PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS FIOS E CABOS

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1 PROJETOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS FIOS E CABOS Professor Saimon Miranda Fagundes 1

2 CONDUTORES ELÉTRICOS Condutor Denominação genérica de elementos metálicos, geralmente de forma cilíndrica com a função específica de transmitir energia e sinais elétricos. Fio Produto metálico de qualquer seção maciça, de comprimento maior do que a maior dimensão da seção transversal. O fio é um corpo metálico de metal estirado, usualmente de forma cilíndrica e seção circular, com ou sem isolação. Podem ser usados diretamente como condutores elétricos ou podem ser produtos semi-acabados para fabricação de cabos. Professor Saimon Miranda Fagundes 2

3 CONDUTORES ELÉTRICOS Cabo Este termo serve para designar um conjunto de fios encordoados, não isolados entre si, com ou sem isolação externa. Sua principal vantagem em relação ao fio é a maior flexibilidade. Os cabos podem ser Unipolares Multipolares Condutores encordoados Constituído por um conjunto de fios dispostos helicoidalmente, não isolados entre si. Professor Saimon Miranda Fagundes 3

4 CONDUTORES ELÉTRICOS Fios e Cabos Professor Saimon Miranda Fagundes 4

5 PROPRIEDADES Propriedades físicas A mais importante é a leveza, visando a redução das cargas mecânicas nos apoios. Propriedades térmicas Capacidade calorífica elevada e boa condutividade térmica para uma melhor e mais rápida dissipação com o meio ambiente do calor gerado pelo efeito Joule. Propriedades químicas Boa resistência à ação dos agentes atmosféricos como ar, água, gases, etc. E aos reagentes químicos Ácidos, bases e sais. Professor Saimon Miranda Fagundes 5

6 PROPRIEDADES Propriedades mecânicas Alta resistência Tração Flexão Choque Deve ser bem dúctil e maleável Propriedades elétricas Resistividade, a mais baixa quanto possível para uma redução do efeito joule e da queda de tensão. É necessário considerar a natureza econômica, o material deve apresentar boas condições de oferta comercial. Condutores mais usados: cobre e alumínio e suas respectivas ligas com outros metais. Professor Saimon Miranda Fagundes 6

7 Seção Nominal PROPRIEDADES Fios e cabos são caracterizados por sua seção nominal. Seção do fio corresponde à seção transversal do fio. Seção de um cabo formado por n fios corresponde à soma das seções dos fios soma das seções dos fios. A seção se refere apenas à parte condutora, sem considerar isolação ou camada protetora. Professor Saimon Miranda Fagundes 7

8 Seção Nominal Professor Saimon Miranda Fagundes 8

9 APRESENTAÇÃO DOS CONDUTORES Nus Não possuem qualquer revestimento ou camada protetora de material isolante. Isolados Possuem qualquer revestimento ou camada protetora de isolação A isolação é a parte que mais influencia na escolha do tipo de um fio ou cabo a ser especificado para um sistema elétrico, quer seja pelas suas características elétricas, mecânicas e químicas requeridas para o material dielétrico, quer seja pelas condições de instalação (aéreas, subterrâneas, eletrodutos, etc.), quer seja pelo aspecto econômico. Os materiais isolantes usados para fios e cabos podem ser: Dielétricos estratificados Dielétricos sólidos Professor Saimon Miranda Fagundes 9

10 APRESENTAÇÃO DOS CONDUTORES DIELÉTRICOS ESTRATIFICADOS A palavra estratificado deriva do latim e significa camada. Dielétricos estratificados são constituídos por fitas de papel ou de outro material isolante laminado, aplicados firmemente sobre o condutor, sob a forma de sucessivas camadas. O papel ou produto laminado é impregnado com óleo isolante ou com outro fluido impregnante adequado e revestido por uma capa de chumbo. Evita a fuga do fluido isolante. Penetração da umidade. Professor Saimon Miranda Fagundes 10

11 APRESENTAÇÃO DOS CONDUTORES DIELÉTRICOS ESTRATIFICADOS Os cabos assim constituídos são largamente utilizados. Óleo impregnante pode ser aplicado sem ou com pressão. No primeiro caso seu uso é limitado até 25kV e apresenta os seguintes inconvenientes. São muito pesados e pouco flexíveis Limitações de uso quanto a desníveis ao longo da rota Migração do óleo Custo elevado Professor Saimon Miranda Fagundes 11

12 APRESENTAÇÃO DOS CONDUTORES DIELÉTRICOS ESTRATIFICADOS Para tensões superiores a 25kV e até 350/400kV se usam dispositivos especiais, mantêm o cabo à baixa ou alta pressão do óleo impregnante e também de gases inertes (tais como nitrogênio) no interior do cabo. Porém na prática, estes cabos são pouco utilizados, ficando restritos a aplicações específicas, como poços de perfuração de petróleo. Professor Saimon Miranda Fagundes 12

13 APRESENTAÇÃO DOS CONDUTORES DIELÉTRICOS SÓLIDOS São polímeros aplicados diretamente sobre o condutor ou sobre a blindagem por extrusão. Classificação em função do comportamento térmico e Mecânico. Termoplásticos Quando submetidos a uma elevação de temperatura amolecem, perdem suas características mecânicas e retornam ao seu estado de fluidez e plasticidade originais. Polietileno linear (PE), cloreto de polivinila (PVC). Termofixos Mantêm-se estáveis a temperaturas mais elevadas A temperaturas acima do limite admissível se carboniza sem sofrer amolecimento. Polietileno reticulado (XLPE), borracha etileno-propileno (EPR). Professor Saimon Miranda Fagundes 13

14 ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS CABOS DE FORÇA Condutor Primeira camada semicondutora (Blindagem do condutor) Isolação Segunda camada semicondutora (Blindagem da isolação) Blindagem de cobre Armação Cobertura Professor Saimon Miranda Fagundes 14

15 ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS CABOS DE FORÇA Blindagem dos condutores Nos casos dos cabos de média e alta tensão o condutor central é revestido com uma camada de material condutor não metálico (também chamado de primeira camada semicondutora) Principais finalidades Dar uma forma perfeitamente cilíndrica ao condutor Prover uma distribuição radial e simétrica do campo Eliminar os espaços vazios entre o condutor e a isolação Evitar a criação de arcos-voltaicos devido ao campo elétrico do condutor. Professor Saimon Miranda Fagundes 15

16 ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS CABOS DE FORÇA Blindagem da isolação Igualmente nos cabos de média e alta tensão, se aplica sobre a isolação uma blindagem. Principais finalidades Prover uma distribuição radial e simétrica do campo elétrico. Proporcionar uma capacitância uniforme entre o condutor e o Terra. Escoamento de correntes de fuga, induzidas e de curto-circuito. Professor Saimon Miranda Fagundes 16

17 ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS CABOS DE FORÇA Cobertura Tem função de dar proteção ao núcleo do cabo durante instalação e vida útil Deve ser mecânica e quimicamente compatível com as condições ambientais do local onde o cabo será instalado. Requisitos Impermeabilidade Resistência à abrasão e ao impacto Estabilidade térmica Flexibilidade Resistência aos ataques dos agentes químicos e atmosféricos Principais materiais PVC, polietileno linear (PE), neoprene. Professor Saimon Miranda Fagundes 17

18 Fabricação Professor Saimon Miranda Fagundes 18

19 Os cabos de controle são empregados nos circuitos de comando, controle e sinalização de equipamentos elétricos em geral CABOS DE CONTROLE Professor Saimon Miranda Fagundes 19

20 FIOS MAGNÉTICOS São utilizados nos enrolamentos das máquinas elétricas rotativas, transformadores, relés, etc. O condutor mais utilizado é o cobre eletrolítico recozido. Isolação de papel, impregnado com verniz ou óleo mineral isolante, ou uma combinação dos três elementos, dependendo da tensão envolvida. Isolação de seda ou tecidos sintéticos compostos (polímero/mica) impregnados ou esmaltados. Professor Saimon Miranda Fagundes 20

21 CABOS NUS - COBRE Cabos nus de cobre são muito utilizados em aterramentos elétricos. Podem ser utilizados em outras instalações onde não há risco de choque elétrico, em instalações com extra-baixa tensão, por exemplo. Também podem ser utilizados em subestações, onde a mesma já é construída visando a segurança. Professor Saimon Miranda Fagundes 21

22 CABOS NUS - ALUMÍNIO Nas linhas aéreas se utilizam cabos nus de cobre duro ou de alumínio reforçado com alma de aço (tipo CAA ou ACSR), sendo este último o mais largamente empregado. AAC All AluminiumAlloy Conductor ACSR Aluminium Conductor Steel Reinforced Professor Saimon Miranda Fagundes 22

23 CABOS NUS - ALUMÍNIO Professor Saimon Miranda Fagundes 23

24 NOVAS TECNOLOGIAS Cabos Bimetálicos de Aço Cobre Excelente desempenho elétrico e mecânico; Até 50 % mais barato no preço por metro; Mesmas dimensões; Desestimula o furto; 10% mais leve APLICAÇÕES Aterramentos e malhas para subestações, equipamentos e instalações elétricas residenciais e prediais em geral. Professor Saimon Miranda Fagundes 24

25 NOVAS TECNOLOGIAS Cabo Bimetálico de Aço/Alumínio Basicamente utilizado em redes de distribuição como uma melhoria no condutor de neutro, que pode pode vir a ser utilizado com suporte dos demais cabos ou em grandes vãos. Tecnologia relativamente nova, podendo haver novas funções. Professor Saimon Miranda Fagundes 25

26 NOVAS TECNOLOGIAS Cabos de Silicone - Temperatura de trabalho -70ºC a 300ºC. - Flexíveis a temperaturas inferiores a 0ºC (até -70ºC). -O silicone propicia boa resistência a ácidos, graxas e umidade. Professor Saimon Miranda Fagundes 26

27 DIMENSIONAMENTO DE CABOS - RESUMO O dimensionamento dos condutores é feito com base na corrente que irá passar por estes e outros fatores como fator de agrupamento, queda de tensão permitida, tipo de acionamento, tipo de duto, ventilação, temperatura, frequência e tipo de cabo que será utilizado como condutor. Desta forma é necessário calcular a corrente de cada circuito e mais uma série de considerações devem ser feitas para ter a bitola exata do condutor a ser utilizado. Muitas tabelas pré-definidas podem ser usadas para dimensionamento de condutores, não necessariamente as da NR5410, mas também de qualquer fabricante de cabos, bem como cabos específicos que não se encontram na norma, como cabos de silicone e outros. Professor Saimon Miranda Fagundes 27