Norma - Fios e Cabos

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    15-Jun-2015

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Fios e Cabos eltricos nus Fabricao, Escalas e NormasDaniel H. Pastro, 9907998 - Eng. Eltrica -UFPR

Resumo-Este documento apresenta o mtodo de fabricao, escalas e algumas normas alm de uma idia geral a respeito de fios e cabos eltricos nus. Palavras-chaveCabos, fios e nus.

A. Fabricao Chamamos de fio ao produto metlico de qualquer seo macia, de comprimento muito maior do que a maior dimenso da seo transversal. A fabricao dos fios se d inicialmente pelo processo de fundio do metal. Enquanto fundidos, eles so quimicamente refinados a fim de remover impurezas indesejveis. O metal fundido vazado no interior de um molde onde solidificar. O molde um lingote, isto , simplesmente um bloco de metal solidificado que ser mais tarde deformado por trabalho mecnico. No processamento mecnico, chamado de laminao, a forma permanentemente modificada, portanto, as tenses aplicadas devem estar acima do limite de escoamento. Normalmente o processamento mecnico feito a altas temperaturas j que nelas o material tipicamente mais macio e mais dctil. Aps a laminao feito a Trefilao que um processo temperatura ambiente onde produzido o fio. O princpio da Trefilao o mesmo que o estiramento na bancada, mas como se tratam de grandes comprimentos, foi preciso construir mquinas especiais nas quais o arame puxado atravs da fieira por rolos motrizers. Para fios de cobre, onde a seo bastante diminuda, passa-se em maior numero de fieiras. Estas em metal duro ou diamante, so posicionadas em srie. O fio passa de uma para a outra em ziguezague, conduzido por cilindros de inverso que asseguram ao mesmo tempo a trao. O conjunto colocado numa cuba contendo um lquido que serve, ao mesmo tempo, de lubrificador e de refrigerador.

I. INTRODUO Este documento apresenta informaes sobre fios e cabos eltricos nus a respeito de sua fabricao,escalas, normas e algumas definies.

II. CONSIDERAES GERAIS Os fios e cabos so condutores eltricos, ou seja, designados como um corpo formado de material condutor e destinado primordialmente conduo de corrente eltrica. O cobre e o alumnio so os dois metais mais usados na fabricao dos condutores eltricos. Ao longo dos anos, o cobre tem sido o mais utilizado, sobretudo em condutores isolados, devido, principalmente, a suas propriedades eltricas e mecnicas. O cobre para condutores o cobre eletroltico, com pureza de at 99,99%. Obtido em lingotes, transformado em vergalhes, que so produtos macios, semi-acabados, de forma geralmente cilndrica e de comprimento muito maior do que a maior dimenso da seo transversal, e fabricados por laminao ou extruso a quente. Os dois tratamentos principais do cobre na fabricao de condutores so o estiramento a frio, que d o cobre duro, e o recozimento, que d o cobre mole (ou recozido); intermedirio entre esses dois tipos, temse o cobre meio-duro. O cobre recozido o mais utilizado na fabricao dos condutores eltricos. O alumnio para condutores, com uma pureza de cerca de 99,5%, obtido normalmente por laminao contnua, sofrendo processamentos anlogos aos do cobre; via de regra, utilizado alumnio meio-duro. Seu uso baseia-se principalmente na relao condutividade/peso, a mais elevada entre todos os materiais condutores, e no seu preo, bem mais estvel que o do cobre e inferior ao desse metal. O aluminio praticamente domina o campo dos condutores para linhas de transmisso; so tambm fabricados condutores isolados, embora seu uso apresente algumas restries.

Figura 1. Trefilao

B. Definies Os fios podem ser usados como condutores eltricos nus ou isolados, ou podem ser produtos semi-acabados destina-

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dos fabricao de cabos. Os fios cuja seo tranversal no seja circular, so chamados de fios perfilados e designados pela forma da seo transversal (quadrados, retangulares etc.). Ao conjunto, isolado ou no, de fios metlicos encordoados, isto , aqueles dispostos helicoidalmente, no isolados entre si, chamamos cabo. Os cabos, logicamente so mais flexveis que os fios. A seo de um fio a rea da seo transversal do fio, enquanto a seo de um cabo a soma das sees transversais dos fios componentes. Abaixo a figura mostra a seo de um fio.

Figura 2. Seo de fios

TABELA I SEES DE FIOS

um metal diferente. Esse tipo de condutor , em geral, qualificado pelo metal utilizado no revestimento, por exemplo, cobreado, zincado, estanhado etc. A expresso camada delgada refere-se a uma espessura de camada usualmente obtida por disposio eletroltica ou por imerso em metal lquido. O condutor nu o fio ou cabo sem revestimento, isolao ou camada protetora de qualquer espcie. Os cabos podem ser unipolares ou multipolares. Um cabo unipolar defenido como um condutor macio ou encordoado, dotado de isolao eltrica e de proteo mecnica. Um cabo bipolar, tripolar, ou, de modo geral, multipolar, um conjunto de dois, trs ou mais condutores justapostos, m acios ou encordoados, cada um deles dotado de isolao prpria (parede isolante), sendo o conjunto dotado de proteo mecnica comum. Chamamos de perna ao cabo no isolado formado por fios, destinado a ser encordoado para a formao de cochas ou de um cabo de encordoamento composto. Cocha, por sua vez, um cabo no isolado, formado por pernas, destinado a ser encordoado para a formao de uma cabo de encordoamento bicomposto. Assim, o encordoamento composto formado por pernas e o encordoamento bicomposto por cochas. Alm desses dois tipos, temos o encordoamento simples que formado por fios. O sentido de encordoamento pode ser para a direita (horrio) ou para a esquerda (anti-horrio), segundo o qual os fios ou grupos de fios, ou outros componentes de um cabo, ao passarem por sua parte superior, se afastam do observador que olha na direo do eixo do cabo.O passo de encordoamento o comprimento da projeo axial de uma volta completa dos fios ou grupos de fios, ou outros componentes, de uma determinada coroa. Coroa o conjunto de componentes ou de partes de componentes de um cabo, dispostos helicoidalmente e eqidistantes de um centro de referncia. Ao conjunto de fios ou cochas equidistantes do fio ou cocha central de um cabo chamamos de corda. Alma o fio ou conjunto de fios que formam o ncleo central de um cabo, de material diferente do material das cordas externas e destinado a aumentar a resistncia mecnica do cabo. Nas linhas de transmisso, so muito comuns os cabos formados por cordas de fios de alumnio em torno de uma alma de ao.

Chamamos de condutor revestido ao condutor no encordoado (fio ou barra) envolvido por uma camada delgada de

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em polegadas, relacionadas com os passos de estiramento dos fios; trata-se de uma escala retrocessiva, isto , os nmeros diminuem com o crescimento dos dimetros. Temos: 1 termo: 0,0050 n 36 da escala nmero de termos: 40 razo: 1,1229322 40 termo: 0,4600- n 0000 (ou 4/0) da escala Acima de 4/0 so indicadas as sees em circular mil (cmil) ou em 1000 circular mil (kcmil); um circular mil a rea de um crculo cujo dimetro um milionsimo de polegada (1 mil). O IEC recomenda que a es sees dos fios e cabos sejam expressas em milmetros quadrados. A Tabela I mostra um comparativo entre AWG e a srie mtrica IEC alm da resistncia e capacidade. D. Comparao entre Cobre e o AlumnioFigura 3. a) cabos com encordoamento simples; b) cabos com encordoamento composto

Os cabos de potncia so cabos uni ou multipolares, utilizados principalmente para o transporte de energia eltrica em instalaes de gerao, transmisso, distribuio e/ou utilizao. Os cabos de controle so cabos uni ou multipolares, utilizados em circuitos de controle de sistemas e equipamentos eltricos. Dado um condutor de comprimento L, seo transversal S, sua resistncia R ser, ( ) (1) S onde a resistividade do condutor. A variao da resistividade com a temperatura dada por 2 = 1 [1 + 1 (t2 t1) ] (2) R = L

onde 2 a resistividade temperatura t2; 1, a resistividade temperatura t1 e 1 o coeficiente de temperatura relativo a t1. A capacidade de conduo de um condutor, ou de um conjunto de condutores, a corrente mxima que pode ser conduzida em regime contnuo, sem exceder a uma temperatura mxima especificada. Esta capacidade depende basicamente do material condutor, seo do condutor, tipo de is olao, temperatura ambiente e maneira de instalar. C. Sees de Fios e Cabos O padro norte-americno consiste na utilizao da escala AWG (American Wire Gage) de dimetros e, a partir de dterminado valor, na indicao de sees normalizadas em unidades do sistema ingls. A escala AWG uma progresso geomtrica de dimetros

O cobre e o alumnio so os materiais condutores mais utilizados nos condutores eltricos. A seguir alguns aspectos comparativos entre esses dois metais. a) O alumnio tem uma condutividade de cerca de 60% da do cobre. Assim, para uma dada capacidade de conduo, necessrio usar um condutor de alumnio com seo da ordem de 1,6 vezes maior do que a necessria, caso fosse usado um condutor de cobre. b) A densidade do alumnio de 2,7 g/cm3 , contra 8,89 g/cm3 do cobre. Por ser mais leve, o alumnio mais fcil de ser transportado e suspenso. c) A relao entre as densidades e as condutividades mostra que 1kg de alumnio realiza o mesmo trabalho eltrico que cerca de 2kg de cobre. Considerando a diferena de preo entre ambos os metais, tem-se que o emprego de condutores de alumnio conduz a uma economia aprecivel, muito embora a isolao absorva dessa vantagem. d) Quando exposta ao ar, a superfcie do alumnio fica recoberta por uma camada invisvel de xido, de caractersticas altamente isolantes. Nas conexes com alumnio, um bom contato s ser conseguido com a ruptura dessa camada. Com efeito, a principal finalidade dos conectores utilizados, de presso e aparafusados, a de romper o filme de xido. Muitas vezes so usados, durante a preparao de uma conexo, compostos que inibem a formao de uma nova camada de xido, uma vez removida a camada inicial. e) Por ser mais mole que o cobre, o alumnio escoa com pequenas presses. Por esta razo, os conectores usados em condutores de alumnio devem ter superfcies de contato com rea suficiente para distribuir as tenses e evitar danos parte do condutor a ser comprimida. f) o alumnio e o cobre esto separados eletroquimicamente por 2 volts. Essa diferena de potencial responsvel pela predisposio de uma juno c obre-

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alumnio corroso galvnica. Cuidados especiais, como a utilizao de conectores especiais, devem ser tomados, para evitar que tal corroso ocorra. E. Normas

N o nmero de fios da coroa em questo.

Neste tem citarei algumas normas em relao a fios e cabos eltricos. A norma NBR 6814, que diz respeito ao ensaio de resistnFigura 5. Passo de um condutor encordoado cia eltrica, estabelece que a resistncia deve ser medida por meio de um potnciometro caso o valor seja inferior a 1 ohm O passo tambm pode ser medido como o comprimento ou por meio de uma ponte de wheatstone caso tenha valor medido entre as marcas conforme Figura 6. maior que 1 ohm. Cito aqui mais alguns pontos desta norma: estabelece que a temperatura ambiente tem que ser levada em conta quando cabos de potencial so utilizados, a distncia entre cada contato de potencial e seu correspondente contato de corrente deve ser igaul ou superior a 1,5 vezes o permetro da seo transversal do condutor. ao medir a resistncia do condutor, cuidaFigura 6. Passo de torcimento, encordoamento ou reunio de condudos devem ser observados para manter a tores encordoados corrente de medio baixa, e de curta durao, para assegurar que a resistncia a medir A rea da seo transversal do condutor calculada pela no seja modificada. frmula (4) abaixo: a superfcie do condutor deve estar limpa S = 0,7854 x d 2 x n (4) para assegurar um bom contato eltrico dos onde, contatos de potencial e corrente com o conS = rea da seo transversal do condutor em mm2 dutor. d = dimetro do fio componente em mm a resistncia do condutor medida a uma den = nmero de fios componentes terminada temperatura deve ser corrigida temperatura especificada, utilizando a seEnsaios de resistncia mecnica tambm so realizados guinte frmula: segundo , por exemplo, a norma NBR 7271 para cabos de alumnio. Rto = Rt / [ 1+ to (t - t o ) ] (3) III. AGRADECIMENTOS onde: Agradeo a contribuio do professor Fernado Piazza reRto = resistncia corrigida temperatura t o cebida durante a elaborao deste documento . Rt = resistencia medida temperatura t to = coeficiente de temperatura da resistencia IV. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS temperatura t o Livros:[1] Van Vlack, Princpios de Cincia e Tecnologia dos Materiais. Ed. Campos [2] A. M. Ademaro, Cotrim B., Instalaes Eltricas. McGraw

J a norma NBR 6242 prescreve os mtodos para verificao dimensional de condutores. A norma estabelece a medio de dimetro de fios, do passo e da massa. Considera-se como dimetro do fio em um determinado ponto, a mdia aritmtica das medidas efetuadas segundo duas direes, perpendiculares entre si, sendo que a primeira medida deve ser considerada na direo onde o dimetro do fio seja mnimo. Na medio deve ser empregado micrmetro milesimal para dimetros inferiores a 1mm, e centesimal para dimetros superiores ou iguais a 1mm. Considera-se como uma medio de passo de um condutor encordoado, o comprimento medido entre iguais posies relativas de N+1 segmentos consecutivos da Figura 5, sendo

Normas:[3] NBR 6814, NBR 7271, NBR 6242

Web Sites:[4] Agncia Nacional de Energia Eltrica, http://www.aneel.gov.br [5] http://www.pirelli.com.br