Como calcular o tamanho do cabo: um guia passo a passo para projetos reais e seguros

Acertar o tamanho do condutor é uma daquelas decisões que determina silenciosamente se uma instalação funcionará confortavelmente durante trinta anos ou superaquecerá no primeiro verão quente. Um cabo subdimensionado desperdiça energia, reduz a vida útil do isolamento e cria um risco genuíno de incêndio; um cabo dois tamanhos maiores amarra dinheiro em cobre que o circuito nunca precisou. Aprender como calcular o tamanho do cabo envolve, na verdade, equilibrar quatro verificações diferentes entre si.

Este guia segue a mesma sequência que nossos engenheiros usam quando um cliente envia uma programação de carga: encontre a corrente de projeto, corrija-a de acordo com a forma como o cabo está realmente instalado, confirme a queda de tensão em toda a extensão e verifique se o condutor sobrevive a um curto-circuito.

O que realmente significa um tamanho de cabo correto

Um condutor é dimensionado corretamente somente quando todas as quatro condições abaixo são satisfeitas ao mesmo tempo. Se um deles falhar, passe para a próxima secção padrão e repita o cálculo. Ignorar uma verificação é o motivo mais comum pelo qual um cabo é dimensionado perfeitamente no papel e depois falha no local.

Etapa 1: Estabelecer a Corrente de Projeto

Tudo começa com a corrente contínua que o cabo deve transportar, geralmente escrita como Ib. Para uma carga trifásica a relação é:

Ib = P / (1,732 × U × PF)

Para um circuito monofásico ou CC, simplesmente descarte o 1.732:

Ib = P / (U × PF)

Pegue um motor trifásico de 55 kW com alimentação de 400 V e fator de potência de 0,86. Então Ib = 55.000 / (1,732 × 400 × 0,86), o que equivale a aproximadamente 92 A. Use o fator de potência real em vez de assumir a unidade, porque a diferença entre 0,86 e 1,0 é cerca de 16 por cento da corrente e muitas vezes é exatamente a margem que decide uma verificação de queda de tensão. Se a carga for um motor, observe também a corrente de partida, já que o dispositivo de proteção precisa passar pela partida sem desarmar.

A corrente de projeto não é a classificação do disjuntor

Uma vez conhecido Ib, escolha um dispositivo de proteção cuja classificação seja pelo menos Ib e, em seguida, confirme se a capacidade reduzida do cabo é pelo menos a classificação do dispositivo. Trabalhar nessa ordem mantém o condutor protegido e termicamente confortável.

Etapa 2: aplicar fatores de redução para condições reais

As correntes nominais de catálogo assumem um conjunto de condições de referência, geralmente um circuito ao ar livre a 30 °C ou um circuito enterrado no solo a 20 °C. As instalações reais raramente correspondem a essas suposições, por isso cada desvio é tratado com um fator de correção e os fatores se multiplicam:

Iz = Isto × k1 × k2 × k3 ...

onde It é o rating tabelado e Iz é a capacidade efetivamente disponível. Um grupo de três circuitos carregados em um duto em um dia de 40 °C pode perder um terço da classificação nominal antes mesmo de a queda de tensão ser considerada.

Por exemplo, um fator de 0,87 para um ambiente de 40 °C multiplicado por 0,75 para agrupamento dá 0,65, portanto, um cabo tabelado em 130 A só é bom para cerca de 85 A nesse arranjo. Nunca adicione fatores de correção; sempre multiplique-os.

Etapa 3: verifique a queda de tensão ao longo do percurso

A queda de tensão é a verificação que mais frequentemente força um condutor maior em alimentadores longos e não pode ser avaliada apenas a partir de uma tabela de correntes. Para a parte resistiva do circuito:

Vd = k × I × L × R / 1000

onde k é 2 para circuitos monofásicos e CC e 1,732 para circuitos trifásicos, I é a corrente de carga em amperes, L é o comprimento da rota unidirecional em metros e R é a resistência do condutor em ohms por quilômetro. A queda percentual é então Vd dividida pela tensão nominal, multiplicada por 100. A maioria das instalações de baixa tensão funciona com 3% no circuito final e 5% no geral.

Em nosso exemplo, uma corrida de 80 m a 92 A em um condutor de cobre de 50 mm² com uma resistência de cerca de 0,387 ohms por quilômetro dá Vd = 1,732 × 92 × 80 × 0,387 / 1000, que é aproximadamente 4,9 V, ou 1,2 por cento de 400 V. Isso passa confortavelmente. Num percurso de 300 m, o mesmo cálculo falharia e empurraria a secção transversal para cima vários degraus, razão pela qual o comprimento do percurso pertence ao cálculo desde o início.

Etapa 4: verifique a resistência ao curto-circuito

Um cabo também precisa sobreviver à corrente de falta pelo tempo que for necessário para que o dispositivo de proteção a libere. A equação adiabática trata disso em uma linha:

S = raiz quadrada de (I² × t) / k

onde S é a seção transversal mínima em mm², I é a corrente de falta prospectiva em amperes, t é o tempo de desconexão em segundos e k é uma constante para a combinação de condutor e isolamento. Os valores típicos são em torno de 143 para cobre com isolamento XLPE, 115 para cobre com PVC e 94 para alumínio com XLPE.

Uma falta de 6 kA eliminada em 0,1 s em um cabo XLPE de cobre requer a raiz quadrada de (6000² × 0,1) dividida por 143, que é cerca de 13 mm². Nosso condutor de 50 mm² é confortável. Observe o quanto isso importa: a mesma falha eliminada em um segundo exigiria aproximadamente 42 mm², e é por isso que as configurações de proteção e o dimensionamento do cabo pertencem à mesma conversa.

Juntando tudo

Aqui está a sequência completa do motor de 55 kW em um percurso de 80 m, com números arredondados para maior clareza.

1. Corrente de projeto: 92 A a 400 V com fator de potência de 0,86. Dispositivo de proteção classificado como 100 A.
2. Condições de instalação: Cabo de cobre XLPE em uma bandeja com dois outros circuitos carregados, ambiente de 40 °C. Fator de redução combinado 0,65.
3. Primeiro teste em 35 mm²: capacidade tabelada de cerca de 130 A, reduzida para aproximadamente 85 A. Falha porque 85 A está abaixo da classificação do dispositivo de 100 A.
4. Segundo teste a 50 mm²: capacidade reduzida em cerca de 100 A. Atende à classificação do dispositivo.
5. Queda de tensão em 50 mm² em 80 m: 4,9 V ou 1,2 por cento. Passa.
6. Requisito de curto-circuito: mínimo de 13 mm² para uma falha de 6 kA eliminada em 0,1 s. Passa.
7. Resultado: cabo de cobre isolado em XLPE 0,6/1 kV, quatro núcleos de 50 mm², com proteção configurada para eliminar uma falha em 0,1 s.

Do cálculo ao cabo que você realmente solicita

Uma seção transversal é apenas parte da especificação. O tipo de isolamento altera a quantidade de corrente que um condutor pode transportar, porque os cabos isolados em XLPE operam em temperaturas de condutor mais altas do que os equivalentes em PVC e, portanto, precisam de uma seção transversal menor para a mesma carga. Comparamos as duas construções com mais detalhes neste artigo sobre Desempenho do cabo de alimentação isolado em XLPE e PVC . O material do condutor também é importante: condutores de alumínio e ligas de alumínio são mais leves e econômicos, mas precisam de uma seção transversal maior para a mesma corrente.

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Para a maioria dos trabalhos de distribuição de baixa tensão, o cabo de alimentação isolado em XLPE de 0,6/1 kV em cobre ou alumínio cobre a faixa, e o cálculo acima se aplica diretamente. Em média tensão, o método permanece inalterado, mas as tabelas de desclassificação, os níveis de falha e os requisitos de espessura de isolamento são diferentes, portanto, os alimentadores de 3,6/6 kV até 26/35 kV são geralmente dimensionados de acordo com os dados da própria rede da concessionária.

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Dimensionamento para energia solar, VFD e outras cargas especiais

Alguns circuitos necessitam de uma versão modificada do mesmo procedimento. As cadeias solares DC transportam corrente contínua em alta temperatura ambiente em um telhado, de modo que o fator de redução é aplicado a um cabo que já está quente, e a queda de tensão é frequentemente mantida em 1 ou 2 por cento porque a eficiência do inversor sofre em ambas as extremidades de sua janela de entrada. Os circuitos de acionamento de frequência variável adicionam conteúdo harmônico e tensão pulsada, portanto, o cabo blindado e uma verificação da tensão nominal para o terra tornam-se parte do exercício de dimensionamento.

Cabo Fotovoltaico (Cabo Fotovoltaico) Visão geral do produto O cabo fotovoltaico é um componente crítico usado para transmissão no lado CC em sistemas de geração de energia solar fotovoltaica. Projetado especificamente para a plataforma... Ver Produto →

Cabos resistentes ao fogo, resistentes a cupins e para transporte ferroviário seguem a mesma aritmética, mas o padrão aplicável adiciona restrições, como integridade do circuito sob fogo, que nenhum cálculo pode substituir.

Erros comuns de dimensionamento que vemos em documentos de licitação

• Aplicando um fator de redução e esquecendo o resto, no agrupamento, a temperatura ambiente e as condições do solo atuam ao mesmo tempo.
• Usando valores de resistência de 20 °C para um condutor que operará a 70 °C ou 90 °C.
• Dimensionamento para um disjuntor que já foi especificado e não para a carga real.
• Ignorar o neutro em circuitos com cargas ricas em harmônicos, como equipamentos de TI de escritório ou iluminação LED.
• Presumir que um cabo maior resolve um problema de queda de tensão quando o problema real é o comprimento da rota ou um fator de potência baixo.
• Esquecendo a seção transversal mínima necessária para resistência mecânica e continuidade do condutor de proteção.

Calcule os números com um fabricante que faz isso diariamente

A Wuxi Guanghuan Cable fabrica fios e cabos em Guanlin, Yixing, a área conhecida como a cidade de cabos da China, desde 1998. Nossa linha abrange cabos de energia de baixa e média tensão, condutores aéreos, cabos para equipamentos elétricos e cabos especiais para aplicações fotovoltaicas, de trânsito ferroviário e resistentes ao fogo, com mais de 100 séries e 30.000 especificações produzidas em mais de 70 linhas de produção e testes. Os detalhes de nossas aprovações, incluindo a certificação TUV Rheinland e os certificados de sistema ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001 e ISO 50001, estão listados em nosso site. página de certificação de produto .

Envie-nos o cronograma de carga, comprimento da rota, método de instalação e condições ambientais, e nossos engenheiros realizarão as mesmas quatro verificações descritas acima e retornarão com uma seção transversal, um tipo de isolamento e uma construção de cabo que passará na inspeção pela primeira vez.