuição por barramentos blindados terminal (ou vice-versa), de modo a mitigar as desvantagens de ambos os siste-

mas em nível local.

Amplamente usados no passado nos Estados Unidos, os barramentos blindados são constituídos de um sistema de barramento, em cobre

ou alumínio, espaçados e apoiados por isoladores e contidos em um invólucro fechado. O invólucro é normalmente feito de chapa de

aço galvanizado ou pintado que pode, se necessário, ser usado como um condutor de terra (PE).

A grande conveniência do barramento blindado em comparação com os cabos é a capacidade de condução muito maior nos barramentos

blindados comparando-se a mesma secção condutora, além da baixa taxa de envelhecimento do isolamento, constituído por resinas ou

ar, com ótimas características dielétricas e térmicas.

Outra vantagem significativa é a possibilidade de utilização total e reutilização das peças do barramento blindado no caso de alterações

de layout, mesmo depois de longos períodos de operação. Os barramentos blindados são sempre bem vistos para aplicação na distribui-

ção em grande escala na indústria, devido às grandes correntes transportadas (da ordem de algumas centenas de Àmperes).

Recentemente, no entanto, cada vez mais vem se difundindo significativamente a utilização de condutores por barramentos como fonte

de alimentação de equipamentos de iluminação, por unidade de ramificação do tipo conector.

A alternativa entre a distribuição radial e por barramentos blindados é, em última análise, negligenciando as adaptações, a escolha

entre cabos e barramentos. A distribuição radial com barramentos blindados compreende a utilização muito mais eficiente do condutor

que seria na mesma aplicação com cabos. De fato, o fator de agrupamento (que na maior parte dos casos são baixos) resultam em utili-

zação de seções de condutores substancialmente menores que àquelas dos cabos. No estado atual da técnica, os barramentos podem

ser preferidos aos cabos nos seguintes casos:

• As instalações têm potência relevante e são dotadas de dispositivos de proteção capazes de proteger, como retaguarda, as derivações;

• A instalação é sujeita a frequentes mudanças de layout e de localização das cargas;

• A qualidade da energia (notadamente à queda de tensão admissível no circuito) não é negligenciável, especialmente quando se trata de

distribuição de energia não medida e da localização do ponto de entrega da concessionária ao consumidor, como em edifícios residenci-

ais e/ou comerciais com medição de tarifação nos andares.

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Na próxima edição, apresentaremos as características técnicas normativas relativas a barramentos blindados, para que seja possível

realizar de forma eficiente a tipologia de condutor e a tecnologia adequada para a linha elétrica pré-fabricada para cada aplicação.

Barramentos blindados: assim a eletricidade viaja por uma “autoe-strada” - Parte II

Edição 99 - Abril de 2014

Aula prática – Barramentos blindados -Parte II

Características técnicas normativas aplicáveis aos barramentos blindados

Os barramentos são usados não apenas para alimentação e distribuição de energia em edifícios residenciais, comerciais, públicos, agrí-

colas e industriais, mas também podem ser usados para sistemas de iluminação e de potência.

Os barramentos blindados têm tratamento normativo que se assemelha ao padrão de quadros TTA e eles devem ser totalmente testados

por ensaios de tipo e de rotina pelo fabricante. Além dos elementos retilíneos, são aplicáveis ensaios aos elementos de ramificação, os

conhecidos “plug-ins”, onde podem ser inseridos dispositivos de proteção, dispositivos eletrônicos, de comunicação ou de controle re-

moto, como contatores, tomadas de corrente ou outros dispositivos.

Para o Brasil, as normas relevantes são:

ABNT NBR IEC 60439-1: Conjuntos de manobra e controle em baixa tensão – Parte 1: Conjuntos com ensaio de tipo totalmente testados

(TTA) e conjuntos com ensaio de tipo parcialmente testados (PTTA);

ABNT NBR IEC 60439-2: Conjuntos de manobra e controle de baixa tensão – Parte 2: Requisitos particulares para linhas elétricas pré-

fabricadas (sistemas de barramentos blindados);

ABNT NBR 16019: Linhas elétricas pré-fabricadas (barramentos blindados) de baixa tensão – Requisitos para instalação.

A atual norma para barramentos blindados é a ABNT NBR IEC 60439-2. Um resumo das mais relevantes informações:

• Unidades de derivação dos barramentos podem ser equipamentos parcialmente sujeitos aos ensaios de tipo. Eles podem conter compo-

nentes, como os dispositivos de proteção (como fusíveis, interruptor com fusíveis, disjuntores, interruptores de fuga à terra, etc.);

equipamentos de comunicação ou controle remoto como contatores, tomadas de corrente eletrônico e outros dispositivos de ligação;

• Valores de resistência, reatância e impedância do sistema: o fabricante deve indicar, além dos valores de resistência, reatância e impe-

dância em condições normais (20 °C), também os valores da impedância de defeito, de modo a permitir que o projetista possa calcular

as correntes de

curto-circuito em todos os pontos do sistema elétrico, que também inclui o barramento blindado. Estes valores devem ser indicados nos

documentos do fabricante (catálogos, instruções, etc.);

• Condições de serviço: como um barramento pode ser usado em diferentes condições de instalação – por exemplo, os condutores podem

ser colocados na vertical ou horizontal –, o fabricante deve estabelecer o coeficiente correspondente de posição (K2), que é usado para

determinar a corrente de carga do sistema. Em algumas instalações (por exemplo, para a transmissão de dados em rede, no aparelho de

radiologia), pode ser necessário saber a intensidade do campo magnético na periferia da barra e a norma sugere, no anexo K, um mé-

todo para o cálculo do módulo do campo magnético em torno ao barramento;

• Comportamento sob fogo: as regras que lidam com o comportamento sob fogo são variadas e são destinadas principalmente para solu-

ções de cabo, mas a ABNT NBR IEC 60439-2 padroniza os requisitos para o comportamento sob fogo para os barramentos blindados. A

seguir estão listados os principais requisitos da norma no que diz respeito ao comportamento sob fogo;

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• A resistência dos materiais ao calor anormal: materiais de isolamento que entram na composição dos barramentos blindados devem ser

submetidos ao teste, chamado de "glow-wire" ou “fio incandescente”, de acordo com a IEC-60695.2.1;

• Não propagação: no caso de um barramento submetido a fogo, verifica-se seu comportamento, fornecendo uma prova de que mais se

aproxima das condições fogo real (teste realizado em conformidade com a norma IEC-60332-3);

• Segregação de incêndio: os barramentos devem ser submetidos aos ensaios especificados pela norma ISO 834, verificação da sua capaci-

dade para resistir a chamas e gases, e para a penetração do fogo numa barreira corta-fogo para o período de, no mínimo, duas horas (as

condições de teste e das paredes estão descritas no anexo H da referida norma);

• Ensaios de elevação de temperatura: estes ensaios, além dos elementos de transporte e distribuição que devem ser testados para cada

modelo e corrente nominal, devem ser também realizados em cada tamanho de unidade de derivação “plug-in”, previsto para ser co-

nectado ao barramento;

• Verificação da resistência ao esmagamento: a seção reta do barramento deve suportar a carga de esmagamento de, pelo menos, quatro

vezes a massa linear (quilogramas por metro) da unidade, se o barramento for declarado para uma carga mecânica normal e pelo menos

quatro vezes a unidade de massa linear (quilogramas por metro quadrado), acrescido de 90 kg se o tubo for declarado para uma carga

mecânica pesada.

A norma para barramentos blindados é substancialmente detalhada para tornar os produtos confiáveis e adequados para uso em certas

aplicações de risco de incêndio, em que os barramentos são fabricados em conformidade com a norma ABNT NBR IEC 60439-2, proporci-

onando excelente desempenho em comportamento sob fogo.

Na norma anteriormente mencionada, no entanto, são elencados os ensaios de tipo que têm por finalidade verificar a conformidade de

um determinado tipo de barramento com os requisitos da NBR. Os ensaios devem ser realizados, por iniciativa do fabricante, em uma

amostra de barramento ou partes relevantes, construído de acordo com o mesmo projeto ou de acordo com um projeto similar.

Os ensaios de tipo são:

1. Verificação dos limites de temperatura;

2. Verificação das propriedades elétricas;

3. Verificação de curto-circuito;

4. Verificação da eficiência do circuito de proteção;

5. Verificação de distâncias de isolação e escoamento;

6. Verificação do funcionamento mecânico;

7. Verificação do grau de proteção;

8. Avaliação da resistência, reatância e impedância;

9. Verificação da solidez estrutural;

10. Controle da duração da vida de barramentos com meios de derivação por carro coletor.

Qualquer alteração das unidades constituintes do barramento implica a necessidade de novos ensaios de tipo, apenas se a alteração

acima afetar ou alterar os resultados dos testes já realizados. Ao contrário do que acontece para os cabos, ainda não foram definidas

padronizações quanto ao tamanho, e que, por conseguinte, estão ligados diretamente a cada solução de fabricante.

Partes principais e características técnicas de barramentos blindados

A ABNT NBR IEC 60439-2 descreve as seguintes partes constituintes:

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• Unidade de barramento com meios de derivação: unidades projetadas que permitem a instalação de meios de derivação em um ou mais

pontos predeterminados pelo fabricante. A ligação dos meios de derivação (“plug-ins”) à unidade de barramento pode ou não solicitar

que a barra esteja desenergizada.

• Unidade de derivação (“plug-in”): unidade de saída para derivar energia da barra por meio de conector, tais como unidade de contato

rotativa móvel, dispositivo de deslizamento ou com tomada “plug-in” de conexão ao longo do barramento em espaçamentos modulares,

por exemplo, a cada metro. Existem ainda caixas equipadas com fusíveis (tipo NH), interruptores com fusíveis sob carga, ou disjuntor,

seja termomagnético, eletrônico ou diferencial.

• Unidade de mudança de direção: elementos de curva de barramento (também de ângulos diferentes 90°), derivações tipo “T”, etc.

• Elementos de redução de barramentos: unidades de junção entre barramentos de capacidades diferentes;

• Elementos de dilatação: destina-se a permitir um movimento ao longo do eixo do barramento, por exemplo, para a expansão térmica ou

na transição entre elementos de construção diferentes (pavilhões de galpões estruturalmente separados, mas funcionalmente unidos);

• Unidade de transposição das fases: destina-se à mudança da posição relativa das fases condutoras para equilibrar a reatância indutiva

ou transpor as fases;

• Unidades flexíveis: unidades previstas para serem curvadas durante a instalação;

• Unidades de alimentação: destina-se a ser o ponto de entrada ou saída, sendo, na prática, o ponto de fronteira entre o barramento e o

restante da instalação (também chamado de caixa de cabo).

Características elétricas

Como anteriormente especificado, as características elétricas do barramento não são comparáveis com as dos cabos, mas sim análogas

às dos quadros e painéis.

Em particular:

- Corrente nominal “In” identifica a corrente de regime permanente;

- Ao contrário dos cabos, indica-se a corrente suportável nominal de curta duração Icw (referência 1 s, a menos que seja especificado

um período de tempo diferente), em lugar da energia específica passante admissível (K²S²);

- A suportabilidade ao curto-circuito é identificada por Icw e um segundo parâmetro Ipk é definido como o valor de crista da corrente

suportável de curta duração definida para o barramento;

- São consideradas as tensões nominais de operação (Un) e o isolamento (Ui);

- Finalmente, o último dado que diversifica a classificação de um barramento blindado é o grau de proteção IP do invólucro.

Um conjunto de dados fundamental que o fabricante é obrigado a fornecer consiste nos parâmetros longitudinais como: valor de resis-

tência de fase (Rf), reatância fase (Xf), todos com referência por metro longitudinal de barramento, o que nos permite calcular a queda

de tensão e as correntes de curto-circuito. Na etiqueta de dados também deve ser indicado o valor da impedância (Zt, impedância por

metro de comprimento do conjunto de Fases+T), para que seja possível calcular, no esquema de aterramento TN, a impedância de se-

quência zero no momento da falta.

Outros fatos importantes são: seção dos condutores de fase (Sf), seção do condutor neutro (Sn) e a seção do condutor de proteção

(Spe).

As duas condições mais habituais de instalação são suspensas ou em prateleiras. A suspensão é apoiada por escoras no teto ou estrutura

semelhante, nos tirantes ou terças. As prateleiras são aplicadas às paredes do perímetro da estrutura, apoiadas em vigas como na ma-

neira clássica para a distribuição de eletrocalhas de cabos. Recentemente, vários fabricantes de barramentos blindados começaram a

fornecer os elementos de fixação e suspensão como acessórios opcionais. A posição dos barramentos também é uma informação rele-

vante. O fabricante deve declarar se há ou não modificação, e em que porcentagem, na capacidade de condução de corrente se o bar-

ramento é montado na horizontal ou na vertical.

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Critérios para a seleção e dimensionamento

A razão pela qual, em plantas industriais com um elevado número de cargas, barramentos blindados são preferidos a cabos deve-se

principalmente ao fato de que, na presença de muitas cargas de pequeno porte com fatores de simultaneidade baixo (ou poucas máqui-

nas de grande potência destinadas a trabalhar em cascata ou sequência), é preferível utilizar um tipo de distribuição como uma espinha

dorsal, em que se opta muito facilmente por um barramento blindado.

Adicionalmente, elementos pré-fabricados permitem intuir que é possível instalar elementos de proteção individual para cada máquina

(por meio do disjuntor no “plug-in”, por exemplo), garantindo, dessa forma, a seletividade e a continuidade de serviço comparável

àquela que ocorreria em um sistema de distribuição radial realizado com cabos.

Depois de definidos o número e a tipologia das cargas da instalação, em geral, pode-se então definir a corrente nominal “In” de regime

permanente exigível para o barramento blindado, de forma análoga com a qual se obtém a potência do transformador que o alimentará.

Depois de identificar a corrente nominal, os outros parâmetros são definidos: grau de proteção IP; tipo de instalação (na vertical ou

horizontal) e/ou (suspensos ou em prateleiras); número de derivações a serem fornecidas (“plug-ins”); comprimento da linha; tipo e

maneira de alimentação; número de polos; distância de fixação e tipo de suporte; tipo de proteção a ser instalada em derivações “plug-

in” [corrente nominal, tipo de proteção (fusível ou disjuntor automático].

Depois de todas estas definições, é necessário calcular a queda de tensão (concatenada) percentual para carga concentrada no final da

linha, determinada com a relação:

Em que:

U: tensão (fase) em volts [V];

m: 1,73 (em circuitos trifásicos) ou 2 (em circuitos monofásicos);

Ib: corrente de regime em amperes [A];

L: o comprimento da linha em metros [m];

r: resistência de fases específica;

x: reatância de fases específica;

cosØ: fator de potência da carga.

No caso de carga uniformemente distribuída ao longo da linha, para obter-se a queda de tensão nesta situação, divide-se pela metade o

resultado obtido pelo método de cálculo descrito anteriormente.

No próximo artigo definiremos como podem ser selecionados os elementos de proteção contra sobrecargas e curto-circuito, além de

apresentar alguns fundamentos sobre as solicitações térmicas e eletrodinâmicas.

Barramentos blindados: assim a eletricidade viaja por uma “autoe-strada” - Parte III

Edição 100 - Maio de 2014

Aula prática – Barramentos blindados -Parte III

Como selecionar elementos de proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos

Para a proteção de barramentos blindados contra sobrecargas, podem-se adotar soluções diferentes. A solução clássica é a de utilizar

disjuntores nos quadros alimentadores, individualizados, para a proteção de cada uma das linhas. Ou seja, para proteção eficaz, basta:

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Ib > Ip

Em que:

Ib – Capacidade nominal de corrente do barramento blindado;

Ip – Corrente nominal do disjuntor de proteção do barramento blindado.

A segunda solução pode ser implementada protegendo-se individualmente cada saída ou derivação plug-in, neste caso, contudo, é ne-

cessário assegurar que a soma de todas as correntes nominais de tais dispositivos de proteção não exceda a corrente nominal do barra-

mento localizado à montante.

Uma terceira solução prevê a proteção contra sobrecargas para mais de uma linha de barramento blindado colocadas em paralelo sobre

a saída de um único disjuntor. No entanto, esta solução é viável somente se a corrente nominal do interruptor não for maior do que a

capacidade de cada uma das linhas, o que torna esta técnica pouco atraente, porque ela não permite que você tire proveito da corrente

nominal total de cada uma das linhas de barramento.

Nas linhas de barramentos que alimentam exclusivamente cargas de iluminação, a proteção contra sobrecargas pode ser omitida, o que

resulta em uma notável simplificação do sistema.

Em consequência das características técnicas dos barramentos blindados, notadamente impedâncias, as correntes de curto-circuito são

particularmente elevadas. Assim sendo, para proteção contra

curtos-circuitos, é necessário considerar:

- Cálculo da corrente presumida de curto-circuito no sistema;

- Proteção contra as solicitações eletrodinâmicas decorrentes do defeito;

- Proteção contra sobreaquecimento.

Para avaliar a corrente de curto-circuito é necessário conhecer a impedância dos elementos. Este parâmetro é definido pela relação:

Em que:

L: é o comprimento do trecho de barramento em metros (m);

r: é a resistência por unidade de comprimento [W/m];

x: é a reatância específica por unidade de comprimento [W/m].

Em casos em que há um ou mais condutores à montante ou à jusante do trecho de barramentos, é necessário efetuar a soma de suas

resistências e reatâncias separadas:

Para o cálculo da corrente de curto-circuito de defeito fase-terra e fase-N, é aplicado um procedimento equivalente, em que serão

considerados os valores da resistência e reatância por metro de comprimento do circuito fase-terra e fase-N, fornecido pelo fabricante.

Para barramentos blindados, os valores nominais de resistência e reatância são referidos a uma temperatura de equilíbrio térmico. Em

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condições de

curto-circuito, a temperatura das barras pode alcançar valores próximos a 130 °C / 160 °C, valores que são muito mais elevados do que

a temperatura alcançada nas condições nominais de serviço. Como consequência, a resistência de fase em um barramento sob condi-

ções de curto-circuito terá um valor maior que em condições nominais e o cálculo das impedâncias será consideravelmente arredondado

para baixo.

A corrente de curto-circuito real será, por conseguinte, menor do que a presumida e calculada, o que fornece uma boa margem de se-

gurança. No entanto, por meio de apropriada majoração, pode-se favorecer o cálculo da real corrente mínima de defeito fase-terra (Ig)

e, por conseguinte, é possível avaliar se o disjuntor de proteção da linha é capaz de intervir dentro de 0,4 segundo (no caso de linhas

que compreendam derivações plug-in terminais fornecidos), ou 5 segundos (em caso de anel constituído por apenas condutores princi-

pais).

Solicitações eletrodinâmicas nos barramentos sob curto-circuito

Quando a proteção é realizada com disjuntores tipo seletivo automático (que não exercem qualquer limitação de corrente de crista ou

energia térmica), a capacidade de suportar o curto-circuito deve ser cuidadosamente considerada. No tocante aos esforços eletrodinâ-

micos, deve ser satisfeita em primeiro lugar a seguinte relação:

Ip ≤ Ipk

Em que:

Ip: corrente de crista limitada pelo disjuntor na corrente de curto-circuito Icc presumida;

Ipk: corrente de crista admissível do barramento.

A importância desta condição reside no fato de que a corrente de crista determina, no período subtransitório, a extensão dos esforços

eletrodinâmicos nos isoladores. Daqui resulta que deve ser igual Ipk ou superior (mas não inferior) para a corrente crista. A corrente de

crista pode ser facilmente calculada multiplicando a corrente presumida de curto-circuito (Icc) por um fator adequado n.

Nota: Os valores na tabela representam a maioria das aplicações. Em situações particulares, por exemplo, na proximidade de transfor-

madores ou geradores, o fator de potência pode assumir valores inferiores e, nestes casos, o valor máximo da corrente de crista presu-

mida pode tornar-se o fator limitante, ao invés do valor eficaz da corrente de curto-circuito.

Solicitações térmicas nos barramentos sob curto-circuito

Para a contenção das solicitações térmicas nos barramentos sob condição de curto-circuito, a seguinte relação deve ser satisfeita:

A²s ≤ I²cw . t (em que geralmente t = 1 s)

Assim:

- A²s: energia específica passante por meio de dispositivo de proteção;

- Icw: corrente suportável nominal de curta duração do barramento blindado.

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A presença de disjuntores limitadores de corrente (considerando Icw referido a um tempo genérico t), implica a seguinte mudança na

relação anterior:

I²cc . (tr + 0,001) ≤ I²cw . t

Em que:

tr: tempo de retardo imposto ao disjuntor limitador de corrente [s].

A tabela a seguir resume as condições de proteção de barramentos blindados contra sobrecorrentes inerentes a sobrecargas e curtos-

circuitos.

O próximo artigo abordará como devem ser selecionados os elementos de proteção contra sobrecargas e curto-circuito nos elementos

terminais (derivações plug-in) e nas reduções de capacidade nominal em linhas longas, além de apresentar algumas particularidades de

montagem, instalação e colocação em serviço.

Barramentos blindados: assim a eletricidade viaja por uma “autoe-strada” - Parte IV

Edição 101 - Junho de 2014

Aula prática – Barramentos blindados - Parte IV

Como selecionar elementos de proteção contra sobrecargas e curto-circuito nos elementos terminais (derivações plug-in) e nas

reduções de capacidade nominal em linhas longas de barramentos blindados.

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Proteção em elementos terminais

A proteção dos elementos terminais está sujeita ao comprimento da linha e condições de proteção local à jusante dessa derivação. A

ABNT NBR IEC 60439-2 impõe que a posição do dispositivo de proteção contra curto-circuito esteja localizada no ponto em que há uma

redução da seção dos condutores. Exceções a esta exigência são permitidas quando, entre o ponto de redução da secção e a posição do

dispositivo que protege o trecho do barramento, sejam atendidas quatro condições descritas a seguir:

1) Comprimento não superior a três metros;

2) Barramento construído de modo a minimizar o risco de curto-circuito;

3) Não seja instalado perto de materiais combustíveis;

4) Não seja instalado próximo a lugares com maior risco em caso de incêndio ou perigo de explosão.

Outra solução considerada é a eventualidade de o dispositivo de proteção situado à montante da redução da seção possuir característi-

cas operacionais de tal forma que proteção contra curto-circuito na linha seja realizada. Uma outra solução ainda que pode ser adotada

é aquela que fornece proteção contra curto-circuito posicionada no ponto de derivação.

Em última análise, proteção contra sobrecarga e curtos-circuitos em trechos de derivação de comprimento inferior a três metros pode

ser alcançada pela adoção de derivação equipada com dispositivos de proteção, ou ins-

talando disjuntores na carga, de acordo com os critérios habituais já definidos. Se os

circuitos são longos, além de três metros, deve-se adotar derivação equipada com dis-

positivos de proteção, mesmo em presença de disjuntores localizados na carga. Neste

segundo caso, no entanto, é suficiente que somente a unidade de derivação seja equi-

pada contra curto-circuito.

Se a carga é constituída por um motor, deve-se atentar às correntes nominal e de par-

tida, e então especificar o elemento de proteção contra sobrecarga e curto-circuito

que, naturalmente, permita que o motor arranque. Para proteção contra sobrecargas,

basta utilizar proteção térmica. Para a proteção contra curtos-circuitos, pode-se utili-

zar fusíveis do tipo aM (adequados para motores) dispostos em série. É uma boa prática

fornecer também relé térmico, do tipo diferencial, que possa atuar rapidamente no

caso de ausência de uma fase, de modo a não danificar o motor pelo estresse resultante térmico da falta de fase. A proteção do motor

contra sobrecarga e curto-circuito pode também ser obtida diretamente utilizando-se um disjuntor-motor modular.

Nota 1 – Os fusíveis normais não são recomendados para proteção contra sobrecarga de motores, pois fusíveis de corrente nominal ade-

quada à proteção contra sobrecargas não permitem a partida do motor, pois atuam a 1,6 xIn, enquanto fusíveis que permitam a partida

do motor não fornecem proteção para sobrecargas.

Nota 2 – Fusíveis do tipo aM são escolhidos pela corrente nominal do motor. Pode-se também usar um tipo de fusível gG (tipo geral), de

corrente equivalente ao dobro da corrente nominal do motor.

Condições de construção e instalação

A utilização de linhas elétricas pré-fabricadas do tipo barramento blindado permite a máxima racionalização da distribuição da energia

elétrica. As principais vantagens (econômica e prática) são: a capacidade de condução muito superior à dos cabos, quando se compara

as mesmas seções nominais; e a velocidade de implementação.

Não é desprezível, adicionalmente, a flexibilidade e a reutilização completa de partes quando ocorrem mudanças de layout ou novas

ampliações, que, no caso de utilização de cabos, normalmente não é possível.

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Depois, há a conveniência de se ter, já na fase de projeto, elementos padronizados e unidades modulares que permitem uma avaliação

econômica, basicamente preventiva, sendo dividida pela eficiência do emprego da mão de obra de instalação, quantidade e custo de

todos os materiais necessários, e uma considerável simplificação dos cálculos técnicos.

Considerando-se as possibilidades de derivação, existem basicamente duas formas:

- Acoplamento: ele é constituído por um elemento conector fixo que liga a linha principal com a derivação, que geralmente é fornecida

com proteção e usada como um plug-in com unidade de seccionamento e proteção. Este dispositivo deve ser instalado fora de alcance

se a corrente nominal for superior a 16 A, e deve ser equipado com sinalização “Não opere sob carga”.

- Coletor móvel (Trolley): Consiste em um carrinho equipado com rolos ou contatos deslizantes. Este carrinho pode ser equipado com

proteção (fusíveis em geral).

O primeiro tipo é muito difundido em ambientes de construção civil, industrial e do setor terciário, com a introdução da linha de barra-

mentos blindados do tipo “iluminação”, enquanto o segundo tipo é usado quase que exclusivamente na indústria, especialmente, para a

fonte de alimentação de pontes rolantes, guinchos ou outras cargas em movimento. O invólucro exterior (se metálico) pode ser usado

como um condutor de proteção, somente se for permitido e explicitamente indicado

pelo fabricante do barramento blindado. Não é permitida a utilização como condutor

PE, ainda que haja continuidade elétrica da carcaça ao longo de toda a linha por “jum-

pers” ou diretamente pela montagem (se não for garantida pelo fabricante), pois não

são garantidas a estabilidade e a resistência mecânica aos efeitos eletrodinâmicos em

termos de curto-circuito para a terra. É interessante destacar o uso de sistemas de con-

trole e/ou monitoramento remoto tipo ModBus, Ethernet ou outros protocolos que estão

enfrentando rápido desenvolvimento em todos os setores. O monitoramento de corren-

tes, fluxos de potência e qualidade da energia transportada têm sido alvo das redes de

dados em barramentos blindados, e estão sendo facilmente implementadas, agregando

mais valor a um sistema repleto de tecnologia.

Os contornos básicos de um sistema de barramentos blindados são geralmente definidos

pelo projetista, que determina as características principais dos componentes, desde a

alimentação das cargas e condições de instalação, características térmicas da periferia

até os demais detalhes de suportação, como instalação horizontal, vertical ou em pru-

mada.

Em particular, devem ser considerados:

- Potência instalada;

- Tipo, quantidade e eficiência das cargas;

- Fatores de simultaneidade e de carga;

- Corrente máxima absorvida pela planta;

- Fator de potência médio;

- Estimativas de ampliação da instalação;

- Estrutura, tipo e condições do local de instalação.

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A principal tarefa do instalador reside nas operações de montagem dos diversos elementos, de acordo com as instruções do fabricante.

De modo geral, a facilidade de instalação depende da qualidade de peças necessárias para completar a montagem, evidentemente re-

firo-me aqui ao projeto do barramento, notadamente à quantidade de parafusos a serem torqueados por emenda, quantidade de emen-

das e peso específico das peças, bem como continuidade elétrica do invólucro previsto para ser o condutor PE.

É importante que o instalador não implemente modificações relativas aos elementos constitutivos dos barramentos blindados, pois isso

pode afetar seriamente a certificação dos componentes, a eficiência em condições de falta e, finalmente, a exclusão da garantia. Um

outro elemento de interesse constitui-se pelas condições da montagem. Em instalações suspensas, os fabricantes geralmente indicam

que o valor da flecha não exceda 1/250 da distância entre eixos. No entanto, o efeito das derivações “penduradas” pode ser mitigado

pela colocação do condutor com o eixo maior na vertical, de modo a oferecer a ação contrária ao peso e ao momento de inércia, e re-

duzir a acumulação de poeiras e depósitos. Enquanto não há nenhuma exigência específica normativa (na mesma linha dos painéis elé-

tricos), é sempre aconselhável obter uma certificação de conformidade dos componentes, com seus anexos técnicos e descritivos funci-

onais, o que não é difícil, dado que se trata de componentes elétricos de estrutura modular, que todos os fabricantes podem, sem gran-

des dificuldades, produzir a documentação adequada.

No final da instalação devem ser realizados todos os testes prescritos pela ABNT NBR IEC 60439-2, em especial:

- Teste de continuidade do invólucro metálico externo;

- Medição da impedância de “loop de falta a terra” (para sistemas TN);

- Medição da resistência de isolamento.

Referências bibliográficas

- Manual técnico de cálculo de líneas en baja tensión y aplicaciones (canalizaciones eléctricas prefabricadas – Tomo I, por Jorge Gallego

i Fernandez, 1ª Edição, 05/2003, Editora Iberica BD;

- La guida dell’ufficio técnico (4 – 2001), baseado no artigo técnico de Francesco Paoletti.

*Nunziante Graziano é engenheiro eletricista, mestre em Energia pelo Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São

Paulo (IEE/USP), pós-graduado em Política e Estratégia da Associação dos Diplomados da Escola Superior de Guerra ADESG-SP. É mem-

bro da ABNT/ CB-3/CE:03:17.03 – Conjunto de Manobra e Controle em Invólucro Metálico para tensões acima de 1 kV até e, inclusive,

36,2 kV; e membro do conselho diretor do IEE/USP. Atualmente, é diretor da Gimi Pogliano Blindosbarra Indústria e Comércio de Bar-

ramentos Blindados.

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