Aula 5 - Dimensionamento de condutores-parte 1

ESPECIFICAÇÃO DE

DISPOSITIVOS

Sumário

1. Introdução

2. Características construtivas

3. Critérios básicos para a divisão de circuitos

4. Tipos de linhas elétricas

5. Dimensionamento de condutores

1. Método da capacidade de condução de corrente

2. Critério da queda de tensão

•O dimensionamento de um condutor deve ser precedido de uma análise detalhada das condições de sua instalação e da carga a ser suprida.

•É necessário projetar os elementos de proteção a ele associados de maneira que as sobrecargas e sobrecorrentes presumidas do sistema não afetem a sua isolação.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

1. Normas gerais

•NBR 14039 – Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV.

•NBR-5410 – Instalações elétricas de baixa tensão.

Normas específicas (aplicáveis aos cabos unipolares e multipolares)

•NBR 7288: Cabos de potência com isolação sólida extrudada de cloreto de polivinila (PVC) ou polietileno (PE) para tensões de 1 kV a 6 kV • NBR 8661 : Cabos de formato plano com isolação extrudada de cloreto de

polivinila (PVC) para tensão até 750V - Especificação •NBR 7286: Cabos de potência com isolação extrudada de borracha

etilenopropileno (EPR, HEPR ou EPR 105) para tensões de 1 kV a 35 kV — Requisitos de desempenho.

•NBR 7287: Cabos de potência com isolação sólida extrudada de polietileno reticulado (XLPE) para tensões de isolamento de 1 kV a 35 kV - Requisitos de desempenho.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

Cobre e alumínio podem ser utilizados.

-A maioria absoluta das instalações industriais emprega o cobre.

•A maior restrição ao uso do alumínio é assegurar uma boa conexão com os terminais dos aparelhos consumidores, já que a maioria destes é própria para conexão com condutores de cobre.

•Na região de contato entre o alumínio e o cobre há uma acelerada deterioração do alumínio, com a formação de uma película de óxido de alumínio -> aquecimento e destruição da conexão.

•Em instalações industriais podem ser utilizados condutores de alumínio, desde que, simultaneamente:

•A seção nominal dos condutores seja igual ou superior a 16 mm2

•A instalação e a manutenção sejam realizadas por pessoas qualificadas.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

•6.2.3.8.3 Em locais BD4 (ver tabela 21) não e permitido, em nenhuma circunstancia, o emprego de condutores de aluminio.

CABOS DE BAIXA TENSÃO

•Condutores isolados : dotados de camada isolante, sem capa de proteção.

•Condutores unipolares (singelos) : possuem uma camada isolante, protegida por uma capa de proteção.

•Cabo multipolar : vários condutores isolados e o conjunto é protegido por uma capa externa.

• Os compostos isolantes mais empregados são de termoplástico: PVC (cloreto de polivinila), termofixos: EPR (etileno-propileno) e o XLPE (polietileno reticulado).

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

•É comum a utilização dos cabos multipolares quando: •Existe a possibilidade de se confundir condutores de vários

circuitos.

• A isolação dos condutores isolados é designada pelo valor nominal da tensão entre fases que suportam.

A isolação padronizada destes condutores é de 750 V.

Isolação termoplástica (PVC)

Isolação termofixa (XLPE) Isolação termofixa (EPR) Baixa rigidez dielétrica Alta rigidez dielétrica Alta rigidez dielétrica Perdas dielétricas elevadas,

Notadamente na tensão superior a 20 kV

Baixa temperatura máxima admissível

Alta temperatura máxima admissível

Alta temperatura máxima admissível Resistência regular à

umidade e à água

Alta resistência a penetração de água Boa flexibilidade Flexibilidade regular Grande flexibilidade

Baixa resistência ao treeing (arborescência) * Misturas especiais de XLPE minimizam este preoblema.

Alta resistência ao treeing

Os cabos isolados com XLPE tendem a apresentar um custo mais baixo que os cabos isolados com EPR.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

•Treeing

•

Aparecimento de caminhos de formato

arborescente na superfície da isolação, cujo

resultado é o surgimento de descargas parciais de

efeitos destrutivos.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

• Tracking corresponde a caminhos gerados no isolamento.

• Isto ocorre devido a circulação de correntes através da superfície da isolação, na região entre o material condutor e a blindagem.

•Os fios e cabos providos de isolação são caracterizados por três temperaturas.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

•As perdas dielétricas em um cabo podem ser calculadas pela seguinte expressão:

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

•Devido a isto a NBR 14039 limita o uso de cabos com isolação em PVC aos circuitos com tensão nominal até 3,6/6 kV.

1) Condutor de cobre

2) Blindagem do condutor: camada de material semicondutor para uniformizar a distribuição de campo elétrico no condutor.

3) Isolação

4) Blindagem da isolação: camada de material semicondutor em íntimo contato com a isolação . Constituída por material de fácil remoção à temperatura ambiente.

5) Blindagem metálica: constituída por fios de cobre, aplicados helicoidalmente sobre a blindagem da isolação. 6) Cobertura: camada de policloreto de vinila (mais comum) na cor preta que, além de manter elevada resistência a agentes químicos, possui características de não propagar a chama.

Cabos de média e alta tensões

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

•Blindagem do condutor e da isolação

•Conforme o item 6.2.3.3 da NBR 14039 nas instalações com tensão nominal superior a 3,6/6kV, os cabos unipolares e as veias dos cabos multipolares devem ser do tipo a campo elétrico radial.

•Importante para a uniformização das linhas de campo elétrico radial e longitudinal.

•Fita de blindagem elimina os espaços vazios entre o isolamento e o condutor que são responsáveis pelas descargas parciais.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

Cabo sem controle de campo elétrico Cabo com controle de campo elétrico Linhas equipotencias no cabo sem controle de campo propiciam o surgimento de pontos de concentração de tensão no dielétrico.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

•Blindagem metálica

•Confina o campo elétrico aos limites da isolação.

•Eliminar a possibilidade de choque elétrico ao se tocar na capa do cabo desde que a blindagem esteja corretamente aterrada.

•Recomenda-se que a blindagem seja aterrada somente em uma extremidade do cabo.

•Isto impede que ddp’s que possam existir entre as malhas de aterramento dois locais interligados por este cabo, sejam equipotencializados (circulação de corrente) e danificar o cabo.

•

Gradiente de tensão

•Assume valores máximos no ponto de contato com o condutor.

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

•

Gradiente de tensão

•Alguma descontinuidade (bolha ou material estranho) na isolação leva a elevada solicitação elétrica naquele ponto, podendo levar o isolamento a ruptura (descarga parcial).

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

•Descarga parcial – Equipamento

• Ele opera detectando e analisando as frequências de rádio emitidas pelas descargas parciais.

• Mais especificamente, o InsulGard se concentra na banda de 1 MHz e 20 MHz, onde a maioria das atividades de descarga parcial podem ser detectadas.

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

• Descarga parcial

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

•A isolação dos condutores unipolares é designada pelos valores nominais das tensões que suportam entre fase e terra e entre fases (padronizados):

•0,6/1 kV – 1,8/3 kV - 3,6/6 kV - 6/10 kV -8,7/15 kV, 12/20 kV- 15/25 kV – 20/35 kV.

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

• NBR 6251 define a categoria de um cabo considerando a possibilidade de ocorrer um defeito de uma fase à terra.

•Categoria A: condutor fase que faça contato com a terra ou um condutor terra é desligado do sistema no intervalo de 1 minuto. •Categoria B: condutor fase que faça contato com a terra ou com

o condutor terra possa continuar operando por tempo não superior a 1 hora.

•Categoria C: todo sistema que não se enquadre nas categorias A e B.

•NBR6251 de 06/2012

Cabos de potência com isolação extrudada para tensões de 1 kV a 35 kV - Requisitos construtivos

•Para cada categoria de sistema a tensão de isolamento do cabo não deve ser inferior ao valor estabelecido na tabela abaixo.

•Vm é a tensão máxima fase-fase em condições normais de operação.

•Vo é a tensão de isolamento fase-terra.

Seleção da tensão de isolamento

_{Especificação de condutores}

•No pedido de compra de um condutor devem constar no mínimo as seguintes informações:

1. Seção (mm2₎

2. Tipo do material condutor (cobre ou alumínio)

3. Número de condutores do cabo: 1,2,3, 4 ou 5.

4. Tipo (nu ou isolado).

5. Tipo da isolação: PVC, EPR ou XLPE

6. Tensão nominal da isolação

7. Seção da blindagem metálica

8. Outros dados podem ser necessários, ex. proteção metálica externa.

Muflas ou Terminações

•Destinado a restabelecer as condições de isolação da extremidade de um condutor isolado quando este é conectado a um condutor nu ou a um terminal para ligação de equipamento.

•Dispositivo destinado a restabelecer as condições de isolação da extremidade de um condutor isolado quando este é conectado a um condutor nu ou a um terminal para ligação de equipamento.

•Aplicações - Transformadores

Muflas ou Terminações

Muflas ou Terminações

Muflas ou Terminações

•TIPOS

a) Porcelana vitrificada

• Tem enchimento de composto elastomérico.

• Pode ser singelo (cabos unipolares) ou trifásico (cabos tripolares).

•Podem ser utilizadas ao tempo ou em instalações abrigadas.

Muflas ou Terminações

•TIPOS

b) Termocontrátil / Retrátil a frio

• Material contrátil a quente ou a frio.

• Tem substituído as muflas de corpo de porcelana.

• Aplicação ao tempo ou interna.

Muflas ou Terminações

Terminação tripolar

•TIPOS c) Enfaixada

• Formada somente por fitas enroladas em sua extremidade.

• Não aplicada em instalações ao tempo. d) Conectável

• Sistema de plugue (tomada).

• Facilita a conexão ou a remoção.

Muflas ou Terminações

Campo Elétricos nos Cabos de Média e Alta

Tensões

•São estabelecidas linhas equipotenciais no meio do dielétrico.

•A densidade de linhas é maior nas proximidades do condutor e menor na superfície de isolamento.

•Maiores solicitações de isolamento nas camadas próximas ao material condutor.

Campo Elétricos nos Cabos de Média e Alta

Tensões

•Em cabo seccionado , as linhas de campo radial convergem para a extremidade da blindagem eletrostática.

•Elevada intensidade de campo elétrico em torno do corte da blindagem.

•A intensidade do campo é função da tensão aplicada.

Distribuição das linhas de campo elétrico num cabo condutor sem controle

Campo Elétricos nos Cabos de Média e Alta

Tensões

•Para reduzir o gradiente de tensão aumenta-se gradualmente a espessura da isolação.

•Isto é realizado a partir do corte da blindagem até um determinado ponto da extremidade do cabo. -> CONE DE ALÍVIO DE TENSÃO.

Campo Elétricos nos Cabos de Média e Alta

Tensões

•É extremamente importante observar a distância mínima requerida pelo fabricante entre o terminal energizado e a blindagem do cabo, já que esses dois pontos estão submetidos à tensão de fase-terra.

Instalação de muflas e terminações

utilização de uma mufla ou terminação.

•Nenhum vazio deve ficar no interior do cone de alívio de tensão.