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(Tecm-Lab) R-At-05-Constituicao e Classificacao de Cabos e Condutores
(Tecm-Lab) R-At-05-Constituicao e Classificacao de Cabos e Condutores
(Tecm-Lab) R-At-05-Constituicao e Classificacao de Cabos e Condutores
RESUMO
CONSTITUIÇÃO, CARATERÍSTICA E CLASSIFICAÇÃO DOS CABOS
E CONDUTORES
BEIRA
2023
ZACARIAS JOAQUIM NOTA
RESUMO
CONSTITUIÇÃO, CARATERÍSTICA E CLASSIFICAÇÃO DOS CABOS
E CONDUTORES
BEIRA
2023
1. Introdução
Material condutor é aquele que facilita a condução da corrente eléctrica, isto é, oferece a
mínima resistência possível quanto à passagem da corrente eléctrica. Portanto, uma das
aplicações desse tipo de material é o fabrico de condutores e cabos eléctricos para o uso
nas instalações eléctricas, isto é, nas redes de transporte, distribuição e utilização de
energia eléctrica.
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2. Definições
2.1. Condutor Eléctrico
Chama-se condutor eléctrico ao conjunto constituído por uma alma condutora e a sua
camada isolante. A alma condutora é o elemento destinado à condução da corrente
eléctrica, podendo ser constituído por um fio, por conjunto de fios devidamente reunidos
e não isolados entre si ou por perfis adequados. Enquanto a camada isolante tem por
função assegurar o isolamento eléctrico da alma condutora.
Para os condutores formados internamente por apenas um fio, quanto maior for sua secção
transversal, menos flexível será o condutor. Actualmente as aplicações dos condutores
eléctricos são bem específicas, pois eles não podem ser submetidos a curvas acentuadas,
sob o risco de romper devido à sua baixa maleabilidade.
Designa-se por Cabo eléctrico ao conductor formado por vários pequenos fios condutores
entrelaçados, podendo estarem isolados entre si ou não. Portanto, à semelhança do fio
conductor, também os cabos eléctricos podem ser isolados ou nús. Cabos nús são aqueles
que não possuem isolamento eléctrico contínuo. Cabo eléctrico isolado é o condutor
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isolado que tem uma bainha, ou o conjunto de condutores isolados devidamente
agrupados, providos de uma bainha, trança ou outra envolvente comum.
Os cabos eléctricos são classificados de acordo com sua secção transversal, e quanto
maior for a quantidade de corrente eléctrica a ser transmitida pelo cabo, maior deverá ser
a secção transversal da alma condutora e consequentemente do cabo.
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2.3. Constituição dos cabos e condutores
2.3.1.1. Quanto a natureza do metal condutor, a alma condutora pode ser de:
Cobre recozido, nu ou estanhado;
Alumínio, geralmente 3/4 duro;
Ligas de alumínio (resistência mecânica superior ao alumínio).
2.3.1.2. Composição e forma da Alma condutora
Maciça, isto é, constituída por um único fio ou por vários sectores cableados,
sendo o emprego da primeira solução limitado às secções inferiores;
Multifilar, isto é, constituída por diversos fios cableados. Numa alma condutora
multifilar, os fios estão dispostos em hélice numa ou várias camadas distintas,
sendo o sentido de cableamento alternado entre camadas sucessivas.
As secções das almas condutoras são, geralmente, circulares ou sectoriais. Esta última
disposição é usada sobretudo nos cabos com 3 e 4 condutores, permitindo uma melhor
ocupação do espaço destinado aos mesmos e, consequentemente, uma diminuição das
dimensões e peso do cabo.
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Fig. 3. Formato de almas
As almas condutoras com secção circular são constituídas por camadas concêntricas. No
entanto, no caso de secções grandes, a alma condutora poderá ser segmentada, isto é,
composta por vários elementos cableados, com forma sectorial, podendo ser ligeiramente
isolado entre eles. Esta constituição tem por objectivo, a redução do efeito pelicular e de
proximidade e, por consequência, a resistência óhmica em corrente alternada, permitindo
um maior aproveitamento da secção útil.
Publicação CEI 60228 define uma gama de secções nominais para as almas condutoras e
reparte-as em quatro classes, por ordem crescente de flexibilidade. Em particular, o
número de classes de resistência é reduzido de 6 para 4, estando assegurada uma maior
uniformidade dos valores das resistências lineares das diferentes almas condutoras com a
mesma secção linear.
Assim:
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Almas de condutores e cabos rígidos para instalações fixas:
classe 1: condutores maciços,
classe 2: condutores cableados.
Almas de condutores e cabos flexíveis: classes 5 e 6.
Em função da classe de resistência considerada, a norma fixa para cada secção nominal
admitida, o número mínimo de fios que a constituem (almas condutoras rígidas) ou o
diâmetro máximo desses fios (almas condutoras flexíveis).
As secções nominais assim definidas não constituem valores geométricos exactos. Por
isso, o valor da resistência da alma em corrente contínua a 20° C, é imposto, em função
da secção nominal e da classe da resistência.
Materiais Termoplásticos;
Elastómeros e Polímeros Reticuláveis.
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No entanto, a flexibilidade do PVC é reduzida o que justifica que seja mais adequado
para canalizações fixas do que para canalizações amovíveis.
Tem boa resistência ao envelhecimento térmico. As misturas usuais são previstas para
uma temperatura máxima, em regime permanente, de 70ºC. Existem, ainda, misturas
que resistem ate temperaturas de 85ºC e mesmo de 105ºC.
É dificilmente inflamáveis. Todavia, a combustão do PVC é acompanhada pela
libertação de gases nocivos.
É largamente usado, como isolante, em baixa tensão e também e media tensão, mas
apenas ate aos 10 kV (esta limitação é consequência do elevado valor da tgδ).
É também usado como bainha exterior de cabos de baixa tensão, média tensão e alta
tensão – utilização largamente generalizada, com esta função – o que se explica pelas
boas propriedades gerais do PVC.
Polietileno ( PE)
O tipo de polietileno usado no isolamento dos cabos de alta tensão é do tipo alta
pressão, o qual tem uma baixa densidade (entre 0,91 e 0,93), pelo que é designado por
Polietileno de Baixa Densidade, também conhecido pela sigla PEBD.
Há também o Polietileno de Alta Densidade (densidade entre 0,94 e 0,96), também
conhecido pela sigla PEAD.
O polietileno tem qualidades excepcionais: tgδ e permitividade dielectrica com
valores baixos e independentes da temperatura; resistência de isolamento e rigidez
dielectrica muito elevadas.
As características mecânicas são igualmente favoráveis, como sejam, entre outras,
uma boa resistências aos choques e uma certa flexibilidade (permitindo a colocação
dos cabos com raios de curvatura normais).
Oferece elevado resistência à grande maioria dos agentes químicos usuais e aos
agentes atmosféricas.
Infelizmente o polietileno, apresenta uma fraca resistência à propagação da chama, o
que torna pouco atrativo para outras funções que não a de isolamento -por exemplo,
para revestimento exterior de cabos.
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É utilizado em cabos de alta e muito alta tensão (ate 400 kV), sendo mesmo
largamente usado neste ultimo escalão de tensões. Isto explica-se pelas propriedades
dieléctricas notáveis do polietileno e ao equilíbrio das suas restantes características.
Extrusão: Operação que consiste em forcar a saída por uma orifício, sob a acção
de forcas de pressão, de um metal ou de uma plástico sob a forma de fio.
Vulcanização: Combinação de borracha com o enxofre para a tornar resistente ao
calor e ao frio, sem perda das propriedades elásticas.
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2.3.3. Revestimentos metálicos
Pela sua localização e função, distinguem-se os seguintes dois tipos de revestimentos
metálicos:
Écran metálico sobre a camada isolante ou sobre o semicondutor exterior, nos
casos em que este exista;
Armadura metálica.
Se o écran tem uma função essencialmente eléctrica, a armadura tem uma função
essencialmente mecânica (raramente a armadura desempenha simultaneamente as duas
funções). Seguidamente, serão caracterizados, com mais detalhe, aqueles tipos de
revestimentos.
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Garante a protecção das pessoas, em caso de perfuração do cabo por um corpo
condutor exterior, já que este é colocado a potência da terra (admitindo que o
écran esta ligado à terra).
Permite criar uma superfície equipotencial e orientar, assim as linhas de forca do
campo eléctrico.
2.3.5. Armadura
Assegura a protecção mecânica do cabo, desde que este seja submetido a esforços
importantes, transversais (compressão, choques) ou longitudinais (tracção), quer durante
a colocação quer ao longo da exploração. Pode, igualmente, ser utilizada com a função
de écran metálico, mediante certas disposições no plano eléctrico.
A armadura mais corrente é constituída por duas fitas de aço macio, recozido,
eventualmente zincado, enroladas em hélice (separadas), de maneira a que
nenhum intervalo livre seja visível. Este tipo de armadura satisfaz em todas as
situações em que não existam esforços longitudinais, nem condições particulares
de flexibilidade ou corrosão.
No caso de esforços de tracção, durante a colocação ou em exploração (por
exemplo, colocação em poços ou em terreno instável, cabos submarinos), ou no
caso de solicitações mecânicas anormais (esmagamento, choques, cortes), é
imperioso prever uma armadura formada por uma ou duas camadas de fios de aço.
Estes, geralmente redondos e zincados, são enrolados em hélice. Quer as suas
dimensões quer as suas características são escolhidas em função do cabo e da
aplicação. Em certos casos, os elementos unitários da armadura podem ser
parcialmente agrupados. São igualmente utilizados fios de cobre incorporados na
armadura para melhorar a sua condutância (armadura mista).
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2.3.6. Revestimentos não metálicos (Bainhas)
Os materiais mais usados nas bainhas são o PVC e o Polietileno (de baixa e média
densidade –PEBD e PEMD).
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2.4. Classificação dos condutores e cabos eléctrico
Domésticas,
Industriais,
Distribuição,
Aplicações particulares;
Cobre
Alumínio
É por isto que o cobre ganhou a posição de melhor condutor elétrico. Caracteriza-se pela
sua eficiência para a fabricação de fios e cabos elétricos, no âmbito comercial e industrial.
É uma grande vantagem para eles já que podem dobrar e passar com mais facilidade pelos
condutos sem medo de que se quebrem.
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Um cabo de cobre é flexível, por isso requer menos esforço para dobrá-lo e manipulá- lo
durante uma instalação. Seu diâmetro é menor que o de um cabo de alumínio, portanto
sua isolação, blindagem e coberturas são menores.
Além disso, os cabos de cobre são menos volumosos, o que faz com que seu transporte e
instalação (mesmo que seja em um espaço limitado) sejam mais fáceis.
O cabo de cobre tem como virtude que sua vida útil é muito mais longa que outros tipos
de cabos. Por isto, a longo prazo, comprar um cabo de cobre é mais econômico que de
outro tipo, já que os cabos em alumínio corroem facilmente.
Apesar do alumínio ser mais barato que o cobre, seu ciclo de vida (incluindo custo de
instalação, manutenção, materiais e reparos) é bastante menor que o cobre, pois o serviço
deste último é muito mais duradouro.
Circular
Sectorial
As secções das almas condutoras são, geralmente, circulares ou sectoriais. Esta ultima e
usada sobretudo em cabos com 3 e 4 condutores, permitindo melhor ocupação do espaço
destinado aos mesmos e, consequentemente, uma diminuição das dimensões e peso do
cabo. Ainda com este objectivo as almas condutoras poderão ser compactadas.
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Por outro lado, as almas condutoras com secção circular são constituídas por camadas
concêntricas. No entanto, no caso de secções grandes, a alma condutora poderá ser
segmentada, isto é, composta por vários elementos cabeados, com forma sectorial,
podendo ser ligeiramente isolado entre eles.
Esta constituição tem por objectivo, a redução do efeito peculiar e de proximidade e, por
consequência, a resistência óhmica em corrente alternada, permitindo um maior
aproveitamento da secção útil.
Bipolares: é o condutor elétrico que tem duas almas condutora com isolação e
com ou sem cobertura.
Tripolares: é o condutor elétrico que tem três almas condutora com isolação e
com ou sem cobertura.
Tetrapolares: é o condutor elétrico que tem quatro almas condutora com isolação
e com ou sem cobertura.
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2.5. Características Técnicas de Condutores e Cabos eléctricos
A escolha da secção da alma condutora dos condutores e cabos eléctricos para transmissão
de energia, é um dos problemas essenciais que o projecto de uma canalização eléctrica
apresenta.
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2.5.1. Quanto à Rede de Alimentação
a) Natureza da corrente:
Corrente contínua,
Corrente alternada:
b) Modo de distribuição:
Monofásica
Bifásica,
Trifásica,
A instalação trifásica é constituída por três condutores de fase, condutor neutro e condutor
de protecção.
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Fig.8: Cores normalizadas dos condutores em corrente contínua.
c) Frequência
50hz
b) Factor de potência;
d) Regime de carga:
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Regime permanente,
Regime cíclico (diagrama de intensidade e duração correspondente),
Condições de sobrecarga (intensidade, duração, probabilidade);
f) Condições de curto-circuito na alma condutora e écran (intensidade, duração).
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Resistividade térmica do solo, das bobinas).
g) Agressividade do local:
Natureza do solo,
Imersão em água,
Contacto com produtos químicos (natureza dos produtos, concentração,
temperatura, tipo de contacto, imersão temporária ou prolongada,);
h) Outras condições:
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