DIMENSIONAMENTO DE RAMAIS ALIMENTADORES EM BAIXA TENSÃO (V <= 1,0 kV)

PARA CARGAS MOTORAS

1 OBJETIVO

Esta memorial de cálculo tem por objetivo apresentar os critérios utilizados no dimensionamento de

ramais alimentadores em baixa tensão (Vn ≤ 1,0kV em corrente alternada) utilizando cabos isolados.

2 PREMISSAS ADOTADAS

1.1 NORMAS APLICÁVEIS

- NBR-5410/2004 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão

1.2 CARACTERÍSTICAS DOS CABOS ELÉTRICOS

1.2.1 Construção

Cabos para circuitos de baixa tensão:

- isolação : PVC/ EPR / XLPE

- cobertura : PVC / PE

1.2.2 Temperaturas Máximas Admitidas nos Cabos

Em regime:

- PVC: 70 0C

- EPR / XLPE:90 0C

Em curto-circuito:

- PVC: 160 0C para cabos até 300 mm² e 1400C para cabos maiores que 300 mm²

- EPR / XLPE:250 0C

1.2.3 Formação dos Circuitos Alimentadores:

Os cabos podem ser unipolares ou multipolares.

1.3 CARACTERÍSTICAS DA INSTALAÇÃO

Os métodos de referência são os métodos de instalação, indicados na IEC 60364-5-52, 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.

NOTAS

1 Nos métodos A1 e A2, a parede é formada por uma face externa estanque, isolação térmica e uma

face interna em madeira ou material análogo com condutância térmica de no mínimo 10 W/m2.K. O

eletroduto, metálico ou de plástico, é fixado junto à face interna (não necessariamente em contato

físico com ela).

2 Nos métodos B1 e B2, o eletroduto, metálico ou de plástico, é montado sobre uma parede de

madeira, sendo a distância entre o eletroduto e a superfície da parede inferior a 0,3 vez o diâmetro

do eletroduto.

3 No método C, a distância entre o cabo multipolar, ou qualquer cabo unipolar, e a parede de

madeira é inferior a 0,3 vez o diâmetro do cabo.

4 No método D, o cabo é instalado em eletroduto (seja metálico, de plástico ou de barro) enterrado

em solo com resistividade térmica de 2,5 K.m/W, a uma profundidade de 0,7 m.

5 Nos métodos E, F e G, a distância entre o cabo multipolar ou qualquer cabo unipolar e qualquer

superfície adjacente é de no mínimo 0,3 vez o diâmetro externo do cabo, para o cabo multipolar, ou

no mínimo uma vez o diâmetro do cabo, para os cabos unipolares.

6 No método G, o espaçamento entre os cabos unipolares é de no mínimo uma vez o diâmetro

externo do cabo.

A seleção e a instalação de linhas elétricas são definidas pela Norma NBR-5410/04. As

maneiras de instalar são referidas na tabela 33 da NBR-5410.

CRITÉRIOS UTILIZADOS DO DIMENSIONAMENTO DE CIRCUITOS

A NBR-5410 trata dos critérios que devem ser adotados para dimensionamento de circuitos:

Com relação a queda de tensão, para o caso de cargas motoras, temos:

- Queda de tensão na partida

- Queda de tensão em regime

1.4 CORRENTE NOMINAL:

Para o cálculo da corrente nominal em alimentadores contendo motores de indução trifásicos,

será utilizada a seguinte fórmula:

* FS eq.[ 1 ]

Onde:

P = Potência da motor em kW

VN = Tensão nominal do circuito alimentador(kV)

cos Ø = Fator de potência do motor

η = Rendimento do motor

FS = Fator de serviço

1.4.1 Fatores de Correção:

Temperatura:

Segundo a tabela 40 da NBR 5410/04 – Fatores de correção para temperaturas, aplica-se:

Temperatura de referência para linhas subterrâneas : 20° C

Temperatura de referência para linhas não subterrâneas: 30 °C

Agrupamento:

Fatores de correção conforme tabelas 42 a 45 da NBR 5410/04 – Fatores de correção para

agrupamentos, em função da maneira de instalar e da quantidade de circuitos:

1.5 QUEDA DE TENSÃO

A queda de tensão nos circuitos é calculada pela seguinte fórmula:

eq.[ 2 ]

Onde:

ΔV = queda de tensão em Volt

Rca = resistência do cabo em Ω/km

Xl = reatância do cabo em Ω/km

i = corrente nominal do circuito em A (para queda de tensão em regime) ou corrente de

partida (para queda de tensão na partida)

L = comprimento do circuito em km

= fator de potência (“+” para FP indutivo e “–“ para FP capacitivo)

1.6 CURTO CIRCUITO

As bitolas dos cabos serão dimensionadas de modo a suportar as correntes de curto-circuito

previstas. A seção mínima será calculada de acordo com a equação abaixo:

S I x t Eq. [ 3 ]

K

Onde:

I = corrente de curto-circuito (A)

S = seção transversal (mm²)

t = tempo de duração do curto (s)

K = constante em função do tipo de isolação, cobertura protetora e material do cabo. Para cabos

EPR com cobertura em PVC em cobre o valor é 143 (tabela 30 da NBR 5410/04).

3 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO

Alimentador de um motor indução trifásico para uma bomba centrífuga:

Dados:

PN = 100 cv (Fator de serviço 1)

cos Ø = 0,85 regime

η=0,92

método de instalação - Cabos multipolares em eletroduto embutido no piso, considerar que além

deste ramal alimentador serão instalados mais cinco circuitos (cada circuito em eletroduto

exclusivo – espaçamento nulo entre eletrodutos). Utilizar cabos com isolação em EPR.

Temperatura no solo = 30°C

Distância: 300m

cos Ø = 0,15 partida

Tensão alimentação: 380 V

Método de partida = soft starter (Ip= 3 x In)

Corrente curto-circuito no condutor: 32 kA

Tempo de atuação da proteção: 100 ms

a) Dimensionamento pela IN

Aplicando a equação eq.[ 1 ], temos:

IN = 143 A

Fator de correção de temperatura = 0,93

Fator de correção de agrupamento = 0,60

Escolha pela capacidade de corrente:

Cabo de cobre isolação EPR 0,6/1 kV, seção de 150mm2 (conforme tabela 37 da NBR

5410/04 – cabo 150 mm2 EPR tem capacidade de condução de 271A no modo de instalar D).

b)- Cálculo da suportabilidade do cabo em relação ao curto circuito

S I x t_

K

I = 32000 (A) – valor de Icc do painel que alimenta o motor

T = 0,1 (s) – considerado atuação do disjuntor em 100 ms

K = 143

S 70,76 mm2

Escolha pelo curto circuito: A seção mínima calculada para o nível de curto circuito é 95

mm2 .

c)- Cálculo da queda de tensão na partida (considerando o cabo de 150 mm2)

Onde:

ΔV = queda de tensão em Volt

Rca = 0,1612 Ω/km

Xl = 0,084 Ω/km

ip = 3 x In = 429 A (Considerando corrente de partida 3 vezes a corrente nominal através de

soft starter)

L = 0,3 km

= 0,15

ΔV = 23,90V

A queda de tensão percentual calculada na partida é de 6,3 %, ficando abaixo dos 10%

recomendados para o soft starter.

d)- Cálculo da queda de tensão em regime (considerando o cabo de 150 mm2)

Onde:

ΔV = queda de tensão em Volt

Rca = 0,1612 Ω/km

Xl = 0,084 Ω/km

in = 143 A

L = 0,3 km

= 0,85

ΔV = 13,5V

A queda de tensão percentual calculada em regime é de 3,55 %. Aqui deve ser verificado a

queda de tensão total desde o secundário do transformador até a carga final (valor deve ser

menor que 7%). Considerando uma queda de 2% entre secundário do transformador e CCM,

então os 3,55% atendem (3,55 + 2 = 5,55%).

4 CABOS DEFINIDOS

Cabo de cobre isolação EPR 0,6/1 kV, seção #150mm2, tipo multipolar, classe 5 de

encordoamento. Cabo terra #70mm2 PVC 750V.

Com relação à seção mínima a NBR-5410 cita:

Com relação à sobrecarga a NBR-5410 cita:

Com relação à proteção por seccionamento automático da alimentação a NBR-5410 cita: