Como calcular o tamanho do cabo: um guia passo a passo para projetos elétricos

Pergunte a qualquer engenheiro elétrico experiente e você ouvirá a mesma coisa: o dimensionamento de cabos não é uma fórmula, mas uma pequena cadeia de verificações, e cada elo dessa cadeia deve resistir. Obtenha a corrente correta, mas ignore os fatores de redução, e o condutor ficará mais quente do que seu isolamento foi projetado. Obtenha a ampacidade correta, mas ignore a queda de tensão, e o motor na extremidade da linha se recusa a dar partida. Ignore a verificação de curto-circuito e a instalação ficará a uma falha de um incidente grave.

O método abaixo segue a sequência que nossos próprios engenheiros usam quando revisam um projeto: primeiro projete a corrente, depois a coordenação com o dispositivo de proteção, depois a capacidade de transporte de corrente, depois a queda de tensão e, em seguida, a resistência ao curto-circuito. Siga as etapas em ordem e a seção transversal correta quase se escolherá sozinha.

Antes de começar: colete as entradas

Quase todos os atrasos em um exercício de dimensionamento de cabos remontam a uma entrada ausente. Reúna estes antes de abrir uma mesa:

• Dados de carga: potência em kW ou kVA, fator de potência, eficiência, ciclo de trabalho e simultaneidade.
• Dados do sistema: tensão nominal, número de fases, frequência e se a alimentação é TN, TT ou IT.
• Dados de proteção: tipo e classificação do disjuntor ou fusível e suas características de disparo.
• Método de instalação: multicore ou single-core, em bandeja, em conduíte, clipado direto, ao ar livre ou enterrado.
• Ambiente: temperatura do ar ambiente, temperatura do solo e resistividade térmica, profundidade de sepultamento e quantos circuitos compartilham a rota.
• Dados da rota: comprimento de sentido único em metros, além de qualquer extensão futura já planejada.
• Dados de falha: corrente prospectiva de curto-circuito na origem e tempo de desconexão necessário.

Anote os valores. Uma planilha de dimensionamento que mostra suas entradas pode ser revisada em minutos; aquele que não o faz será sempre questionado.

Passo 1 - Calcular a Corrente de Projeto (Ib)

A corrente de projeto é a corrente que o cabo transportará em serviço normal. Para uma carga trifásica:

Ib = P / (√3 × U × cos φ)

e para uma carga monofásica:

Ib = P / (U × cos φ)

Uma ilustração rápida: uma carga trifásica de 90 kW em uma fonte de 400 V com fator de potência de 0,85 consome 90.000 / (1,732 × 400 × 0,85) = 153A. Esse único número estabelece a base para tudo o que se segue, porque o dispositivo de proteção deve ser pelo menos deste tamanho e o cabo deve ter pelo menos esta capacidade.

Vale a pena lembrar dois refinamentos. A corrente de partida do motor não altera a corrente contínua de projeto, mas afeta a escolha da proteção e a verificação da queda de tensão. E em instalações com alto conteúdo harmônico, como escritórios cheios de cargas eletrônicas ou uma fábrica cheia de inversores, o condutor neutro pode precisar ser dimensionado para mais do que a corrente de fase, em vez de menos.

Passo 2 - Coordene o Cabo com o Dispositivo de Proteção

Um cabo só estará protegido se o dispositivo à sua frente se desconectar antes que o isolamento seja danificado. Na prática, isso significa que duas condições devem ser satisfeitas ao mesmo tempo:

Ib ≤ In ≤ Iz

onde Ib é a corrente de projeto, In é a classificação nominal do dispositivo de proteção e Iz é a capacidade de transporte de corrente corrigida do cabo. Uma segunda condição, I2 ≤ 1,45 × Iz, confirma que o dispositivo irá realmente operar com sua corrente de disparo convencional sem superaquecer o condutor.

A consequência prática é simples. Se a corrente calculada for 153 A, você não escolhe um disjuntor de 200 A e depois procura um cabo grande o suficiente para combiná-lo; você escolhe a menor classificação padrão acima da carga, que é 160A aqui, e dimensiona o cabo de acordo com esse valor.

Etapa 3 - Encontre a capacidade básica de transporte de corrente

As tabelas de capacidade de condução de corrente, retiradas da IEC 60364-5-52, BS 7671 ou de um catálogo do fabricante, são construídas em torno de um conjunto definido de condições: uma temperatura ambiente de referência, um método de instalação declarado, um número definido de condutores carregados e um único circuito. Encontre a linha que corresponde à sua secção transversal e a coluna que corresponde à sua instalação.

Três escolhas dominam o resultado. O material do condutor é importante, porque o alumínio precisa de aproximadamente uma vez e meia a seção transversal do cobre para a mesma corrente. O isolamento é importante, porque um cabo XLPE pode funcionar com um condutor a 90 °C, enquanto um cabo de PVC é limitado a 70 °C. E o método de instalação é extremamente importante, já que um cabo preso ao ar livre libera calor com muito mais facilidade do que o mesmo cabo puxado para dentro de um conduíte lotado.

É aqui que um catálogo real se torna verdadeiramente útil, porque a diferença entre os tipos de isolamento não é um erro de arredondamento. Um cabo de alimentação isolado em XLPE de 6/1 kV transporta visivelmente mais corrente do que um equivalente em PVC com a mesma seção transversal de cobre, simplesmente porque seu isolamento tolera uma temperatura mais alta do condutor.

Tensão nominal 0,6/1kV Cabo de alimentação isolado em XLPE O cabo de alimentação isolado com polietileno reticulado de tensão nominal 0,6/1kV adota métodos químicos ou físicos para transformar moléculas de polietileno a partir de uma estrutura linear... Ver Produto →

Passo 4 – Aplicar os Fatores de Correção

As instalações reais nunca correspondem às condições de referência de uma mesa, pelo que a capacidade base tem de ser reduzida. Os fatores se multiplicam:

Iz = It × Ca × Cg × Cs × CD

Se a capacidade reduzida ficar abaixo da classificação do dispositivo de proteção, suba uma seção transversal e repita o cálculo. É comum que um cabo passe na verificação de corrente somente após duas ou três tentativas.

Passo 5 - Verifique a Queda de Tensão

Um cabo que transporta a corrente ainda pode ser pequeno demais para a rota. A queda de tensão aumenta tanto com a corrente quanto com o comprimento, e é a verificação que mais frequentemente força uma seção transversal maior em alimentadores longos.

Queda de tensão = (mV/A/m × Ib × L) / 1000

Para um circuito trifásico o valor tabelado de mV/A/m já inclui o fator de √3. Os limites típicos são de 3% para circuitos de iluminação e 5% para circuitos de potência, medidos desde a origem da instalação até aos terminais da carga, com a tolerância partilhada entre o alimentador e o circuito final.

Pegue um condutor de cobre de 70 mm² transportando 160 A por 80 m. Sua queda trifásica é de cerca de 0,58 mV/A/m, então a perda é 0,58 × 160 × 80/1000 = 7,4 V, ou 1,9% de 400 V, o que está confortavelmente dentro do limite. Se o percurso fosse de 300 m, o mesmo cálculo teria produzido 27,8 V e forçado um aumento na seção transversal.

Etapa 6 - Verifique a resistência ao curto-circuito

Durante uma falta, o condutor transporta uma corrente muitas vezes superior à sua classificação normal e tem que sobreviver o tempo suficiente para que a proteção elimine a falta. A verificação adiabática é a abordagem padrão:

S ≥ (I × √t) /k

Aqui I é a corrente de falta prospectiva em amperes, t é o tempo de desconexão em segundos e k é uma constante que depende do material do condutor e de seu isolamento. Para condutores de cobre, k é normalmente 143 com isolamento XLPE e 115 com PVC, enquanto condutores de alumínio utilizam valores mais baixos. Uma falta de 20 kA eliminada em 0,2 s requer 20.000 × 0,447 / 143 = 62,5 mm² de cobre, razão pela qual a verificação de curto-circuito, em vez da verificação de corrente, às vezes decide o tamanho final.

O condutor de proteção merece a mesma atenção. Ele deve suportar a mesma energia de falta e deve ser dimensionado de modo que a impedância do circuito de falta à terra permita o disparo do dispositivo dentro do tempo permitido.

Um exemplo prático

Junte as seis etapas para um alimentador de motor de 90 kW em um sistema de 400 V com fator de potência de 0,85, direcionado a 80 m em uma bandeja em ar a 40°C com outros dois circuitos carregados ao lado dele.

A resposta é um cabo XLPE de cobre de 70 mm² e quatro núcleos. Observe qual etapa definiu o tamanho: 70 mm² foram necessários para transportar 160 A após a redução, e também satisfaz a verificação adiabática com apenas uma pequena margem. Reduza o agrupamento ou a temperatura ambiente e essa margem desaparece.

Onde o dimensionamento do cabo geralmente dá errado

• Dimensionar com base na carga nominal, ignorando a diversidade, a capacidade ociosa ou a expansão futura.
• Usando uma tabela baseada em 30 °C quando a sala técnica funciona a 45 °C.
• Ignorando o agrupamento, mesmo que três circuitos em uma bandeja reduzam a capacidade de um cabo muito mais do que a maioria das pessoas espera.
• Lendo uma coluna de PVC para um cabo XLPE, ou o inverso.
• Verificando a queda de tensão na primeira carga do circuito em vez da última.
• Esquecendo que o neutro pode transportar correntes harmônicas em circuitos trifásicos de quatro fios.
• Tratar a verificação de curto-circuito como opcional em tiragens curtas, onde muitas vezes é o fator decisivo.

Dois casos que precisam de cuidados extras

Alimentadores de média tensão

De 3,6/6 kV até 26/35 kV a lógica permanece a mesma, mas a espessura do isolamento, a construção da tela e o aterramento da bainha metálica entram no cálculo. A blindagem metálica tem sua própria função de curto-circuito a cumprir, e o arranjo de aterramento afeta tanto o nível de falha quanto o comportamento térmico do cabo. Dimensionando um Cabo de alimentação isolado em XLPE de 26/35 kV portanto, significa verificar os mesmos limites com um conjunto adicional de condições de blindagem e aterramento anexado.

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Circuitos de acionamento de frequência variável

Os inversores enviam correntes harmônicas e pulsos rápidos de tensão através do cabo, de modo que a corrente calculada na placa de identificação do motor não é a corrente que o cabo realmente vê. Um cabo de acionamento dedicado com construção simétrica de três núcleos e uma blindagem devidamente ligada mantém essas correntes sob controle e reduz a interferência eletromagnética em circuitos vizinhos. Quando cabos longos do motor estiverem envolvidos, os limites de comprimento do cabo do fabricante do inversor deverão ser tratados como parte do exercício de dimensionamento.

Cabo de acionamento de frequência variável (tensão nominal de até 6kV) Visão geral do produto Os cabos transformadores de frequência (comumente conhecidos como cabos VFD) são linhas de transmissão de energia projetadas especificamente para conexões industriais de frequência variável... Ver Produto →

Do cálculo a um cabo em que você pode confiar

A aritmética não é difícil. A dificuldade está nos números que você insere, ou seja, a temperatura ambiente, o agrupamento, o nível de falha e a extensão da rota, e em saber qual norma rege o projeto.

fabrica cabos em Guanlin, Yixing desde 1998, em mais de 100 variedades de produtos e cerca de 30.000 especificações, desde fiação de 450/750 V até cabos de alimentação XLPE de 26/35 kV, com gerenciamento de qualidade certificado pela ISO 9001 e produtos aprovados pela TUV Rheinland. Todo pedido começa com uma conversa sobre dimensionamento, pois o cabo mais econômico é aquele que acerta na primeira vez. Envie-nos a carga, a rota e o ambiente, e nossos engenheiros retornarão uma recomendação dimensionada com os fatores de redução mostrados na íntegra. Uma rápida olhada nossa fábrica mostra como esses cabos são produzidos, testados e preparados para entrega.

Se você quiser se aprofundar um pouco mais em como o desempenho do produto interage com o dimensionamento, nosso artigo sobre os principais fatores a serem considerados ao escolher cabos de alimentação é um complemento útil para este guia.