Cálculo de Bitola de Fio
Método de cálculo da bitola de fio
Esta calculadora para cálculo de bitola de fio por potência e corrente elétrica determina a seção necessária de um condutor de cobre ou alumínio com base na corrente de carga ou na potência ativa. O cálculo considera sistema monofásico ou trifásico, comprimento da linha, fator de potência cosφ, método de instalação, resistência e reatância do condutor e queda de tensão admissível.
A bitola final do fio é selecionada em uma série padronizada de modo que duas condições sejam atendidas simultaneamente: a capacidade admissível de condução de corrente do condutor não pode ser inferior à corrente de carga calculada e a queda de tensão não pode ultrapassar o limite especificado pelo usuário.
Valores de referência e recomendações
Determinação da corrente de carga
Cálculo pela corrente. Se a corrente de carga for informada diretamente em ampères, esse valor será utilizado no dimensionamento da seção do condutor. A potência ativa correspondente é calculada a partir da tensão do sistema e do fator de potência.
Para um sistema monofásico:
P = U · I · cosφ
Para um sistema trifásico:
P = √3 · U · I · cosφ
Cálculo pela potência. Se a potência ativa P for informada em watts, primeiro será calculada a corrente I em ampères. Para um sistema monofásico, utiliza-se a tensão entre fase e neutro. Para um sistema trifásico, utiliza-se a tensão entre fases.
Para um sistema monofásico:
I = P / (U · cosφ)
Para um sistema trifásico:
I = P / (√3 · U · cosφ)
Para a mesma potência total, a corrente em um sistema trifásico geralmente é menor do que em um sistema monofásico. Por exemplo, com P = 3500 W, cosφ = 0,95 e tensão de 400 V, a corrente trifásica calculada é de aproximadamente 5,32 A.
Fator de potência. O valor de cosφ representa a relação entre potência ativa e potência aparente. Para cargas predominantemente resistivas, o valor costuma ser próximo de 1. Para motores e cargas mistas, costuma-se utilizar como referência uma faixa aproximada de 0,8-0,95. A componente reativa é calculada por:
sinφ = √(1 - cos2φ)
Capacidade de condução de corrente e métodos de instalação
Capacidade admissível de condução de corrente. Para cada seção padronizada de condutor, a calculadora compara a corrente calculada com a capacidade contínua admissível de condução de corrente. O cálculo utiliza as tabelas B.52.2 e B.52.4 da norma IEC 60364-5-52 «Instalações elétricas de baixa tensão - Parte 5-52: Seleção e montagem de equipamentos elétricos - Sistemas de fiação» e o documento europeu harmonizado correspondente HD 60364-5-52.
A tabela B.52.2 é utilizada para dois condutores carregados, correspondendo a um circuito monofásico. A tabela B.52.4 é utilizada para três condutores carregados em um circuito trifásico. Portanto, a mesma corrente em sistemas monofásicos e trifásicos pode corresponder a capacidades admissíveis de condução diferentes para a mesma seção do condutor.
Condições dos valores tabelados. O cálculo utiliza valores para condutores com isolação em PVC, temperatura máxima do condutor de 70 °C e temperatura ambiente de referência de 30 °C. Nessas condições de referência, o fator de correção por temperatura da capacidade de condução de corrente tabelada é 1,00.
São utilizados cinco métodos de instalação de referência da IEC 60364-5-52:
- A1 - condutores unipolares isolados em eletroduto dentro de uma parede com isolamento térmico.
- A2 - cabo multipolar em eletroduto dentro de uma parede com isolamento térmico.
- B1 - condutores unipolares isolados em eletroduto sobre uma parede.
- B2 - cabo multipolar em eletroduto sobre uma parede.
- C - cabo unipolar ou multipolar diretamente sobre uma parede.
As diferenças entre esses métodos estão relacionadas principalmente às condições de dissipação de calor. Quanto pior for o resfriamento do condutor, menor será a corrente admissível para a mesma seção.
Por exemplo, para um condutor de cobre de 1,5 mm2 com dois condutores carregados, a corrente admissível varia de 14 A no método A2 a 19,5 A no método C. Com três condutores carregados, a faixa para a mesma seção vai de 13 A a 17,5 A.
Seções padronizadas dos condutores. Para cobre, a verificação da capacidade de condução de corrente utiliza seções de 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 e 300 mm2. Para alumínio, a faixa vai de 2,5 a 300 mm2. As seções nominais dos condutores correspondem à série utilizada na EN 60228 «Condutores de cabos isolados».
Correção para circuitos agrupados. As correntes tabeladas são utilizadas como valores de referência para um único circuito. Não é aplicado fator adicional de redução para vários circuitos carregados instalados em conjunto, portanto é considerado um fator de 1,00 para esse efeito.
Resistência do condutor e temperatura
Resistência do condutor. A queda de tensão é calculada utilizando a resistência do condutor ao longo do comprimento da linha. Os valores básicos de resistência correspondem à temperatura de 20 °C e, em seguida, são corrigidos conforme a temperatura informada do condutor.
RT = R20 · L · km · [1 + α · (T - 20)]
Nessa expressão, R20 é a resistência de um metro de condutor a 20 °C, L é o comprimento da linha em metros, T é a temperatura informada em °C, α é o coeficiente de temperatura da resistência e km é o fator do material.
Para cobre são utilizados α = 0,00393 1/°C e km = 1,00. Para alumínio são utilizados α = 0,00403 1/°C e km = 1,58. Portanto, com o aumento da temperatura, aumentam também a resistência do condutor e a queda de tensão.
Uso do valor de temperatura. A temperatura informada é utilizada para corrigir a resistência do condutor no cálculo da queda de tensão. Ela não altera a capacidade de condução de corrente tabelada, que continua baseada nas condições de referência da IEC 60364-5-52: isolação em PVC, temperatura do condutor de 70 °C e temperatura ambiente de 30 °C.
Queda de tensão
Impedância total da linha. Além da resistência R, o cálculo considera também a reatância X. Dependendo da seção do condutor, são utilizados valores específicos de reatância de aproximadamente 0,071 a 0,133 Ω/km.
Para um sistema monofásico, a queda de tensão é calculada por:
ΔU = 2 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
Para um sistema trifásico:
ΔU = √3 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
O fator 2 na fórmula monofásica considera o percurso da corrente por dois condutores. Em um sistema trifásico, utiliza-se o fator √3 de acordo com a relação entre grandezas de linha e de fase.
Queda de tensão em porcentagem. O valor calculado ΔU em volts é convertido em porcentagem da tensão nominal:
ΔU% = ΔU / U · 100
A tensão disponível na carga é calculada por:
Uload = U - ΔU
Para circuitos comuns de baixa tensão, costuma-se utilizar como referência prática uma queda de tensão admissível de aproximadamente 3-5 %. O limite específico deve ser escolhido conforme a finalidade do circuito e os requisitos da implementação nacional aplicável da HD 60364.
Seleção da bitola final do fio
Verificação da capacidade de condução de corrente. A calculadora verifica sequencialmente as seções padronizadas dos condutores e determina a menor seção para a qual a corrente admissível tabelada não é inferior à corrente de carga calculada.
Verificação da queda de tensão. Separadamente, é determinada a seção mínima do condutor para a qual a queda de tensão calculada não ultrapassa a porcentagem especificada pelo usuário.
Seleção final. Se as duas verificações produzirem resultados diferentes, é escolhida a maior seção do condutor. Por exemplo, se 10 mm2 forem suficientes pela capacidade de condução de corrente, mas forem necessários 16 mm2 para atender ao limite de queda de tensão, o resultado final será 16 mm2.
Esse método considera tanto o aquecimento do condutor quanto as perdas elétricas na linha. Em uma linha curta, a bitola final do fio costuma ser determinada pela capacidade de condução de corrente, enquanto em linhas mais longas a queda de tensão pode se tornar a condição limitante.
Perguntas frequentes
Por que um sistema trifásico pode exigir uma bitola de fio menor para a mesma potência?
Para a mesma potência ativa total, a corrente em um sistema trifásico é calculada utilizando o fator √3 e geralmente é significativamente menor. Uma corrente menor reduz as exigências tanto de capacidade de condução de corrente quanto de queda de tensão. No entanto, a seção final do condutor não pode ser menor que a seção mínima incluída na tabela IEC aplicável.
Por que a calculadora pode recomendar 1,5 mm2 de cobre mesmo com corrente baixa?
Para condutores de cobre, as tabelas IEC 60364-5-52 utilizadas pela calculadora começam em 1,5 mm2. Por exemplo, com o método de instalação C e três condutores carregados, essa seção possui corrente admissível de 17,5 A. Portanto, o cálculo não reduz a seção do condutor de cobre abaixo de 1,5 mm2, mesmo que a corrente de carga, isoladamente, permitisse uma seção menor.
Por que o método de instalação influencia tanto a bitola necessária do fio?
A corrente admissível depende da eficiência com que o cabo consegue dissipar calor para o ambiente. Um cabo instalado diretamente sobre uma parede normalmente resfria melhor do que condutores instalados dentro de eletroduto ou de uma estrutura com isolamento térmico. Por isso, a mesma corrente de carga pode resultar em diferentes seções de cabo para os métodos A1, A2, B1, B2 e C.
Por que uma linha longa pode exigir uma bitola maior mesmo com corrente baixa?
A resistência aumenta proporcionalmente ao comprimento do condutor, portanto a queda de tensão também aumenta à medida que a linha fica mais longa. Um cabo pode atender completamente ao requisito de capacidade de condução de corrente e ainda assim ultrapassar o limite especificado de queda de tensão. Nesse caso, a calculadora seleciona a próxima seção de condutor adequada.
Como a temperatura influencia o cálculo da bitola de fio?
Com o aumento da temperatura, aumenta a resistência elétrica do cobre e do alumínio, o que eleva a queda de tensão calculada. Para essa correção são utilizados coeficientes de temperatura de 0,00393 1/°C para cobre e 0,00403 1/°C para alumínio. A capacidade de condução de corrente tabelada continua baseada nas condições de referência IEC para isolação em PVC: temperatura do condutor de 70 °C e temperatura ambiente de 30 °C.